Arquitecturas del computador
- 1. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR Autor: Puchaicela Jefferson Ricardo
- 2. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS ARQUITECTURA DE VON NEUMAN Como se verá posteriormente, la arquitectura de un computador define su comportamiento funcional. ·Von Neumann estableció en 1945 un modelo de computador, que se considera todavía como la arquitectura básica de los computadores digitales. En la figura se muestra la estructura general de un computador con arquitectura Von Neumann. Se compone de las siguientes unidades o bloques: Unidad de Memoria Principal. Unidad Aritmético-lógica. Unidad de Control. Unidad de Entrada/Salida. En general, la función esencial de la máquina de Von Neumann, como la de cualquier computador, es procesar información. Para ello, necesita saber el tipo de procesamiento y los datos que utilizará. El tipo se especifica mediante un programa, que es un conjunto de instrucciones u órdenes elementales, denominadas instrucciones máquina, que ejecuta el computador (Aritméticas: suma, resta, multiplicación, división...,Lógicas: AND, OR, NOT, XOR ..., Transferencia de datos: cargar, almacenar, transferir ..., Saltos y Bifurcaciones condicionales, etc).Por tanto, se necesita un soporte que almacene tanto el programa como los datos. El bloque de Memoria Principal interna es el que realiza esta función. Puchaicela Jefferson Ricardo
- 3. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS El problema es que ese "programa" no estaba en un disco duro como hoy en día... El programa consistía en recombinar los circuitos... es decir... reordenarlos. Si para programar un cálculo había que hacer primero una suma y luego una resta era necesario reordenar los cables que salían de un circuito sumador para que entraran en un circuito restador. Casí casi... me atrevería a decir que aquellas máquinas no eran exactamente programables, en el sentido en que lo entendemos hoy, sino reconfigurables. Sus circuitos podían reutilizarse pero a costa de reordenar los cables para cada nuevo cálculo. Eso llevaba muchos días de planificación y pruebas cada vez que había que "programar" un nuevo cálculo. Cuenta la leyenda que para la operatoria del ordenador ENIAC, a mediados de los 40, seis operadoras-programadoras con conocimientos y habilidades específicos estaban encargadas de estas labores, y parte de su trabajo consistía en esa reordenación de circuitos, cableándolos al estilo de las viejas centralitas de teléfono. Los datos de entrada y los resultados de salida de ese rudimentario programa cableado se almacenaban en algún tipo de memoria (tarjetas perforadas, etc)... pero el "programa" no estaba realmente almacenado... el programa (o al menos una buena parte) dependía del recableado de los circuitos. En ese sentido, ya estaba claro que el siguiente paso: no tener que re cablear. Era obvio que lo siguiente por hacer tenía que pasar por almacenar de alguna manera una secuencia de operaciones que llevaran a la resolución de los cálculos... una forma de utilizar los circuitos aritméticos y lógicos en secuencia, uno tras otro... según correspondiera para obtener los cálculos deseados. El truco debía ser, sin duda, activar un circuito dándole unos datos de entrada, y almacenar los datos de salida temporalmente para que fueran los datos de entrada de otro circuito, en pasos bien definidos... en efecto... eso es un programa. La idea pues, de la arquitectura de Von Neumann es esta: utilizar una sola memoria, en la cual se almacene ese programa en forma de instrucciones (codificadas numéricamente, desde luego), acompañadas de la localización de los operadnos o datos necesarios para llevar a cabo esa instrucción. La localización de los operadnos, es decir, el lugar donde deben guardarse los valores y los resultados también estará en la misma memoria. La idea ha evolucionado hasta nuestros días con el mismo esquema básico, aunque lógicamente, con un nivel de complejidad mucho mayor. Puchaicela Jefferson Ricardo
- 4. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS ARQUITECTURA DE HARVARD La arquitectura Harvard cuenta con la memoria de programa y la memoria de datos separado y solo accesible a través de buses distintos. El PIC16FXXX cuenta con un bus de datos de 14-bits para acceder a la memoria de programas y un bus independiente de 8-bits para acceder a la memoria de datos. Esto mejora el ancho de banda en relación a la arquitectura tradicional de Von-Neumann, en la cual en la cual memoria de programa y la memoria de datos son accedidas a través del mismo bus. Esta arquitectura ofrece la posibilidad de poder acceder a una sola instrucción en un ciclo de reloj. Mientras la memoria de programa es accedida la memoria de datos esta en un bus independiente y puede ser leída y escrita. Esta separación de buses permite que una instrucción sea ejecutada mientras la siguiente es extraída. CARACTERISTICAS Su procesador es segmentado, "pipe-line". Su procesador es tipo RISC Tiene una arquitectura HARVARD El formato de las instrucciones es ortogonal Todas las instrucciones tienen la misma longitud (14 bits) La arquitectura está basada en banco de registros Puchaicela Jefferson Ricardo
- 5. UNIVERSIDAD DE LAS AMERICAS Está claro que se hacía necesario almacenar un programa en forma de una secuencia de instrucciones, pero a diferencia de la arquitectura de Von Neumann, en la arquitectura Harvard se propone que el programa esté totalmente separado de los datos con los que trabaja: es decir, el programa en una memoria, y los datos en otra memoria independiente. Es una idea... pero plantea algunos problemas en su construcción y su rendimiento. Por un lado, hay que duplicar los sistemas de comunicación entre la CPU y la memoria, lo cual hace más complejo su diseño... pero por otro, y más importante, es que las memorias de hoy en día no son demasiado rápidas si comparamos su funcionamiento con la CPU. Es decir, llevar o traer cosas desde y hacia la memoria es bastante más lento que realizar una operación de la CPU. En la arquitectura de von Neumann se producen en la CPU una cierta ralentización debido a que instrucciones desde la memoria junto con los datos deben pasar por un único canal (el bus de memoria). A este efecto se le conoce como "el cuello de botella de Von Neumann". La arquitectura Harvard puede evitarlo en cierto modo, pero su mayor complejidad sólo compensa cuando el flujo de instrucciones y de datos es más o menos el mismo. Por eso no es ampliamente utilizada en ordenadores de propósito general. Sin embargo, sí se utiliza en algunos casos para construir procesadores de señal (DSP)... unos circuitos que realizan el tratamiento digital de una señal (por ejemplo, audio o vídeo), realizando cálculos una y otra vez sobre las muestras que componen la señal. Puchaicela Jefferson Ricardo