Arquitectura de software

1. ARQUITECTURA DEL
COMPUTADOR
Dr. Carlos Guerra Cordero

2. INTRODUCCION A LA
ARQUITECTURA DE
COMPUTADORAS

3. Cuando se describe un computador, se
distingue entre Arquitecura y Organización del
Computador.
La Arquitectura de Computadoras se refiere a
los atributos de un sistema que son visibles a
un programador, o mejor dicho a los atributos
de la ejecución lógica de un programa. Por
ejemplo a un conjunto de instrucciones
La Organización de Computadoras se refiere a
las unidades y sus interconexiones, detalles del
hardware transparentes al programador. Como
por ejemplo Interfases entre el computador y los
perifericos. Etc.

4. ¿QUE ES UN COMPUTADOR?
1. Una computadora (Hispanoamérica) u
ordenador (España) es un dispositivo
electrónico compuesto básicamente de un
procesador, una memoria y los dispositivos
de entrada/salida (E/S).
2. Es un conjunto de Subsistemas
interrelacionados en una Estructura para
cumplir una Función

5. ESTRUCTURA Y FUNCION
• ESTRUCTURA
– LA MANERA EN LA CUAL LOS COMPONENTES
SE INTERRELACIONAN
• FUNCION
– LA OPERACION DE CADA COMPONENTE
INDIVIDUAL COMO PARTE DE LA ESTRUCTURA

6. FUNCIONES BASICAS
• ES:
– PROCESAR DATOS
– ALMACENAR DATOS
– TRANSFERIR DATOS DEL COMPUTADOR AL
MUNDO EXTERIOR O VISEVERSA
– CONTROL DE LAS OPERACIONES ANTERIORES

7. Sistema de
transferencia
de datos
Mecanismo
de control
Recurso de
almacenamiento
de datos
Recurso de
procesamiento
de datos
ENTORNO OPERATIVO
(Fuente y destino de datos)
Visión funcional del
computador

8. Transferencia
Control
Almacenamnto Procesamiento
Transferencia
Control
Almacenamnto Procesamiento
Transferencia
Control
Almacenamnto Procesamiento
Transferencia
Control
Almacenamnto Procesamiento
Posibles operaciones de un computador
(a) (b)
(c) (d)

9. • Movimiento de Datos
– Del Teclado a la pantalla
Transferencia
Control
Almacena-
miento
Procesamiento

10. • Almacenamiento
– Un “download” desde Internet
Transferencia
Control
Almacena-
miento
Procesamiento

11. • Procesamiento desde/hacia almacenamiento
– Actualización de datos
Transferencia
Control
Almacena-
miento
Procesamiento

12. • Procesamiento desde almacenamiento hacia E/S
– ejem. Impresión de una información almacenada
Transferencia
Control
Almacena-
miento
Procesamiento

13. Computador
•Procesamiento
•Almacenamiento
•E/S
El computador
Periféricos
ESTRUCTURA

14. Computadora
Unidad
central de
proceso
Bus del
sistema
Módulos
de E/S
Memoria
principal
Estructura del computador en el nivel superior

15. Unidad
central de
proceso
Bus del
sistema
Módulos
de E/S
Memoria
principal
Unidad
aritmético
lógica
Bus interno
del CPU
Registros
Unidad
de control
Computador
CPU
El CPU

16. Unidad
de
Control
Bus interno
del CPU
Registros
ALU
Logica
Secuencial
Unidad de
control, registros
y decodificadores
Memoria
de control
Computador
UNIDAD
DE CONTROL
La Unidad de Control

17. HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS
• ERA MECANICA (1600’s A 1940’s)
– Wilhelm Schickhard (1623)
• Astrónomo y matemático
• Cuatro operaciones básicas
– Blas Pascal (1642)
• Matemático
• Primera máquina producida en masa (50 copias)
• Solo sumas y restas

18. HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS
– Gottfried Liebniz (1673)
• Matemático e inventor
• Mejoró la máquina de Pascal
• Cuatro operaciones básicas
– Charles Babbage (1822)
• Matemático
• “Padre” de la computadora moderna
• Deseaba mas precisión en cálculos
• “Motores” Analítico y Diferencial (tablas, cualquier
operación matemática, sumaba en 1 seg... multiplicaba
en 1 min...

19. HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS
– George Boole (1847)
• Análisis matemático de la lógica
• Investigación en “leyes del pensamiento”
– Herman Hollerith (1889)
• Máquina de tarjetas perforadas modernas
• Formo la Cia de Máquinas de Tabulación (Se convirtió
en IBM)
• En 1800 censo tomo 5 años en cálculos
• Con máquina de Hollerith cálculos en censo de 1890 se
redujo de 7.5 años a 2 meses

20. HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS
– Konrad Zuse (1938)
• Construyo la primera computadora mecánica, Z1
• máquina binaria
• Gobierno alemán decidió no continuar con su
desarrollo (II G.M.)
– Howard Aiken (1943)
• Diseño la Hardvard Mark I
• Implementación de la máquina de Babbage
• Construida por IBM

21. HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS
• ERA MECANICA
– DISEÑADAS PARA REDUCIR EL TIEMPO
REQUERIDO EN LOS CALCULOS, E INCREMENTAR
LA PRECISION DE LOS RESULTADOS
– DOS PRINCIPALES LIMITACIONES
• Velocidad de operación limitada por la inercia de las
partes móviles
• No muy confiables y caras

22. LA ERA ELECTRONICA
• PRIMERA GENERACION (1946-1957)
– ENIAC
• Desarrollada para cálculos de tablas de disparo de artillería
• Diseñada por Mauchly y Echert (U. Pennsylvania)
• Conocida como la primera computadora electrónica
• Gran tamaño
– 18,000 Tubos
– 70,000 Resistencias
– 10,000 Condensadores
– 6,000 Conmutadores
– 160 m2
– 140 kW
– 5,000 sumas por segundo

23. LA ERA ELECTRONICA
• PRIMERA GENERACION (1946-1957)
– ENIAC
• Usaba sistema numérico decimal
• Programación manual por medio de
conmutadores y cableado

24. LA ERA ELECTRONICA
• PRIMERA GENERACION (1946-1957)
– IAS (Instituto para Estudios Avanzados)
• Von Neumann y Goldstine
• Tomo la idea de ENIAC y desarrollo el concepto
de guardar el programa en memoria
• Nace lo que se convertiría en la “Arquitectura
de Von Neumann”, base de virtualmente toda
computadora diseñada desde entonces

25. MEMORIA
PRINCIPAL
Datos e
instrucciones
UNIDAD
ARITMETICO
LOGICA
Operaciones binarias
UNIDAD DE
CONTROL
E/S
ESTRUCTURA DEL COMPUTADOR IAS

26. ESTRUCTURA EN DETALLE DE LA COMPUTADORA IAS
Memoria
Principal
Unidad Aritmetico Logica
Unidad de Control
Equipo
E/S
MBR
Circuitos Logicos Arimetico
MQ
Acumulador
MAR
Circuitos
de Control
IBR
IR
PC
Direcciones
Instrucciones
y Datos

27. CPU
(ALU, Registros
y Control)
SISTEMA DE BUS
Memoria Módulos de E/S
Bus de Control
Bus de Datos
Bus de Direcciones

28. LA ERA ELECTRONICA
• SEGUNDA GENERACION (1958-1964)
– CAMBIO DE TECNOLOGIA
– TRANSISTORES
– LENGUAJES DE ALTO NIVEL
– ARITMETICA DE PUNTO FLOTANTE

29. LA ERA ELECTRONICA
• TERCERA GENERACION (1965-1971)
– INTRODUCCION DE CIRCUITOS INTEGRADOS
– MEMORIA DE SEMICONDUCTORES
– MICROPROGRAMACION
– MULTIPROGRAMACION

30. LA ERA ELECTRONICA
• CUARTA GENERACION (1972 - 1977)
– (GRAN ESCALA DE INTEGRACION) LSI / VLSI
– COMPUTADORAS DE UNA SOLA PLACA
• QUINTA GENERACION (1978 - ¿?)
– VLSI / ULSI
– REDES DE COMUNICACIONES POR COMPUTADORAS
– INTELIGENCIA ARTIFICIAL
– PARALELISMO MASIVO

31. PRESTACIONES DE LAS
COMPUTADORAS
• RENDIMIENTO :
– ¿CUANDO SE DICE QUE UN COMPUTADOR ES MAS RAPIDO
QUE OTRO?
– TIEMPO DE RESPUESTA,
– TIEMPO DE EJECUCION
– PRODUCTIVIDAD (THROUGHPUT),
– LATENCIA
– ANCHO DE BANDA

32. PRESTACIONES DE LAS
COMPUTADORAS
– USUALMENTE LOS TERMINOS TIEMPO DE
RESPUESTA, TIEMPO DE EJECUCION Y
PRODUCTIVIDAD SE UTILIZAN CUANDO SE
DESARROLLA UNA TAREA DE PROCESAMIENTO
COMPLETO
– LOS TERMINOS LATENCIA Y ANCHO DE BANDA
USUALMENTE SE USAN CUANDO SE HABLA DE
SISTEMAS DE MEMORIA

33. CONSIDERACIONES EN EL DISEÑO DE
COMPUTADORAS
• LOS COMPUTADORES SON DISEÑADOS PARA
EJECUTAR PROGRAMAS
• DEBEN SER DISEÑADOS PARA QUE CUMPLAN CON
CIERTAS FUNCIONES, CON PRECIOS
CONSIDERABLES
• LA ARQUITECTURA DEBE SER DISEÑADA PARA QUE
SOBREVIVA A LOS CAMBIOS EN LA TECNOLOGIA EN
HW y SW
• EL SW TIENE UNA TENDENCIA A AUMENTAR LA
MEMORIA UTILIZADA POR LOS PROGRAMAS Y SUS
DATOS

34. EVALUACION DEL RENDIMIENTO
• OTRAS CONSIDERACIONES
– COSTO
• COSTO DE DISEÑO
• COSTO DE VENTA
• COMPONENTES
– COMPATIBILIDAD
– DISPONIBILIDAD DE SOFTWARE
– MANTENIMIENTO