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Arquitectura deComputadoras

Depto. Computación y DiseñoITSON

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Contenido

Puntos clave en historia de lascomputadoras

odelo !on Neumann

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Key Points

 The evolution of computers has been characterized byincreasing processor speed, decreasing component size,increasing memory size, and increasing I/O capacity andspeedOne factor responsible for the great increase in processorspeed is the shrinking size of microprocessor componentsthis reduces the distance bet!een components and henceincreases speed"o!ever, the true gains in speed in recent years have come

from the organization of the processor, including heavy useof pipelining and parallel e#ecution techni$ues and the useof speculative e#ecution techni$ues %tentative e#ecution offuture instructions that might be needed&

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Key Points

' critical issue in computer system design is balancing theperformance of the various elements so that gains inperformance in one area are not handicapped by a lag inother areasIn particular, processor speed has increased more rapidlythan memory access time' variety of techni$ues is used to compensate for thismismatch, including caches, !ider data paths from memoryto processor, and more intelligent memory chips

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odelo !onNeumann

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(odelo de )on *eumann

 "ohn !on Neumann fue asesor del proyecto #NIAC %+-.&($uina construida por 0ohn (auchly y 0ohn 1ckert2a 1*I'C fue la primera computadora digital electr3nica deprop3sito general

 Tenia un peso de .4 toneladas, ocupaba +544 piescuadrados de espacio y conten6a mas de +7,444 tubos devac6oCapaz de realizar 5444 sumas por segundo

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(odelo de )on *eumann

1n la 1*I'C, los n8meros eran representados en formadecimalOperaciones aritm9ticas se realizaban en sistema decimal:u memoria consist6a en ;4 acumuladores, cada uno capazde almacenar +4 n8meros decimales de diez d6gitos<n arreglo de +4 tubos de vac6o representaba cada digito

1l mayor inconveniente de la 1*I'C era $ue esta tenia $ueser pro$ramada manualmente mediante la con=guraci3n

de interruptores y conectando/desconectando cables

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(odelo de )on *eumann

)on *eumann entendi3 $ue car$ar y modi%carpro$ramas para el 1*I'C era una tarea tediosaPens3 $ue el proceso de programaci3n ser6a ms fcil si elprograma se representara de una manera adecuada paraser guardado en la memoria >unto con los datos's6, una computadora podr6a conseguir sus instruccionesley9ndolas de la memoria(as a8n, un programa podr6a ser ingresado o modi=cadoa>ustado los valores de una porci3n de la memoria

1sta idea se conoce como concepto del pro$ramaalmacenado

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Computadora I':

• 1n +-?, )on *eumann y sus colegas iniciaron el dise@o deuna nueva computadora de programa almacenado $ue fueterminada en +5;

• 1sta computadora fue llamada la computadora IAS• 2a IAS es el prototipo de todas las computadoras de de

prop3sito general subsecuentes

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1structura general de la I':

emoria principalalmacena datos einstrucciones

A&' capaz de haceroperaciones con datosbinarios'nidad de controlinterpreta las instruccionesen memoria y provoca su

e>ecuci3nDispositivos I(O dirigidospor la unidad de control

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1structura general de la I':

2a memoria del I': consiste en +444 posiciones dealmacenamiento, llamadas palabra , de -4 bits cada unaAatos e instrucciones son almacenados en la memoria, loscuales son representados en forma binaria

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1structura general de la I':

2a unidad de control de la I': trae las instrucciones de lamemoria y las e>ecuta una en una2a unidad de control y la '2< contienen espacios dememoria llamados re$istros

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1structura general de la I':

)e$istro temporal de memoria%(B&Contiene una palabra $ue debe seralmacenada en memoria o enviada a launidad de 1/:<sado para recibir una palabra procedentede la memoria)e$istro de dirección de memoria %('&1speci=ca la direcci3n en memoria de lapalabra $ue va a ser escrita o le6da en (B)e$istro de instrucciones %I&

Contiene los 7 bits del c3digo de operaci3nde la instrucci3n $ue se va a e>ecutar

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1structura general de la I':

)e$istro temporal de instrucción%IB&1mpleado para almacenar temporalmente lainstrucci3n contenida en la parte derecha deuna palabra en memoriaContador de pro$rama *PC+Contiene la direcci3n de la pr3#ima pare>a deinstrucciones $ue van a ser captadas de lamemoriaAcumulador *AC+ y ultiplicadorcociente *,+

'lmacenan temporalmente operandos yresultados de operaciones de la '2<

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Ciclo de Instrucci3n de I':

2a I': opera e>ecutando repetidamente un ciclo deinstrucción $ue incluye la captaci3n de instrucciones y sue>ecuci3n

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Ciclo de Instrucci3n de I':

Captación1l codop de la siguiente instrucci3n es cargado en el I y laparte $ue contiene la direcci3n es almacenada en el ('2a instrucci3n puede ser captada desde el IB o puede ser

obtenida de la memoria cargando una palabra en el (B yluego en el IB, I y ('

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Ciclo de Instrucci3n de I':

#-ecución<na vez $ue el codop est en el I, los circuitos de controlinterpretan el codop y e>ecutan la instrucci3n enviando lasse@ales de control adecuadas para provocar $ue los datos se

trans=eran o $ue la '2< realice una operaci3n

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Computadora I':

1l I': tiene un total de ;+ instrucciones agrupadas en 5clases

. Trans/erencia de datosD (ovimiento de datos entre lamemoria y los registros de la '2< o entre dos registros

de la '2<0. Salto incondicionalD facilita operaciones repetitivas1. Salto condicionalD permite generar puntos de decisi3n2. Aritm3ticaD operaciones realizadas por la '2<4. odi%cación de direccionesD facilita manipulaci3n de

direcciones en la '2<

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Con>unto de instrucciones del I':

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Con>unto de instrucciones del I':

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