Universidad Técnica del Norte

Facultad de ingenierías en ciencias aplicadas

Ing. Textil

Nombre: Jhon Correa Nivel: Primer nivel Fecha:

10/12/2015

Arquitectura del computador

Según lo planteado por Michael J. Flynn en 1972 la arquitectura del computador es el

diseño conceptual y la estructura fundamental de un computador. Se divide en:

Arquitecturas en paralelo: Las tres cuestiones fundamentales de un sistema en

paralelo son:

1.- Describe la naturaleza, tamaño y Number Resource Organization (nro). De los

elementos procesadores.

2.- Describe la naturaleza, tamaño y número de los módulos de memoria.

3.- Describir la estrategia de interconexión entre procesadores y memoria.

Taxonomía de Flynn.

Basado en 2 conceptos:

Corrientes de instrucciones.

Corrientes de datos.

Clasificación

Las cuatro clasificaciones definidas por Flynn se basan en el número de intrusiones

concurrentes (Control) y en los flujos de datos disponibles en la arquitectura.

Flujo de

instrucciones

Flujo de

datos

Nombre Ejemplos

1 1 SISD Maquinas clásicas de Von Neumann.

1 Múltiple SIMD Supercomputadoras vectoriales, procesadores de

arreglos.

Múltiple 1 MISD Presumiblemente ninguna.

Múltiple Múltiple MIMD Multiprocesadores.

Taxonomía de Flynn de las computadoras en paralelo

Un flujo de datos consiste de un conjunto de operados.

Los flujos son hasta cierto punto independiente, de modo que existen cuatro

combinaciones.

SISD (Una instrucción un dato)

Computadora secuencial von Neumann. Tiene un flujo de instrucciones, uno de

datos y realiza una operación a la vez.

Ejemplo:

Las arquitecturas SISD son máquinas con uniprocesador o monoprocedor tradicionales

como los antiguos mainframe.

Secuencia de procesamiento en la cual recibe una sola secuencia de instrucciones que

operan.

SIMD (Single instruction multiple data)

Instrucción única para datos.

Las maquinas SIMD tiene varias ALU para llevar a cabo una instrucción con diferentes

conjuntos de datos en forma simultánea.

Instrucciones

Procesador

2 Procesador

1

Procesador

3

MISD (Multiple Instrucion Single Data)

Secuencias de instrucciones pasan a través de múltiples procesadores.

MIMD (Multiple Instruction Multiple Data)

Las máquinas que usan MIMD tienen un número de procesadores que funcionan de

manera asíncrona e independiente.

Clasificación de los MIMD

Las MIMD se clasifican en:

Sistemas de memorias compartida.

Sistemas de memoria distribuida.

Sistema de memoria compartida distribuida.

Sistema de memoria compartida.

En este tipo de sistema cada procesador tiene acceso a toda la memoria, es decir hay un

espacio de direccionamiento compartido.

Sistemas de memoria distribuida

Estos sistemas tiene su propia memoria local, los procesadores puedes compartir

información por medio de mensajes.

SISD

Son los más populares y extendidos.

Se refiere a las computadoras convencionales de VON Neuman. Todas las

computadoras tradicionales están incluidas en esta categoría como son las PC´S.

Características del modelo SISD

La cpu procesa únicamente una instrucción por cada ciclo de reloj.

Cada unidad procesa un dato distinto

MISD

Pueden ser utilizadas en aplicaciones con información en paralelo, o con tareas

en paralelo.

Ninguna de las computadoras conocidas se ajusta a este modelo.

No son usadas, y no son significativas.

Características del modelo MISD:

Cada unidad ejecuta una instrucción distinta.

Cada unidad procesa el mismo dato.

Aplicación muy limitada en la vida real.

MIMD

Se puede decir que MIMD es un súper conjunto de SIMD.

Diferentes elementos de información se asignan a diferentes procesadores.

Pueden tener memoria compartida.

Características del modelo MIMD

Cada unidad procesa un dato distinto.

Cada unidad ejecuta una instrucción distinta

Memoria

En la memoria se almacena tanto el programa como los Datos que va a ejecutar la CPU.

La memoria principal de los computadores tiene una apariencia similar a este:

Esta matriz está organizada en palabras, las cuales tienen asignada una dirección que

indica su posición.

Entrada/ Salida

Una computadora tiene dispositivos de entrada y salida como son los que contiene el

gabinete. El problema principal que existe entre ellos es su tecnología y que tienen

características diferentes a los del CPU, estos también necesitan una interfaz de cómo se

van a entender con el CPU, al igual que el procesador y el controlador periférico para

intercambiar datos entre la computadora.

Control de periférico tiene una dirección única en el sistema.

Sistema de interconexiones: Buses

1.- Buses de datos: es el que se utiliza para transmitir datos entre los diferentes

dispositivos del computador.

2.- Buses de Direcciones: sirve para indicar la posición del dato que se requiere

acceder.

3.- Bus de Control: sirven para seleccionar al emisor y al receptor en una transacción

del bus.

4.- Bus de alimentación: sirve para proporcionar a los dispositivos voltajes distintos.

Periféricos.

Se entenderán todos aquellos dispositivos que son necesarios para suministrar datos a la

computadora o visualizar los resultados.

Circuitos de Memoria.

El almacenamiento se hace atravez de dispositivos de memoria que almacena

información de manera binaria.

RAM estática asíncrona.

Es una memoria volátil, de acceso rápido que puede almacenar y leer información su

característica es que la hace ideal para ser memoria principal en los ordenadores, la

celda de almacenamiento de la SRAM contiene 4 transistores MOS que almacenan 1 y

0 mientras se mantenga la alimentación del circuito.

b) RAM estática síncrona

Utiliza la misma tecnología que las SRAM, con lo que son volátiles y de rápido

acceso. La diferencia es que existe una señal de reloj que sincroniza el proceso de

lectura y escritura. Las memorias cache externas de algunos microprocesadores son de

este tipo para facilitar el acceso de datos en modo ráfaga y acelerar el proceso de acceso

a bloques de memoria.

c) RAM Dinámica.

La DRAM tiene capacidades que accede con un solo transistor, en vez de celdas con

varios transistores. El problema es que las capacidades se descargan mediante la

corriente de pérdidas de transistores y aparte son lentas comparadas con la SRAM;

tienen una estructura de forma de matriz, estando multiplexadas las direcciones en

forma de filas y columnas, tienen modos de acceso más rápido en lo que suministra la

parte alta de dirección; este modo de acceso se denomina modo página y acelera el

acceso al no tener que suministrar para cada acceso la dirección de página completa.

d) Memorias ROM

Las memorias de solo lectura una vez que han sido escritas o programadas solo se

puede leer el contenido de las celdas, se suelen utilizar para almacenar el código que

permite arrancar a los sistemas; estas se fabrican para aplicaciones masivas con

máscaras de silicio. Hay 3 tips de memorias ROM que pueden ser programadas en el

laboratorio, algunas pueden ser borradas.

e) Memoria PROM

Son memorias ROM programables eléctricamente mediante un programador especial

que genera picos de alta tensión, que funden físicamente unos fusibles grabando en el

dispositivo de forma permanente. Tienen el inconveniente que no pueden ser borradas y

para su lectura requieren una tarjeta especial.

Memoria EPROM:

Se programan también con un dispositivo de programación conectado al ordenador la

diferencia con la PROM es que estas si se pueden borrar; se realiza mediante rayos UV,

para que suceda esto las EPROM tienen una ventana de cuarzo pequeña transparente en

la cual se hace la exposición de la matriz de celdas como se muestra en la figura 1.6.

Una vez programadas se tiene que etiquetar esta ventana para evitar que sea borrada

accidentalmente.

Memoria Cache:

Memoria de alta velocidad ayuda a acelerar el procesamiento de el microprocesador,

puede acceder a los datos almacenados en cache más rápido que los que están

almacenados en la memoria RAM.

La memoria cache recoge constantemente los datos importantes de la RAM.

Niveles de la memoria cache

Memoria cache L1: Incorporada en el núcleo del procesador, fragmento de memoria

RAM suele ser de 8,16.32 o 64 o 128 Kbytes.

Memoria cache L2: Mucho mayor que L1 unificada del orden de 256 Kb o 512 Kb, lee

constantemente cantidades de datos ligeramente mayores de la memoria RAM, situada

fuera del chip:

En la placa base, o en un módulo espacial junto al CPU.

La DDR-SDRAM

Es similar a la convencional y conocida SDRAM, con la diferencia que dobla la

velocidad de transferencia ya que pasa a ser dos veces por ciclo.

Envía los datos 2 veces por cada señal de reloj, una vez en cada extremo de la señal.

Utiliza un voltaje de 2.5V

Existen dos clases de memoria DDR:

1.- PC1600 con un ancho de banda de 1.6GB/seg

2.- PC2100, estaciones de trabajo y servidores.

Su elevado ancho de banda la convierte por su elevado rendimiento en la

solución ideal para PCs, estaciones de trabajo y servidores.

La memoria DDR2

Son una versión mejorada de las memorias DDR, que permiten que los búferes de

entrada/salida trabajen al doble de la velocidad de la frecuencia del núcleo, permitiendo

que durante cada ciclo de reloj se realicen cuatro transferencias.

Opera tanto en flanco alto del reloj como en el bajo.

La memoria del BIOS

Arquitectura de computadoras El BIOS (Basic Input Output System)

Durante el arranque del equipo podemos experimentar diversos problemas,

desde que nuestros equipo este completamente muerto y no haga nada, hasta que

emita pitidos que nosotros no entenderemos o muestre mensajes poco

clarificadores en pantalla.

Esto ocurrirá durante la inicialización del hardware y significara que algún

componente del sistema ha fallado, sin pasar los test iniciales de verificación.

Así que conocer las causas o significados de estos mensajes en forma de texto o

sonido puede resultar muy útil cuando surge problemas.

Procesador

Incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los

registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial,

mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento

del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.

Organización de un procesador:

Captar instrucciones: Lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria

principal).

Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es

necesario.

Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de

un módulo de E/S.

Procesar datos: la ejecución e una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna

operación aritmética o lógica con los datos.

Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la

memoria o en el módulo de E/S.

Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos

temporalmente mientras una instrucción está ejecutándose, en otras palabras el

procesador necesita una pequeña memoria interna.

Estructura interna del procesador

Indican los caminos de transferencia de datos y de la lógica de control.

Disco Duro

Es un dispositivo de almacenamiento que graba los datos de forma magnética en ambas

caras de la superficie de uno o varios discos concéntricos de cerámica o aluminio

recubierto de limadura magnética los cuales están sujetos por un mismo eje, gracias al

cual giran a una gran velocidad.

Están resguardados dentro de una caja metálica la cual la mantiene libre de polvo o de

cualquier otro agente que pueda perjudicar su funcionamiento o la perdida de datos.

Internamente todos los discos duros pueden ser iguales, pero pueden variar grandemente

en el tipo de interfaz o conexión.

Características de los Discos Duros

Todo disco duro debe tiene estas distinciones unas mayores que otras en diferentes

discos ya sea por fabricante o modelo:

Tiempo Medio de Acceso: es el tiempo que tarda la cabeza de

lectura/escritura en llegar al sector donde se encuentra la información

que nos interesa.

Tiempo Medio de Búsqueda: es el tiempo que tarda el cabezal de ir de

la pista más externa del disco a la pista interna o cercana al eje.

Tiempo de Lectura/Escritura: esto es el tiempo que se toma el disco

duro en leer o escribir información, todo en base a la cantidad de

información que se busca o se escribe, los tamaños de bloque del disco

duro, las RPM, la cantidad de sectores a utilizar.

Latencia Media: es el tiempo que tarda la cabeza de lectura/escritura en

colocarse sobre un sector previamente buscado, todo esto se hace en la

mitad del tiempo de una rotación completa del disco duro.

Velocidad de Rotación: esta presentada en RPM (Revoluciones Por

Minuto) es las veces que giran los discos en un minuto.

Tasa de Transferencia: es la velocidad en que se transporta la

información a la computadora ya sea a otro dispositivo de

almacenamiento o moviéndola de una carpeta a otra. En este caso sería

FSB(Front Side Bus)

Cache: es una serie de circuitos integrados que almacenan información,

son del tipo memoria Flash.

Landz: es el lugar sobre el cual se estacionan los cabezales de

Lectura/Escritura cuando el disco duro está apagado.

Tarjeta madre

Parte principal de un computador ya que nos sirve de alojamiento de los demás

componentes permitiendo que estos interactúen entre si y puedan realizar procesos.

Partes de la tarjeta madre:

BIOS: Se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del

ordenador.

Cache: En ella se guardarán datos que el ordenador necesita para trabajar.

Chipsets: Se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador

Zócalo zif: Se usa para fijar y conectar un microprocesador.

Slot de expansión: Son ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se

introducen las tarjetas de expansión.

Ranuras pci: Generalmente son de color blanco, miden 8.5 cm es de hasta 132 MB/s a

33 MHz, no es compatible para alguna tarjetas de vídeo 3D.

Ranuras dimm: Son ranuras de 168 contactos y 13 cm. de color negro, es lugar donde

nos permite inserta memorias RAM tipo DIMM

H. Ranuras SIMM: Son ranuras de 30 conectores, y meden 8,5 cm. En 486

aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10,5 cm de color blanco, es lugar

donde almacenaremos las memorias RAM tipo SIMM.

Ranuras agp: Se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D. Ofrece 264

MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm.

Anuras isa: Sirve para conectar un módem o una tarjeta de sonido, Miden unos 14 cm y

su color suele ser negro.

Pila: Se encarga de conservar los parámetros de la BIOS como la fecha y hora.

Jumper: Trata de un conjunto de pines que se encuentran en los circuitos impresos de

mainboard, discos, etc.

Conectores frontales: Es un conjunto de pines donde conectamos el panel frontal del

case, es decir los botones de encendido, reset y los leds o indicadores, posee una regla

de conexión: "Cables oscuros hacia el pin positivo (+), y en el caso del speaker, el cable

negro es tierra y el rojo tiene +5 v DC".

Linografía:

http://es.slideshare.net/rosluck29/clasificacin-de-flynn-arquitectura-del-computador

https://es.wikipedia.org/wiki/MIMD

http://www.monografias.com/trabajos104/arquitectura-computadoras-

memoria/arquitectura-computadoras-memoria.shtml

https://sites.google.com/site/computadorasarquitectura/home/unidad1

http://arquitecturadecomputadorass.blogspot.com/2012/09/organizacion-del-

procesador.html

https://arquitecturaumg.wordpress.com/2013/05/27/discos-duros/

http://arquihardware.blogspot.com/2008/07/tarjeta-madre.html