cpu

1. Contenido
Ideas Preliminares
Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Arquitectura de Computadores
Introducción
Prof. Rodrigo Araya E.
raraya@inf.utfsm.cl
Universidad Técnica Federico Santa Marı́a
Departamento de Informática
Valparaı́so, 1er Semestre 2006
RAE Arquitectura de Computadores Introducción

2. Contenido
Ideas Preliminares
Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
1 Ideas Preliminares
2 Arquitectura y Organización
3 Tendencias Tecnológicas
4 Reseña Histórica
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3. Contenido
Ideas Preliminares
Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Ideas Preliminares
La Arquitecturas de Computadores es parte de los Sistema
Digitales y constituye el fundamento de los llamados Sistemas
de Computación.
Los computadores constituyen sin duda el área de mayor
dinamismo e innovación con un crecimiento espectacular
desde su introducción alrededor del año 1940.
Los computadores han cambiado la sociedad y lo seguirán
haciendo.
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4. Contenido
Ideas Preliminares
Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Ideas Preliminares
¿Por qué estudiar Arquitecturas?
Conocer la arquitectura de un sistema permite construir SW
de mayor desempeño.
Ubicuidad de los procesadores: electrodomésticos, PDA,
celulares etc...
Desarrollo de sistemas embebidos.
Desarrollo de procesadores propios.
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5. Contenido
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Evolución Tecnológica
Los Procesadores han aumentado su velocidad a tasas
increı́bles, debido principalmente a la disminución del tamaño
de sus componentes.
Aumento del tamaño y velocidad de las memorias; y la
velocidad de del sistema E/S.
El desempeño relativo por unidad de costo tiene un
crecimiento explosivo.
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Evolución Tecnológica
Año Chip No transistores Tecnologı́a
1971 4004 2,3x103 10µ
1978 8086 29x103 3µ
1982 80286 134x103 1,5µ
1985 386 275x103 1,5µ
1989 486 1,2x106 1µ
1993 Pentium 3,1x106 0,8µ
1995 Pentium Pro 5,5x106 0,6µ
1997 Pentium II 7,5x106 0,35µ
1999 Pentium III 9,5x106 0,18µ
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7. Contenido
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Evolución Tecnológica
Ley de Moore: “El desarrollo de las tecnologı́as de fabricación
permite que el número de transistores integrados en los
microprocesadores se duplique cada 18 meses.”
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Arquitectura
La arquitectura esta determinada por los atributos de un sistema
que son visibles para un programador.
Por ejemplo...
Conjunto de instrucciones.
No de Bits utilizados.
Mecanismos E/S.
Direccionamiento de memoria.
etc..
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9. Contenido
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Organización
La organización tiene referencia a las unidades funcionales y sus
interconexiones. No tiene un impacto para un programador, por lo
que cambios en ella son transparentes al momento de la
implementación. Sin embargo es necesario tenerla en cuenta.
Por ejemplo...
Detalles de HW internos.
Señales de control
Tecnologı́a de memoria utilizada.
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10. Contenido
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Arquitectura y Organización
Aspectos que intervienen en la arquitectura de un sistema:
Tecnologı́a.
Aplicaciones.
Sistemas Operativos.
Lenguajes de Programación
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Procesadores
Procesadores
Los procesadores sufren un incremento anual de su frecuencia
cercano al 20 %.
La capacidad lógica de los procesadores tiene un incremento
de un 30 % anual.
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12. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Memoria Ram
Memoria
Las memorias de acceso aleatorio (RAM) han ido aumentando
en capacidad, llegando a un 60 % por año. No asi su velocidad
de acceso la que solo alcanza un crecimiento de un 10 %
anual.
“640 Kb deberán ser suficientes para cualquiera”
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13. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Almacenamiento
Discos Duros
Los discos duros tienen un crecimiento anual cercano al 60 %.
La información que se genera en todo el mundo aumenta a un
ritmo de un 30 % anual.
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Reseña Histórica
Primera Generación
David Hilbert, nacido en el conocido pueblo de Königsberg,
estableció 23 problemas matemáticos y uno de ellos fue el
enstcheidungsproblem. Es decir, ¿hay un método definido
que pueda aplicarse a cualquier sentencia matemática y que
nos diga si esa sentencia es cierta o no?.
En 1936 Alan Turing respondió este problema, en términos de
una máquina teórica, capaz de transformar con precisión
operaciones elementales previamente definidas en sı́mbolos, en
una cinta de papel.Máquina de Turing.
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Reseña Histórica
Colossus
Como necesidad de la Segunda Guerra Mundial, para
descifrar los mensajes alemanes, se construyó la máquina
Colossus.
Diseñada por Thomas H. Flowers, S. W. Broadbent y W.
Chandler de forma ultrasecreta y más tarde con la ayuda de
Turing. Se puso en funcionamiento en diciembre de 1943.
Algunas de las caracterı́sticas más importantes de Colossus:
Empleaba el sistema binario.
Llego a tener 2,400 tubos de vidrio al vacı́o.
Sus datos de entrada los leı́a de una cinta de papel perforada.
Su velocidad de operación era de 5,000 Hertz
Medı́a 2.25 metros de alto, 3 metros de largo y 1.20 metros de
ancho.
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Colossus
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17. Contenido
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Arquitectura y Organización
Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Primera Generación
En 1940 Konrad Zuse terminó su modelo Z2 (la primera
computadora electromecánica completamente funcional del
mundo). Un año mas tarde construyo la Z3 que contaba con
2000 relés pesando 1 tonelada.
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18. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Primera Generación
En la Universidad de Harvard, Howard Aiken en colaboración
con IBM, empezó, en 1939, la construcción del computador
electromecánico Mark I. Pero para cuando se terminó en
1944, ya habı́an aparecido las primeras computadoras
totalmente electrónicas, que eran mucho más rápidas.
En 1938 Shannon demostró cómo las operaciones booleanas
elementales, se podı́an representar mediante circuitos
eléctricos, y cómo la combinación de circuitos podı́a
representar operaciones aritméticas y lógicas complejas.
Shannon demostró además que mediante el álgebra de Boole
se podı́an simplificar circuitos conmutadores.
Con esto se estableció el vı́nculo entre la lógica y la
electrónica.
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19. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
MARK I
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
ENIAC
entre 1943 y 1946, Mauchly y J. Presper Eckert, Jr, diseñaron
y construyeron, entre los años 1943 y 1946, el computador
eléctrico de propósito general ENIAC.
John Von Neumann formó parte de las últimas fases de su
diseño y construcción, aportando con la idea de la Máquina
Von Neumann, que describe una novedosa arquitectura.
Esta idea de arquitectura se aplica a todos los computadores
que se han construido.
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21. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Segunda Generación
Los problemas de los computadores de la primera generación
radicaban en la escaza velocidad de procesamiento de los relés
electromecánicos y la mala disipación de calor de los tubos de
vacı́o.
En 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockley
inventan el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Fı́sica en
1956.
El transistor esta compuesto, generalmente, por silicio y
funciona como un interruptor.
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22. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Segunda Generación
Los computadores construidos con transistores eran más
rápidos, más pequeños y producı́an menos calor, dando
también oportunidad a que, más tarde, se desarrollaran los
microprocesadores.
Algunas de las máquinas que se construyeron en esta época
fueron:
TRADIC (Bell Laboratories).
TX-0 (MIT).
704, 709 y 7094 (IBM).
También aparece en esta generación el concepto de
supercomputador.
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23. Contenido
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Tendencias Tecnológicas
Reseña Histórica
Segunda Generación
Además del transistor, otros hechos marcaron esta segunda
Generación.
Test de Turing (Inteligencia Artificial).
El compilador (1951, Grace Murray Hooper).
El primer compilador para FORTRAN (1957, John Backus).
LISP (1958, John MacCarthy).
Sin embargo el personaje más importante en el campo de los
algoritmos es Edsger Dijkstra.
En 1959, aparece el primer circuito integrado (Jack Kilby),
compuesto por transistores interconectados, llamado chip.
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Reseña Histórica
Tercera generación
Se producen máquinas mucho más pequeñas y rápidas.
Algunas de las máquinas que se construyeron en esta época
fueron: IBM 360/91, IBM 195, SOLOMON, ILLIAC IV.
A mediados de los 60 se desarrolla el lenguaje Pascal (Niklaus
Wirth).
En 1971, Intel introduce el primer microprocesador (4004),
que solo costaba 200 dolares.
Luego nació el Intel 8008, el que se masificó en el mercado.
De aqui nació la integración a gran escala (VLSI) y la
integración a muy gran escala VLSI. Pero su costo era muy
alto.
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Reseña Histórica
Cuarta generación
En 1975 apareció el Altair 8800 (MITS) fue el primer
microcomputador del mundo de bajo costo.
William Gates y Paul Allen, ofrecieron al dueño de MITS, un
software en BASIC que podı́a correr en el Altair. Luego
crearon Microsoft.
En 1976 Steven Wozniak y Steven Job crearon la Apple I.
En 1977, lanzaron la Apple II, el primer computador con
gráficos a color y carcasa de plástico.
En 1981, IBM estrena la IBM Personal Computer con
procesador Intel y sistema operativo de Microsoft. Con esto,
los computadores comenzaron a penetrar en los hogares.
En 1984, Apple lanza el Macintosh, con interfaz gráfica y un
mouse.
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Fin...
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