Presentación para entender en que consiste la arquitectura de las computadoras

1. Materia: Arquitectura de las computadoras
Temas:
• Introducción
• Organización Estructurada
• Lenguajes, niveles y maquinas virtuales
• Máquinas multinivel contemporáneas
• Evolución de las máquinas multinivel

2. • Computadora digital: máquina que puede resolver problemas ejecutando
las instrucciones dadas por una persona.
• A la serie de instrucciones se les conoce como programa.
• Lenguaje de máquina: lenguaje en donde las personas se comunican por
medio de las instrucciones con la máquina.
• Las personas al diseñar una computadora nueva deciden que instrucciones
hará ésta, dando lugar a acciones primitivas:
Acciones primitivas + uso de la computadora + requisitos de desempeño=
-Complejidad y -costo
• Las observaciones antes mencionadas dan lugar al control de la complejidad
y diseño de sistemas computacionales, sistemática y organizadamente.
• Se conoce a esto como organización estructurada de una computadora

3. • Problema común: las personas quieren una cosa y las computadoras no
pueden hacer mas que otras cosas.
• Soluciones:
1. Hacer un nuevo conjunto de instrucciones más sencillo que el lenguaje
original. Esta nos llevará a un método llamado traducción.
2. Usar el lenguaje máquina con datos de entrada del método de traducción,
ejecutar cada instrucción analizando una por una y ejecutándola
directamente. Esto se conoce como interpretación y se hace mediante un
intérprete.
Traducción vs interpretación
• Son similares, tienen el mismo objetivo. La diferencia radica en que con la
traducción todo el primer lenguaje se desecha cuando ya se traduzca a
lenguaje máquina; en la interpretación después de cada instrucción
examinada se ejecuta, el intérprete controla la computadora.

4. • Las personas también pueden escribir programas para las máquinas
virtuales como si realmente existieran o pueden usarlas para albergar un
software que simula por completo el comportamiento de un Ordenador real
sin que este exista.
• Las Máquinas virtuales tienen multitud de aplicaciones, nos permiten
disponer de un ordenador con el que podemos funcionar sin miedo a
estropear la configuración del ordenador anfitrión, podemos probar
Sistemas Operativos, instalar otros que no conocemos para familiarizarnos
con los mismos y hacer experimentos de todo tipo sin correr ningún riesgo.
• La invención de una serie de lenguajes, cada uno más cómodo que sus
predecesores, puede continuar hasta llegar a uno adecuado. Cada lenguaje
se basa en su predecesor, por lo que podemos pensar en una computadora
que emplea esta técnica como una serie de capas o niveles.

6. • Generalmente, los computadores se diseñan como una serie de niveles,
cada uno construido sobre sus predecesores.
• Cada nivel representa una abstracción distinta y contiene objetos y
operaciones.
• Un modelo de máquina multinivel que se adapta a la mayoría de los
sistemas computacionales actuales se muestra en la siguiente figura:

8. I. Nivel 0: Nivel de lógica digital
 Es el hardware de la máquina.
 El nivel inferior sería el nivel de dispositivo.
 Componentes: Puertas lógicas, Circuitos integrados, Circuitos
combinacionales, Circuitos aritméticos, Relojes, Memorias,
Microprocesadores, Buses
II. Nivel 1: Nivel de microprogramación
 La función del microprograma es interpretar las instrucciones del
nivel 2.
 En algunas máquinas no existe el nivel de microprogramación.
 Circuito ALU (Arithmetic Logic Unit)

9. III.Nivel 2: Nivel de máquina convencional
Cada fabricante publica el “Manual de referencia del lenguaje máquina”
para cada uno de los computadores.
Las instrucciones del nivel de máquina las interpreta el microprograma.
En las máquinas en las que no existe el nivel de microprogramación, las
instrucciones del nivel de máquina son realizadas directamente por los
circuitos electrónicos.
IV.Nivel 3: Nivel del sistema operativo
La mayoría de las instrucciones de este nivel están también en el nivel 2
pero además tiene un nuevo conjunto de instrucciones, una organización
diferente de la memoria, posibilidad de ejecutar 2 o más programas ...
Las nuevas instrucciones las interpreta el sistema operativo.
Las que son idénticas a las del nivel 2 las lleva a cabo el microprograma.

10. V. Nivel 4: Nivel del lenguaje ensamblador
 Los niveles 4 y superiores son utilizados por los programadores de
aplicaciones.
Los niveles inferiores están diseñados para ejecutar los intérpretes y
traductores de los niveles superiores y son escritos por los programadores
de sistemas.
El ensamblador es el programa que lleva a cabo la traducción de un
programa del nivel 4.
VI.Nivel 5: Nivel de lenguajes de alto nivel
Los lenguajes de alto nivel son más fáciles de utilizar que los lenguajes de
niveles inferiores.
Son utilizados por los programadores de aplicaciones.
Los traductores de programas en lenguaje de alto nivel pued

11. • Programas escritos en lenguaje máquina son ejecutados directamente por
circuitos electrónicos.
Circuitos
electrónicos
Hardware -> Objetos tangibles
Software-> Algoritmos y representaciones en la computadora (programas)

12. Microprogramación
Primeras computadoras.-
• Solo con nivel ISA (programación) y nivel de lógica digital (ejecución de
programas)
• Complicados, difíciles de entender, construcción difícil, poco fiables.
1951 – Maurice Wilkes.-
• Computadora de 3 niveles
• Simplificar hardware
• Interpretar nivel ISA (microprograma)
• - No. Bulbos
• Año de auge: 1970

13. Invención S.O.
• Computadoras de ”taller abierto”
• Famosas tarjetas perforadas
• FORTRAN
• Proceso tedioso, largo
• Varias lecturas en compilador
• 1960 se reduce el tiempo con un programa llamado S.O.
• S.O. era cargado en la computadora
• S.O. leía las tarjetas y las usaba con fines contables
• Primer paso para crear una máquina virtual

14. Migración de funcionalidad de microcódigo
• Se podía agregar “hardware” (nuevas instrucciones) solamente
programando.
• Instrucciones no indispensables pero más rápidas.
• Multiplicación y división de enteros, instrucciones de operaciones
aritméticas de punto flotante, invocar y regresar procedimientos, acelerar
ciclos, cadenas de caracteres.
• Operaciones con matrices, trasladar programas de un lugar de memoria a
otro, interrupciones de entrada y salida, suspender un programa e iniciar
otro.

15. Adiós microprogramación
• Declive a finales de 70’s
• Se volvieron muy lentos a razón de ser voluminosos
• Instrucciones directas= - microprograma y - instrucciones

16. PREGUNTAS
1. Diferencia entre traducción e interpretación
Con la traducción todo el primer lenguaje se desecha cuando ya se traduzca a lenguaje
máquina; en la interpretación después de cada instrucción examinada se ejecuta.
2. 2 usos de las máquinas virtuales
Nos permiten disponer de un ordenador con el que podemos funcionar sin miedo a
estropear la configuración del ordenador anfitrión, podemos probar Sistemas Operativos.
3. En que nivel está el circuito ALU
Nivel de micropogramación o nivel 1
4. 3 componentes del nivel de lógica digital
Puertas lógicas, Circuitos integrados, Buses

17. Referencias bibliográficas
• Tanenbaum Andrew S., “Organización de las Computadoras: Un enfoque
estructurado”, 4ta edición, México, Pearson Education, 2000.
• http://anitamai.brinkster.net/Arq/Unidad1/MaqMulti/index.html
• http://www.jesusfernandezmesa.com/informatica/2012/07/18/las-mquinas-virtuales-
descripcin-y-funciones-ejemplo-de-funcionamiento-de-virtualbox
• www.cimat.mx/~gil/famat/cursos/computacion/tsc_arquitectura_de_compu
tadoras.html
• Tecnocoquito 02x12; https://www.youtube.com/watch?v=nlPCpIeLAJ8