TEMA 2: Organizaci

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TEMA 2 Organización de computadores

• Procesadores
• Memorias
• Dispositivos de E/S

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Computador

• Procesador, memoria, dispositivos de E/S

CPU
Unidad de control
Dispositivos de E/S
Unidad aritmética y lógica
Memoria principal
Registros
Disco
Impresora
Bus
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Procesadores

• La CPU es el cerebro del computador.
• Función ejecutar programas almacenados en la
  memoria principal.
• Está compuesto de
• UC se encarga de leer una tras otra las
  instrucciones del programa en MP y generar las
  señales necesarias para su ejecución. Estas
  señales están sincronizadas con un reloj.
• UAL encargada de realizar operaciones
  elementales sobre los datos de la memoria.
• Registros pequeña memoria de alta velocidad para
  almacenar resultados intermedios y cierta
  información de control (ej PC)

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Ejecución de una instrucción

• Extrae de la memoria la siguiente instrucción, la
  lleva al IR
• Incrementa PC
• Determina el tipo de la instrucción
• Comprueba si la instrucción necesita datos de la
  memoria
• Extrae los datos y los carga en los registros
• Ejecuta la instrucción
• Almacena los resultados en el lugar apropiado
• Va al primer paso

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Ejecución de instrucciones en paralelo

• Máquinas cada vez más rápidas
• Existen límites físicos
• Es muy caro
• Se puede conseguir con varias ALUs o varias
  CPUs
• Las máquinas paralelas se dividen en 3 categorías
  (Flynn,1972), según el nº de instrucciones y
  datos
• SISD flujo de instrucciones simple, flujo de
  datos simple.
• SIMD flujo de instrucciones simple, flujo de
  datos múltiple.
• MIMD flujo de instruc. múltiple, flujo de datos
  múltiple.

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Máquinas SISD

• Un program y un conjunto de datos.
• Se extrae una instrucción y se ejecuta, se extrae
  otra y así.
• Se logra el paralelismo extrayendo e iniciando la
  siguiente instrucción antes de terminar aquella
  en curso.
• Dos modelos
• varias unidades funcionales
• procesamiento en línea

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Varias unidades funcionales
La UC extrae una inst. , la manda a una unidad
funcional, extrae la siguiente y así hasta que no
se pueda avanzar. Se supone que el tiempo en
ejecutar una instrucción es mayor que en
extraerla.
Registros
-
x



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Procesamiento en línea
Consiste en separar la ejecución de cada
instrucción en partes. Cada parte la ejecuta una
unidad de procesamiento de la CPU.
UP1
UP2
UP3
UP4
UP5
Unidad de extracción de instrucción
Unidad de cálculo de direcciones
Unidad de extracción de datos
Unidad de ejecución de instrucciones
Analizador de instrucciones
P1
1 2 3 4 5 6 7
8
P2
1 2 3 4 5 6 7
8
P3
1 2 3 4 5 6 7
P4
1 2 3 4 5 6
1 2 3 4 5
P5
1 2 3 4 5 6 7
8
t
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Máquinas SIMD

• Un programa con múltiples conjuntos de datos
• Dos modelos
• Máquinas vectoriales
• Procesadores de arreglos

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Máquina vectorial

• Para cada entrada de la ALU se tiene un vector
  con n entradas y no una sóla variable.
• La ALU es una unidad vectorial capaz de realizar
  operaciones con vectores.

vector de entrada B
vector de entrada A
vector de salida AB
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Procesador de arreglos
Consiste de una malla cuadrangular de elementos
procesador/memoria, que reciben las instrucciones
de la UC, éstas son ejecutadas por todos los
procesadores.
U.C
malla de procesador-memoria de 8x8
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Máquinas MIMD

• Distintas CPUs manejan distintos programas
  compartiendo a veces una memoria común.
• Multiprocesador
• Dificultades si un gran nº de procesadores
  pretende acceder a la memoria a través del bus.

Memoria compartida
CPU
CPU
CPU
CPU
Bus
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Máquinas MIMD

• Posibles soluciones
• Memoria local a cada procesador donde se almacena
  datos y programas no comunes.
• Tener más de un bus.
• Usar memoria caché técnica para mantener en cada
  procesador las palabras de memoria usadas con
  mayor frecuencia.

memorias locales
memoria compartida
CPU
CPU
CPU
CPU
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Memoria

• Para almacenar programas y datos.
• Unidad básica el bit.
• Se divide en celdas.
• Cada celda se identifica por una dirección.
• Byte 8 bits unidad más pequeña direccionable
• Los bytes se agrupan en palabras.
• La mayor parte de las instrucciones operan sobre
  palabras.

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Memoria

• Los bytes en una palabra se pueden numerar de
  izquierda a derecha (big endian, Motorola) o de
  derecha a izquierda (little endian, Intel).
• Problema la falta de una norma en el
  ordenamiento produce incompatibilidad en la
  transferecia de datos. No se soluciona con el
  intercambio de los bytes.
• Posible solución incluir un encabezado en los
  datos que indique el tipo y el tamaño de los
  datos.

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Memoria secundaria

• Cintas magnéticas
• Discos magnéticos
• Discos flexibles
• Discos ópticos
• Discos RAM
• Se utiliza como disco una parte de la memoria
  principal previamente reservada.
• Ventajas acceso instantáneo, facilidad para un
  ordenador sin disco.

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Dispositivos de E/S

• Para la comunicación con el exterior.
• Distintos dipositivos
• Terminales
• Modems
• Ratones
• Impresoras
• Dos enfoques diferentes.

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Enfoque 1

• Utilizado en grandes computadores.

Memoria principal
Bus de memoria
Bus de E/S
CPU
Procesadores de E/S (canales)
Controlador de terminales
Discos
Impresora
Terminales
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Enfoque 2

• Utilizado en computadores personales
• El controlador maneja la E/S al dispositivo y el
  acceso al bus.
• Funcionan con interrupciones o mediante DMA
• El arbitrador decide quién accede al bus.

Unidad de disco
Monitor
Teclado
Contr. de video
Contr. de teclado
Contr. de disco
CPU
Memoria
Bus