arquitectura de computadores...

ContenidoIdeas Preliminares

Arquitectura y OrganizacionTendencias Tecnologicas

Resena Historica

Arquitectura de ComputadoresIntroduccion

Prof. Rodrigo Araya [email protected]

Universidad Tecnica Federico Santa MarıaDepartamento de Informatica

Valparaıso, 1er Semestre 2006

RAE Arquitectura de Computadores Introduccion



Resena Historica

1 Ideas Preliminares

2 Arquitectura y Organizacion

3 Tendencias Tecnologicas

4 Resena Historica




Resena Historica

Ideas Preliminares

La Arquitecturas de Computadores es parte de los SistemaDigitales y constituye el fundamento de los llamados Sistemasde Computacion.

Los computadores constituyen sin duda el area de mayordinamismo e innovacion con un crecimiento espectaculardesde su introduccion alrededor del ano 1940.

Los computadores han cambiado la sociedad y lo seguiranhaciendo.




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Ideas Preliminares

¿Por que estudiar Arquitecturas?

Conocer la arquitectura de un sistema permite construir SWde mayor desempeno.

Ubicuidad de los procesadores: electrodomesticos, PDA,celulares etc...

Desarrollo de sistemas embebidos.

Desarrollo de procesadores propios.




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Evolucion Tecnologica

Los Procesadores han aumentado su velocidad a tasasincreıbles, debido principalmente a la disminucion del tamanode sus componentes.

Aumento del tamano y velocidad de las memorias; y lavelocidad de del sistema E/S.

El desempeno relativo por unidad de costo tiene uncrecimiento explosivo.




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Ano Chip No transistores Tecnologıa

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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Ley de Moore: “El desarrollo de las tecnologıas de fabricacionpermite que el numero de transistores integrados en losmicroprocesadores se duplique cada 18 meses.”




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Arquitectura

La arquitectura esta determinada por los atributos de un sistemaque 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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Organizacion

La organizacion tiene referencia a las unidades funcionales y susinterconexiones. No tiene un impacto para un programador, por loque cambios en ella son transparentes al momento de laimplementacion. Sin embargo es necesario tenerla en cuenta.

Por ejemplo...

Detalles de HW internos.

Senales de control

Tecnologıa de memoria utilizada.




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Arquitectura y Organizacion

Aspectos que intervienen en la arquitectura de un sistema:

Tecnologıa.

Aplicaciones.

Sistemas Operativos.

Lenguajes de Programacion




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Procesadores

Procesadores

Los procesadores sufren un incremento anual de su frecuenciacercano al 20 %.

La capacidad logica de los procesadores tiene un incrementode un 30 % anual.




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Memoria Ram

Memoria

Las memorias de acceso aleatorio (RAM) han ido aumentandoen capacidad, llegando a un 60% por ano. No asi su velocidadde acceso la que solo alcanza un crecimiento de un 10%anual.

“640 Kb deberan ser suficientes para cualquiera”




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Almacenamiento

Discos Duros

Los discos duros tienen un crecimiento anual cercano al 60 %.

La informacion que se genera en todo el mundo aumenta a unritmo de un 30% anual.




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Primera Generacion

David Hilbert, nacido en el conocido pueblo de Konigsberg,establecio 23 problemas matematicos y uno de ellos fue elenstcheidungsproblem. Es decir, ¿hay un metodo definidoque pueda aplicarse a cualquier sentencia matematica y quenos diga si esa sentencia es cierta o no?.

En 1936 Alan Turing respondio este problema, en terminos deuna maquina teorica, capaz de transformar con precisionoperaciones elementales previamente definidas en sımbolos, enuna cinta de papel.Maquina de Turing.




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Colossus

Como necesidad de la Segunda Guerra Mundial, paradescifrar los mensajes alemanes, se construyo la maquinaColossus.

Disenada por Thomas H. Flowers, S. W. Broadbent y W.Chandler de forma ultrasecreta y mas tarde con la ayuda deTuring. Se puso en funcionamiento en diciembre de 1943.

Algunas de las caracterısticas mas importantes de Colossus:

Empleaba el sistema binario.Llego a tener 2,400 tubos de vidrio al vacıo.Sus datos de entrada los leıa de una cinta de papel perforada.Su velocidad de operacion era de 5,000 HertzMedıa 2.25 metros de alto, 3 metros de largo y 1.20 metros deancho.




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Colossus




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Primera Generacion

En 1940 Konrad Zuse termino su modelo Z2 (la primeracomputadora electromecanica completamente funcional delmundo). Un ano mas tarde construyo la Z3 que contaba con2000 reles pesando 1 tonelada.




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Primera Generacion

En la Universidad de Harvard, Howard Aiken en colaboracioncon IBM, empezo, en 1939, la construccion del computadorelectromecanico Mark I. Pero para cuando se termino en1944, ya habıan aparecido las primeras computadorastotalmente electronicas, que eran mucho mas rapidas.

En 1938 Shannon demostro como las operaciones booleanaselementales, se podıan representar mediante circuitoselectricos, y como la combinacion de circuitos podıarepresentar operaciones aritmeticas y logicas complejas.

Shannon demostro ademas que mediante el algebra de Boolese podıan simplificar circuitos conmutadores.

Con esto se establecio el vınculo entre la logica y laelectronica.




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MARK I




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ENIAC

entre 1943 y 1946, Mauchly y J. Presper Eckert, Jr, disenarony construyeron, entre los anos 1943 y 1946, el computadorelectrico de proposito general ENIAC.

John Von Neumann formo parte de las ultimas fases de sudiseno y construccion, aportando con la idea de la MaquinaVon Neumann, que describe una novedosa arquitectura.

Esta idea de arquitectura se aplica a todos los computadoresque se han construido.




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Segunda Generacion

Los problemas de los computadores de la primera generacionradicaban en la escaza velocidad de procesamiento de los releselectromecanicos y la mala disipacion de calor de los tubos devacıo.

En 1947, John Bardeen, Walter Brattain y William Shockleyinventan el transistor, recibiendo el Premio Nobel de Fısica en1956.

El transistor esta compuesto, generalmente, por silicio yfunciona como un interruptor.




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Segunda Generacion

Los computadores construidos con transistores eran masrapidos, mas pequenos y producıan menos calor, dandotambien oportunidad a que, mas tarde, se desarrollaran losmicroprocesadores.

Algunas de las maquinas que se construyeron en esta epocafueron:

TRADIC (Bell Laboratories).TX-0 (MIT).704, 709 y 7094 (IBM).

Tambien aparece en esta generacion el concepto desupercomputador.




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Segunda Generacion

Ademas del transistor, otros hechos marcaron esta segundaGeneracion.

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 mas importante en el campo de losalgoritmos es Edsger Dijkstra.

En 1959, aparece el primer circuito integrado (Jack Kilby),compuesto por transistores interconectados, llamado chip.




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Tercera generacion

Se producen maquinas mucho mas pequenas y rapidas.

Algunas de las maquinas que se construyeron en esta epocafueron: IBM 360/91, IBM 195, SOLOMON, ILLIAC IV.

A mediados de los 60 se desarrolla el lenguaje Pascal (NiklausWirth).

En 1971, Intel introduce el primer microprocesador (4004),que solo costaba 200 dolares.

Luego nacio el Intel 8008, el que se masifico en el mercado.

De aqui nacio la integracion a gran escala (VLSI) y laintegracion a muy gran escala VLSI. Pero su costo era muyalto.




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Cuarta generacion

En 1975 aparecio el Altair 8800 (MITS) fue el primermicrocomputador del mundo de bajo costo.

William Gates y Paul Allen, ofrecieron al dueno de MITS, unsoftware en BASIC que podıa correr en el Altair. Luegocrearon Microsoft.

En 1976 Steven Wozniak y Steven Job crearon la Apple I.

En 1977, lanzaron la Apple II, el primer computador congraficos a color y carcasa de plastico.

En 1981, IBM estrena la IBM Personal Computer conprocesador Intel y sistema operativo de Microsoft. Con esto,los computadores comenzaron a penetrar en los hogares.

En 1984, Apple lanza el Macintosh, con interfaz grafica y unmouse.




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Fin...


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