arquitectura tema 1, Apuntes de Ingeniería de Telecomunicaciones

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Abstracciones y Tecnología

Katia Leal Algara

[email protected] http://gsyc.escet.urjc.es/~katia/

Departamento de Sistemas Telemáticos y Computación

(GSyC)

q Las computadoras y la revolución de la información

q Aplicaciones antes económicamente inviables se

hacen posibles

q Computadores en automóviles : reducción de la contaminación, eficiencia del combustible, seguridad q Teléfonos móviles : comunicación entre dos personas en cualquier parte del mundo q Proyecto del genoma humano : a medida que el coste se reduce se incremente la posibilidad de calcular nuestro propio genoma! q World Wide Web q Motores de búsqueda : de gran importancia para la búsqueda de información relevante Introducción

Relevancia

q Desktop computers

q Computador diseñado para uso particular que normalmente incorpora teclado, ratón y monitor. q Buen rendimiento a bajo precio para la ejecución de software de terceros. q Sólo 30 años de antigüedad!

q Servers :

q Diseñados para la ejecución de grandes programas para múltiples usuarios de forma simultánea y sólo accesibles vía red. q Versión moderna de mainframes , minicomputers y supercomputers. q La tecnología de base es la misma que la de un PC, pero se pone más énfasis en la capacidad de expansión y en la fiabilidad Introducción

Clases de computadores según su finalidad

q Supercomputers

q Computadores de más alto rendimiento y coste q Típicamente configurados como servidores q Están formados por cientos o miles de procesadores, terabytes ( 12 bytes) de memoria y petabytes ( terabytes) de almacenamiento

q Internet datacenters : habitación o edificio

diseñado para proporcionar las necesidades de

potencia, refrigeración y ancho de red necesarios

para albergar un elevado número de servidores

q Utilizados por compañías como eBay o Google q Contienen cientos de procesadores, terabytes de memoria y petabytes de almacenamiento: clusters Introducción

Clases de computadores según su finalidad

q ¿Cómo un programa escrito en un lenguaje de alto nivel , como C o Java, se traduce a lenguaje máquina y cómo el hardware ejecuta el programa resultante? q Aspectos que afectan al rendimiento de los programas q ¿Qué es la interfaz entre el hardware y el software y cómo el software indica al hardware la realización de las tareas necesarias? q Aspectos relacionados con la implementación de distintos tipos de software q ¿Qué determina el rendimiento de un programa y cómo puede un programa mejorar su rendimiento? q Esto dependerá de cómo esté escrito el programa, de su traducción a lenguaje máquina y de su ejecución por parte del hardware q ¿Qué técnicas pueden aplicar los diseñadores de hardware para mejorar el rendimiento? q Conceptos básicos de diseño de computadores modernos Introducción

Objetivos

q La respuesta a estas preguntas nos permitirán:

q Mejorar el rendimiento de un programa

q Determinar la máquina con las características

más adecuadas para ejecutar una

determinada aplicación

q Fundamentos del resto del temario:

q Ideas básicas y definiciones

q Componentes hardware y software

q Evaluación del rendimiento

Introducción

Objetivos

Introducción

Rendimiento de un programa

Componente hardware o software Cómo afecta éste componente al rendimiento Algoritmo Determina el número de sentencias y el número de operaciones de E/S Lenguaje de programación, compilador y arquitectura Determina el número de instrucciones de computador para cada sentencia Procesador y sistema de memoria Determinan cómo de rápido se ejecutan las instrucciones Sistema de E/S (hardware y SO) Determina cómo de rápido se sirven las operaciones de E/S

q Cada uno de los siguientes puntos puede constituir un cuello de botella en el rendimiento: qEl algoritmo elegido qEl lenguaje de programación o el compilador qEl sistema operativo qEl procesador qDispositivos y sistema de E/S Introducción

Ejercicio

Más allá de un programa

Visión simplificada del hardware y el software

q Sistema operativo

q Gestión básica de las operaciones de E/S q Asignación de almacenamiento y memoria q Reparto seguro de los recursos del sistema entre múltiples aplicaciones que se ejecutan de forma simultánea q Ejemplos SSOO: Linux, MacOS, Windows, Plan

q Compiladores

q Un programa que traduce un programa escrito en un lenguaje de alto nivel (C, C++, Java) en instrucciones que el hardware puede ejecutar q Dada la sofisticación de los actuales lenguajes de programación, la traducción de un programa en lenguaje de alto nivel a lenguaje máquina es compleja

Más allá de un programa

Software de sistema

q Ejemplo : Los bits 1000110010100000 le dicen a

un computador que sume dos números

q Los primeros programadores se comunicaban con

el computador directamente con números binarios

q Se crearon programas para traducir de una

notación simbólica a binario: ensamblador

q Ejemplo : Un programador podía escribir add A,B

y el ensamblador traducía esta notación en

q A este lenguaje simbólico se le denomina lenguaje

ensamblador

q Por el contrario, al lenguaje binario que entiende la

máquina se le denomina lenguaje máquina

Más allá de un programa

Del lenguaje de alto nivel al lenguaje máquina

Más allá de un programa

Del lenguaje de alto nivel al lenguaje máquina

q El hardware de cualquier computador realiza las mismas funciones básicas: q Entrada de datos q Salida de datos q Procesamiento de datos q Almacenamiento de datos q Los cinco componentes clásicos de un computador son q Entrada q Salida q Ruta de datos y de control o procesador q Memoria q Cualquier componente de cualquier ordenador (pasado o presente) se puede clasificar en una de estas cinco categorías con independencia de la tecnología utilizada

Bajo la cubierta

Componentes clásicos de un ordenador

Bajo la cubierta

Componentes clásicos de un ordenador:

Von Neumman Vs Eckert-Mauchly