***Modelos de Arquitectura de computo***

La arquitectura de computadoras:

Es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadoras.​Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

También suele definirse como la forma de interconectar componentes de hardware, para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

Clásicas(programa almacenado): 

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas 

1. Arquitectura de  von Neumann:

Historicamente han existido dos tipos de computadoras:

1. Computadoras de programa fijo. Ej. calculadora. 

2. Computadoras de programa almacenado (reprogramables). Ej. Computadoras convencionales.

 El segundo tipo de computadora fue introducido por John von Neumann  en 1945.

Caracteristicas:

•  Consiste en una unidad de control, una unidad aritmética/lógica, registros, memoria y dispositivos de entrada y salida.
•   Direcciona las instrucciones y los datos en memoria de la misma manera.

Dato: 

Un programa almacenado es un ciclo de instrucciones realizadas en 4 pasos:

•  buscar (fetch)
•  descodificar
•  decidir 
•  ejecutar. 

2.   Harvard (Mark I) 1947:

La arquitectura harvard forma parte de los modelos clasicos en cuanto a la estructura de un computador. La organizacion del modelo harvard se distingue por una division de memoria en una memoria de instrucciones y de datos. 

La unidad de procesamiento se conecta con dos memorias diferentes:

Memoria de programa.- Contiene todas las instrucciones del programa desarrollado

Memoria de datos.- Dispositivo que almacena datos permanente del usuario.

• Segmentadas 

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación

PIPE-LINE

Consiste en la segmentación del procesador, a lo que llamamos "pipe-line", descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez. La arquitectura en pipeline (basada en filtros) consiste en ir transformando un flujo de datos en un proceso comprendido por varias fases secuenciales, siendo la entrada de cada una la salida.

Estas arquitecturas surgen por la necesidad de aumentar la velocidad de procesamiento.( N B. V.GOMEZ( 2012)).

•  Multiprocesamiento

Caracteriticas:

Se utilizan dos o mas CPUs dentro de un mismo sistema computacional.

Varios núcleos en el mismo CI

Multiples núcleos en un pequeño bloque de material semiconductor.

Pentium Pro (Procesador y cache)

Multiples núcleos en un encapsulado. 

M u l t i p l e s encapsulados en un chasis.(N B. V.GOMEZ( 2012))

Conceptos relacionados… 

• Multitarea: Cuando existe un solo procesador y hay una multiplexación de los procesos en tiempo. 
•  Multiprocesamiento: Ejecución paralela de múltiples procesos usando más de un procesador.
•   Procesamiento en paralelo: cuando un solo proceso o tarea usa más de un procesador simultáneamente.

En la taxonomía de Flynn, los multiprocesadores son máquinas MIMD (del inglés Multiple Instruction, Multiple Data, en español "múltiples instrucciones, múltiples datos”). Existen dos tipos de multiprocesamiento: 

1.  Multiprocesamiento simétrico 
2.  Multiprocesamiento asimétrico

Multiprocesamiento simétrico:

Se caracteriza por el hecho de que varias unidades de procesamiento comparten el acceso a la memoria, compitiendo en igualdad de condiciones por dicho acceso, de ahí la denominación "simétrico".

 Permite que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin importar su localización en memoria; con un propicio soporte del sistema operativo, estos sistemas pueden mover fácilmente tareas entre los procesadores para garantizar eficientemente el trabajo.

Multiprocesamiento asimétrico:

A cada procesador se le asigna una tarea específica; el procesador maestro planifica y asigna el trabajo a los procesadores esclavos.

El más común en sistemas más grandes.

El que manda es el de mayor jerarquía.

Una desventaja es que se recarga todo el trabajo sobre el procesador que manda o el de mayor jerarquía

Análisis de los componentes: CPU

CPU

La unidad central de proceso es la circuiteria electronica dentro de la computadora que ejecuta las  instrucciones del programa almacenado, llevando a cabo operaciones básicas de tipo aritmético, lógico, de control y de entrada/salida, las cuales son especificadas por las instrucciones. 

Los componentes principales de la CPU incluyen: 

• La ALU que ejecuta operaciones aritméticas y lógicas, 
• Los registros de procesamiento que suplementan de operandos a la ALU y almacenan los resultados de las operaciones de la ALU, y
• La unidad de control que orquesta el fetching (en la memoria) y la ejecución de instrucciones dirigiendo operaciones coordinadas de la ALU, registros y otros componentes (p.ej. dispositivos de E/S). 

Descripción de los componentes de la CPU: la ALU 

1. La ALU es un circuito digital dentro del procesador que realiza operaciones aritméticas enteras y lógicas bit a bit.  
2.  Las entradas a la ALU son: las palabras de datos a ser operadas (llamadas operandos), información de estado de operaciones previas, y un código de la unidad de control que indica qué operación realizar. 
3. Dependiendo de la instrucción que se ejecute, los operandos pueden provenir de registros de la CPU internos o memoria externa, o pueden ser constantes generadas por la misma ALU. 
4. Cuando todas las señales de entrada se han estabilizado y propagado a través de los circuitos de la ALU, el resultado de la operación realizada aparece en las salidas de la ALU. El resultado consiste tanto en una palabra de datos, que puede almacenarse en un registro o memoria, como en información de estado que normalmente se almacena en un registro interno especial de la CPU reservado para este fin.

Descripción de los componentes de la CPU: la unidad de control

1. La unidad de control contiene la circuiteria electronica necesaria para a través de señales eléctricas dirigir el sistema computacional completo que lleva acabo  la ejecución de las instrucciones del programa almacenado. 
2.  La unidad de control no ejecuta instrucciones pero administra otras partes del sistema para que lo hagan. 
3.  La unidad de control se comunica con la ALU y la memoria.

Análisis de los componentes: memoria

Un dígito binario es almacenado en una célula de memoria la cual puede cambiar entre dos posibles valores

los programas almacenados contienen miles de bits,los cuales son procesados por la CPU

Dado que el numero de bits a procesar crece exponencialmente los diseñadores de computadoras enfrentan una lucha constante entre el tamaño y los datos a procesar.

Dado que el numero de bits a procesar crece exponencialmente los diseñadores de computadoras enfrentan una lucha constante entre precio y los datos a procesar.

Dado que el numero de bits a procesar crece exponencialmente los diseñadores de computadoras enfrentan una lucha constante entre velocidad y datos a procesar.

Por lo que:

existen dos tipos de memorias:

Dynamic random-access memory (DRAM) Necesita reescribirse periodicamente. Gran capacidad a bajo costo. Para los procesadores actuales es “lenta” (aprox. 100 ns).

Static Random-Access Memory(DRAM) No necesita reescribirse. Es la memoria mas rápida en el sistema computacional. Costosa y ocupa 3 veces mas espacio que la DRAM.

Ejemplos de dispositivos de entrada y Salida 

PARA VER MAS......


https://youtu.be/3IO8vakOS78
https://youtu.be/lUpFitiXTsw

REFERENCIAS:

1. JUAN BERNARDO VAZQUEZ GOMEZ. ( 2012). FUNDAMENTOS DE LA ARQUITECTURA COMPUTACIONAL. 03/febrero/2018, de RED TERCER MILENIO Sitio web: http://www.aliat.org.mx/BibliotecasDigitales/sistemas/Arquitectura_computadoras_I.pdf
2. Jose B. Santillan. (2009). modelos de arquitectura de computo. 04/02/2018, de universidad de valencia Sitio web: http://informatica.uv.es/iiguia/AAC/AA/apuntes/aic_intro.pdf
3. Arturo Diaz Alonso. (2003). informatica 1. 04/02/2018, de UNAM Sitio web: http://fcasua.contad.unam.mx/apuntes/interiores/docs/98/1/informa1.pdf
4. Hamacher, C., & Vranesic, Z. (2011). Computer organisation. New Delhi: Tata Mcgraw Hill Education Private Ltd.

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Sanchez Sanchez Lizeth Guadalupe y  Jesus Levano Leocadio
Tecnologias de la Informacion y Comunicaciones  ITSOEH
Arquitectura de computadoras