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Arquitectura de Computadores
Implementación Arquitecturas
Arq. Avanzadas. FPGAs
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ARCO 2015
Introducción
• Los microprocesadores han revolucionado nuestra industriao moviles, routers, avances en medicina, coches, etc.
• La indusctrioa de los semiconductores, ha crecido de 21 billones de $ en 1985 1213 b in 2008
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Arquitectura Computadores¿Qué es un computador?
[Hamacher96]: “máquina de cálculo electrónica de alta velocidad que acepta información digitalizada, la procesa atendiendo a una lista de instrucciones que almacena internamente, y produce la correspondiente información de salida”.[RAE]: “Máquina electrónica, analógica o digital, dotada de una memoria de gran capacidad y de métodos de tratamiento de la información, capaz de resolver problemas matemáticos y lógicos mediante la utilización automática de programas informáticos”.
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Arquitectura Computadores
Funciones de un computador:• Procesamiento de datos.• Almacenamiento de datos.• Transferencias de datos entre el computador y el exterior.• Control de las anteriores operaciones.
Sus principales componentes estructurales son:• Procesador: controla el funcionamiento del computador y
procesa los datos.• Subsistema de memoria: almacena datos.• Subsistema de entrada/salida: transfiere datos entre el
computador y el entorno externo.• Buses: interconexión entre las diferentes partes.• Buses de comunicación
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Arquitectura Computadores
Programación:Diseño del conjunto de instrucciones.Interface del computador.Relación con los compiladores.
Organización de la máquina:Unidades funcionales.Transparente al software.Componentes Hardware y su interconexión
Arquitectura del Computador
¿como se crea la arquitectura de un computador?
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Organización de la máquina
• Características del computador de interés para el diseñador lógico.
Incluye:• Estructura y función de las unidades funcionales (registros,
UAL, desplazadores, etc)• La forma en la que esos componentes se interconectan.• Cómo circula la información entre esos componentes.• La lógica y medios por los que tal flujo de información se
controla.• Coordinación de las unidades funcionales en orden a
realizar la arquitectura del conjunto de instrucciones.
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Implementación Arquitecturas
UnidadAritmética
Unidadde
Control
MemoriaPrincipal
CPU
Periféricos
deSalida
Periféricos
deEntrada
PICS ASIC
FPGA DSP
Implementacióndepende de la tecnología.
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Implementación Componentes
¿Que tecnología se puede utiliza para implementar los distintos componentes de un computador?
En el caso de los procesadores, se pueden utilizar dos:
• Aplicación de circuitos integrados específicos (ASIC)• Field Programmable Gate Array (FPGA)
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ASIC - Ventajas
• Velocidad• Consumo de potencia bajo• Costo/rendimiento
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ASIC- Desventajas
• Alto costo de desarrollo• Lentos ciclos de desarrolo• Inflexible
FPGA
Otra solución
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¿Qué es una FPGA?
• Circuitos digitales integrados que contienen bloques de logica configurable (programable) con interconexiones reconfigurables controladas por el switch de una matriz de control.
• Los programadores pueden cambiar el diseño de la aplicación una y otra vez sobre la misma FPGA
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Bloques lógicos
Look-up table (LUT)
ABCD
Out
A × B × C × D = out
×
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FPGA (Field-Programmable Gate Array )
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Elemento Logico Interconexiones
Los bloques lógicos realizan funciones booleanas
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Xilinx XC4000 Cell
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Ejemplo FPGA FPGA
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FPGA - Ventajas
• Mayor flexibilidad que un ASIC• Alto Rendimiento en algunas aplicaciones• Reusabillidad de Hardware para diferentes
aplicaciones
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SPARTAN 3E