PDF de programación - Arquitectura de Computadores

Arquitectura de Computadores

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ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
Contenido

1. INTRODUCCIÓN *

1.1. Presentación del alumno y objetivos *

1.2. Definiciones de: computador, arquitectura y organización del computador *

1.3. Reseña histórica de los computadores *

2. LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO *

2.1. Funciones que realiza *

2.2. Elementos que la componen *

2.3. Tipos *

3. LA MEMORIA *

3.1. Funciones que realiza *

3.2. Elementos que la componen *

3.3. Tipos *

4. BUSES DEL SISTEMA *

4.1. Funciones que realiza *

4.2. Estructuras de interconexión *

4.3. Tipos *

5. ENTRADA Y SALIDA *

5.1. Funciones que realiza *

5.2. Dispositivos externos *

5.3. Uso de interrupciones *

5.4. Tipos *

6. MODOS DE DIRECCIONAMIENTO Y FORMATOS *

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6.1. Introducción *

6.2. Modos de direccionamiento más usuales *

7. JUICIO CRÍTICO *

8. BIBLIOGRAFÍA *







1. INTRODUCCIÓN

1. Presentación del alumno y objetivos

Este trabajo ha sido realizado por Luis Panzano Barbero, nº de matricula 92064, alumno de
quinto curso de la especialidad de Automática en la E.T.S.I.I.M. En él se pretende exponer una
visión general de la arquitectura de un computador analizando sus distintos elementos.

2. Definiciones de: computador, arquitectura y organización

del computador

Se puede definir la arquitectura de computadores como el estudio de la estructura,
funcionamiento y diseño de computadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de hardware, pero
también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.

Computador, dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas
realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos
de información.



3. Reseña histórica de los computadores

n La era mecánica de los computadores

Podríamos decir que las máquinas mecánicas de calcular constituyendo la "era arcaica" o
generación 0 de los computadores. Una evolución de estas máquinas son las máquinas
registradoras mecánicas que aún existen en la actualidad. Otro elemento de cálculo mecánico que
se utiliz ó hasta hace pocos años fue la regla de cálculo que se basa en el cálculo logaritmo y cuyo
origen son los círculos de proporción de Neper. Ingenios clásicos de esa etapa fueran la m áquina
de Pascal, que podía realizar sumar, restas y, posteriormente, multiplicaciones y divisiones, y las
dos máquinas de Charles Babbage: la máquina de diferencias y la analítica. Esta última fue la
precursora de los computadores actuales.

La fase final de la en la mecánica de la informática y la constituyen los computadores
electromecánicos basados en l ógica de relés (d écada de los 30).

n La era electrónica de los computadores

Los computadores envasados en elementos mecánicos planteaban ciertos problemas:

La velocidad de trabajo está limitada a inercia de la partes móviles.

La transmisión de la información por medios mecánicos (engranajes, palancas, etcétera.) es poco

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fiable y difícilmente manejable.

Los computadores electrónicos salvan estos inconvenientes ya que carecen de partes móviles y la
velocidad de transmisión de la información por métodos eléctricos no es comparable a la de
ningún elemento mecánico.

El primer elemento electrónico usado para calcular fue la válvula de vacío y, probablemente, el
primer computadores electrónicos de uso general fue el E.N.I.A.C. (Electronic Numerical
Integrator Calculator) construido en Universidad de Pennsylvania (1943-46). El primer
computador de programa almacenado fue el E.D.V.A.C. (Electronic Discrete Variable Computer,
1945-51) basado en la idea de John Von Neumann, que también particip ó en el proyecto
E.N.I.A.C. de que el programa debe almacenarse en la misma memoria que los datos.



n Generaciones de ordenadores

En la evolución de las máquinas para el tratamiento autom ático de la información pueden
distinguirse una acería que y tos que marcan la diferencia entre las denominadas generaciones
de ordenadores. Las generaciones habidas hasta la actualidad han sido:

1ª generación: (1946-1955) Computadores basados en válvula de vacío que se programaron en
lenguaje máquina o en lenguaje ensamblados.

2ª generación: (1953-1964) Computadores de
direccionamiento y surgen los lenguajes de alto nivel.

transistores. Evolucionan

los modos de

3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la posibilidad
de trabajar en tiempo compartido.

4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito integrado
(microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.



1. LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

1. Funciones que realiza

La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir como un circuito microscópico que interpreta y
ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los ordenadores.
Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que
contiene millones de componentes electrónicos. El microprocesador de la CPU está formado por una
unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si
una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros
donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las
instrucciones. Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se
comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los
dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo,
un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).



2. Elementos que la componen

n Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el computador.

n Unidad aritmético-lógica (ALU): encargada de llevar a cabo las funciones de procesamiento de datos del

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computador.

n Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU.

n Interconexiones CPU: Son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los

registros.

1. Tipos

Básicamente nos encontramos con dos tipos de diseño de los microprocesadores: RISC (Reduced-Instruction-Set
Computing) y CISC (complex-instruction-set computing). Los microprocesadores RISC se basan en la idea de que la
mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el computador son relativamente simples por lo que se minimiza
el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Algunos ejemplos de arquitectura RISC son el
SPARC de Sun Microsystem ’s, el microprocesador Alpha diseñado por la antigua Digital, hoy absorbida por Compaq y
los Motorola 88000 y PowerPC. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones industriales y profesionales por
su gran rendimiento y fiabilidad.

Los microprocesadores CISC , al contrario, tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos
procesando código complejo. Las CPU´s CISC más extendidas son las de la familia 80x86 de Intel cuyo último micro es
el Pentium II. Últimamente han aparecido otras compa ñías como Cirix y AMD que fabrican procesadores con el juego
de instrucciones 80x86 y a un precio sensiblemente inferior al de los microprocesadores de Intel. Además, tanto Intel
con MMX como AMD con su especificación 3D-Now! están apostando por extender el conjunto de instrucciones de la
CPU para que trabaje más eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones en 3 dimensiones.



1. LA MEMORIA

1. Funciones que realiza

La memoria de un computador se puede definir como los circuitos que permiten almacenar y recuperar la
información. En un sentido m ás amplio, puede referirse también a sistemas externos de almacenamiento,
como las unidades de disco o de cinta.

Hoy en día se requiere cada vez más memoria para poder utilizar complejos programas y para gestionar
complejas redes de computadores.



2. Elementos que la componen

Una memoria. vista desde el exterior, tiene la estructura mostrada en la figura 3-1. Para efectuar una
lectura se deposita en el bus de direcciones la dirección de la palabra de memoria que se desea leer y
entonces se activa la señal de lectura (R); despu és de cierto tiempo (tiempo de latencia de la memoria), en
el bus de datos aparecerá el contenido de la dirección buscada. Por otra parte, para realizar una escritura
se deposita en el bus de datos la información que se desea escribir y en el bus de direcciones la dirección
donde deseamos escribirla, entonces se activa la señal de escritura (W), pasado el tiempo de latencia, la
memoria escribirá la información en la dirección deseada. Internamente la memoria tiene un registro de
dirección (MAR, memory address register), un registro buffer de memoria o registro de datos (MB,
memory buffer, o MDR, memory data register) y, un decodificador como se ve en la figura 3-2. Esta
forma de estructurar la memoria se llama organización lineal o de una dimensión. En la figura cada línea
de palabra activ