Sin ttulo de diapositiva

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FACULTAD DE CIENCIAS DE LA ADMINISTRACION UNIVERS
IDAD NACIONAL DE ENTRE RIOS CARRERA
LICENCIATURA EN SISTEMAS CATEDRA ARQUITECTURA
DE COMPUTADORAS
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UNIDAD Nº 1

• Introducción a la arquitectura de computadores
  (arquitectura Von Neuman).
• Fundamentos del diseño de computadores.
• Definiciones de rendimiento del computador.
• Medidas de rendimiento.

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Organización versus Arquitectura
Arquitectura se refiere a los atributos de un
sistema computacional que son visibles a un
programador, es decir, atributos que tienen un
impacto directo en la generación lógica de un
programa. Ejemplo Conjunto de instrucciones de
máquina. Tamaño de tipos de datos básicos (en
bits). Mecanismos de E/S. Técnicas de
direccionamiento. Un ejemplo de decisión
arquitectónica podría responder la pregunta el
sistema tendrá instrucción de multiplicar?.
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Organización versus Arquitectura
Organización de computadores se refiere a las
unidades funcionales y sus interconexiones, que
materializan las especificaciones de la
arquitectura. Son los detalles de hardware
transparentes al programador. Ejemplo Señales
de control. Interfaces computador-periféricos. Tec
nología de memoria. Un ejemplo de decisión de
organización podría responder la pregunta la
instrucción de multiplicación la aportará una
unidad funcional especializada o se realizará
iterativamente en la unidad de sumas?.
5
Evolución
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Evolución
J. Presper Eckert / John Mauchly construyeron el
primer computador de propósito general en el
mundo, el ENIAC (Electronic Numerical Integrator
and Calculator), tenía 20 registros de 10 dígitos
cada uno y fue fabricado usando 18.000 tubos de
vacío. Con un peso de 30 toneladas. La
programación se hacia manualmente conectando
cables y pulsando interruptores. El ENIAC era
una máquina decimal y no digital, los datos se
suministraban en tarjetas perforadas.
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Evolución
La máquina de von Neumann Como ya hemos visto, la
tarea de cargar y modificar programas para el
ENIAC era extremadamente tediosa. El proceso de
programación podría ser más fácil si el programa
se representara en una forma adecuada para ser
guardado en la memoria junto con los datos.
Entonces, un computador podría conseguir sus
instrucciones leyéndolas de la memoria, y se
podría hacer o modificar un programa escribiendo
en una zona de memoria. Esta idea fue conocida
como concepto de programa almacenado. La idea fue
también desarrollada proximadamente al mismo
tiempo por Turing.
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Arquitectura Von Neumann
En 1946, von Neumann y sus colegas empezaron, en
el Instituto para Estudios Avanzados de Princeton
el diseño de un nuevo computador de programa
almacenado, que llamaron IAS. El computador IAS,
no completado hasta 1952, es el prototipo de toda
una subsecuencia de computadores de uso general.
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Arquitectura Von Neumann

• Una memoria principal que almacena tanto datos
  como instrucciones.
• Una unidad aritmético - lógica (ALU) capaz de
  hacer operaciones con datos binarios.
• Una unidad de control que interpreta las
  instrucciones en memoria y provoca su ejecución.
• Un equipo de entrada salida (E/S) dirigido por la
  unidad de control.

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Evolución
En 1947 Eckert y Mauchly formaron la Eckert y
Mauchly Computer Corporation, su primera máquina,
el UNIVAC, fue liberada en 1951 y fue adquirida
en 250.000 por Remington-Rand y fue el primer
computador comercial (se vendieron 48
máquinas). El primer IBM se vendió en 1952, se
trata del IBM 701, del cual se vendieron 19
unidades. Son muchos más los grandes logros
obtenidos en computación, el anterior es apenas
un breve resumen.
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Conclusión
Si... la historia... nos enseña algo, es que el
hombre en su búsqueda del conocimiento y
progreso, es firme y no puede ser
frenado. John F. Kennedy
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FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE COMPUTADORAS

• Cuándo decimos que un computador es más rápido
  que otro, Qué es lo que realmente significa
  rendimiento?.
• Un usuario podrá decir que un computador es más
  rápido cuando un programa se ejecuta en menos
  tiempo.
• El usuario está interesado en reducir el tiempo
  de respuesta, es decir, el tiempo entre el inicio
  y el final de un evento (tiempo de ejecución o
  tiempo de respuesta).

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FUNDAMENTOS DEL DISEÑO DE COMPUTADORAS

• Cuándo decimos que un computador es más rápido
  que otro, Qué es lo que realmente significa
  rendimiento?.
• Mientras que el administrador de un centro de
  procesamiento de datos puede afirmar que un
  computador es más rápido cuando éste completa más
  trabajos en una hora.
• El administrador, por su parte, puede estar
  interesado en incrementar el Throughput
  (productividad), esto es, la cantidad de trabajo
  realizada en un cierto tiempo.

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Tiempo de Ejecución
Supongamos que tenemos dos máquinas X e Y, la
frase X es más rápida que Y es usada para
implicar que el tiempo de ejecución de X es menor
que el de Y en una tarea. En particular X es n
veces más rápida que Y
Ya que el tiempo de ejecución es el recíproco del
rendimiento, se puede establecer la siguiente
relación
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Rendimiento de la maquina mas rápida menos el
rendimiento de la maquina mas lenta, dividido el
rendimiento de la maquina mas lenta, por 100.
Tiempo de la maquina mas lenta menos el tiempo de
la maquina mas rápida, dividido el tiempo de la
maquina mas rápida, por 100.
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Acelerar el caso común
La Ley de Amdahl puede ser utilizada para
cuantificar el aumento de rendimiento al hacer el
caso más frecuente más rápido. Define la
ganancia de rendimiento o aceleración (speedup)
que puede lograrse al utilizar una característica
particular.
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Acelerar el caso común
La ley de Amdahl entrega una rápida forma de
calcular el Speedup de la incorporación de un
componente mejorado, lo que depende de dos
factores fracción mejorada es la fracción del
tiempo de computación en la máquina original que
puede ser convertida para tomar ventaja del
componente mejorado. Ejemplo Si el tiempo total
de un programa es Ttotal 60 u.t. y el tiempo
que se utiliza el componente que será mejorado es
Tmejorado 20 u.t., entonces la fracción
mejorada será fracción mejorada20/60. Speedup
mejorado o Aceleración mejorado El beneficio
obtenido por el modo de ejecución mejorado (con
nuevo componente) esto es, cuánto más rápido se
ejecutaría la tarea si el modo mejorado fuera
usando en el programa completo.
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Acelerar el caso común

La aceleración global es la relación de los
tiempos de ejecución
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La Ecuación de Rendimiento de la CPU
Los computadores son construidos utilizando un
reloj ejecutando a una velocidad constante
llamado ticks, clock rate, ciclo o ciclo de
reloj, igual que un pianista principiante toca al
ritmo de un metrónomo. Los diseñadores de
computadores se refieren al tiempo de un ciclo de
reloj por su duración (p.e.2 ns) o por su
frecuencia (p.e. 500 Mhz). El tiempo de
ejecución para un programa puede ser expresado
por



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CPI

Número de ciclos de reloj por instrucción Clock
Cycles Per Instruction (CPI)
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La Ecuación de Rendimiento de la CPU
De la formula de Tiempo de CPU visto antes
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La Ecuación de Rendimiento de la CPU

• Las fórmulas anteriores demuestran que el
  rendimiento de la CPU depende de tres
  características
• el ciclo de reloj (o tasa)
• los ciclos de reloj por instrucción
• el IC o recuento de instrucciones.
• - tiempo del ciclo de reloj tecnología hardware
  y organización
• - CPI organización y arquitectura del set de
  instrucciones
• - IC o Recuento de instrucciones arquitectura
  del set de instrucciones y compiladores

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CPI Global
Donde Ii representa el número de veces que la
instrucción i es ejecutada en un programa y CPIi
representa el número medio de ciclos de reloj
para la instrucción i.
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MIPS
Los MIPS expresa millones de instrucciones por
segundo y queda expresado como sigue
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MFLOPS
Los MFLOPS(megaflops) millones de operaciones de
punto flotante por segundo. Claramente los
MFLOPS son dependientes de la máquina y del
programa.