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Introducción
Estructura de Computadores
1ª-2ª Semana
Bibliografía:
[TOC] Temas 1-3 Apuntes Tecnología y Organización de Computadores
[HAM03] Cap.1 Organización de Computadores. Hamacher, Vranesic, Zaki. McGraw-Hill 2003
Signatura ESIIT/C.1 HAM org
[BRY11] Cap.1 Computer Systems: A Programmer’s Perspective. Bryant, O’Hallaron. Pearson, 2011
Signatura ESIIT/C.1 BRY com
[PRI10] Introducción a la Informática. Prieto, Lloris, Torres. McGraw-Hill Interamericana 2010
Signatura ESIIT/A.0 PRI int
Guía de trabajo autónomo (4h/s)
Repaso
Apuntes TOC
Lectura
Cap.1 Hamacher
Cap.1 CS:APP (Bryant/O’Hallaron)
Guión de la Práctica 1
Bibliografía:
[TOC] Temas 1-3 Apuntes Tecnología y Organización de Computadores
[HAM03] Cap.1 Organización de Computadores. Hamacher, Vranesic, Zaki. McGraw-Hill 2003
Signatura ESIIT/C.1 HAM org
[BRY11] Cap.1 Computer Systems: A Programmer’s Perspective. Bryant, O’Hallaron. Pearson, 2011
Signatura ESIIT/C.1 BRY com
[PRI10] Introducción a la Informática. Prieto, Lloris, Torres. McGraw-Hill Interamericana 2010
Signatura ESIIT/A.0 PRI int
Vocabulario
Arquitectura
Aspectos necesarios para redactar programa ensamblador correcto
Incluye: registros CPU, repertorio instrucciones, modos direccionamiento
Organización (del computador, de la CPU, de la ALU)
Estructura: componentes y su interconexión (“foto fija”)
Funcionamiento: dinámica procesamiento información
Computador (digital): E/S, M, CPU (ALU+UC)
Computador personal
Sobremesa (desktop) Portátil (laptop)
Estación de trabajo (más prestaciones, gráficos)
Sistemas de empresa (más CPU y almacenamiento)
Servidores (bases de datos, gran volumen peticiones)
Supercomputadores (cálculos científicos)
Introducción
Unidades funcionales
Conceptos básicos de funcionamiento
Estructuras de bus
Rendimiento
Perspectiva histórica
Unidades Funcionales
Arquitectura von Neumann
Distingue 5 componentes: E/S, M, CPU (ALU+UC)
E: codificar / digitalizar / transmitir (lectura)
teclado, ratón, red, disco, CD…
M: almacenar
programas, datos E, resultados operaciones…
CPU: Unidad de procesamiento central
procesa información E/M ejecutando programa
ALU: Unidad aritmético-lógica: operaciones
UC: Unidad de control: controla circuitos
S: codificar / almacenar / transmitir (escritura)
pantalla, impresora, disco, red…
M almacena instrucciones y datos
Instrucciones máquina
Transferencia (mov, in, out) M, E/S
Operaciones (add, and) ALU
Control (jmp, call, ret, set) UC
Concepto de “programa almacenado”
Determina comportamiento máquina (salvo IRQ)
porque instrucciones reproducibles y flujo programa predeterminado
Datos
En memoria, todo son datos
interpretado como programa (codop): si leido en etapa captación Compilar, desensamblar: código usado como datos
Codificación:
Instrucciones: codops (codificación en bloque, por extension, según fabricante) Enteros: binario (complemento a dos), BCD… Alfabéticos: ASCII, EBCDIC… Punto flotante: IEEE-754 simple/doble precisión…
E/S
Entrada:
codificar información operador → M / CPU
teclado, ratón/palanca (junto con pantalla), micrófono
recuperar información previamente almacenada
HD, CD/DVD, lector tarjetas magnéticas…
comunicar ordenadores entre sí
tarjeta de red, módem…
Salida:
codificar información resultado → operador humano
impresora, pantalla
almacenar para uso posterior
HD, CD/DVD…
comunicar con otros computadores
red, módem…
muchos dispositivos son duales E/S (aceptan R/W)
M
Memoria:
Almacenamiento primario (memoria semiconductora)
Palabras n bits accesibles en 1 operación básica R/W
- Longitudes palabra típicas: 16-64bits
- Muy frecuente: memoria de bytes (asuntos alineamiento, ordenamiento) Accesible aleatoriamente (RAM) por dirección (posición)
- Bus direcciones, bus datos, bus control (R/W), T (^) acceso
- Tamaños memoria típicos (PC): 1G…16GB
- Tiempos acceso típicos: ~ns (DDR-400MHz 3.2GB/s) » DDR-400 → F (^) clk=200MHz, T (^) cyc =5ns, Lat (^) CAS CL2.5 → 12.5ns Jerarquía memoria: cache L1, L2 (on-chip), L3, MP Programa almacenado en MP
Almacenamiento secundario (óptico/magn. E/S)
No es memoria von-Neumann, es E/S Fichero swap se considera como parte de la jerarquía memoria
Posibilidades funcionamiento
Programa E → MP Datos E → MP Ejecución programa: Datos → ALU → resultados E / M → ALU → S / M Resultados → S Todo controlado según indique programa MP Interpretado por la UC
E/S
Entrada
Salida
CPU
ALU
UC
Memoria
TOC: 2. Unidades funcionales de un computador
Entrada (E) (^) Salida (S)
Memoria principal (M) (datos e instrucciones)
Memoria masiva (MM)
Unidad de control (CU)
Unidad de tratamiento (con ALU)
Unidades centrales
Procesador (CPU)
c
c
c
c c
e e
e e
e
d,i
i d^ d
d: datos ; i: instrucciones
e: señales de estado c: señales de control
d,i
sobre Memoria
Organización en bytes
¿tamaño posición M = registro CPU (longitud palabra)?
ideal, pero no frecuente típicamente, posiciones 1B (direccionamiento por bytes)
- no necesidad empaquetamiento cadenas (strings)
- Problemas: alineamiento, ordenamiento
2 55
ab75^0
TOC: hipotética memoria 256 palabras de 16bits (apuntes TOC §1.2) (^5) 11
ab^0
misma cantidad de memoria organizada como 512 bytes words alineadas, big-endian
sobre Memoria de bytes
Ordenamiento en memoria de bytes
Criterio del extremo menor (little-endian)
Primero se almacena el byte menos significativo (LSB)
- LSB en posición M más baja, MSB en posición más alta
Criterio del extremo mayor (big-endian)
Primero el MSB (en posición M más baja)
Dirección
1FF
Contenido
ab
Dirección
1FF
Contenido
ab
mismo contenido en big-endian
mismo contenido en little-endian
Clasificaciones m/n y pila-acumulador-RPG
Tipos de CPU según operandos de las instrucciones ALU
también suele afectar a operandos instrucciones transferencia
Clasificación m/n
Operaciones ALU admiten n operandos, m de ellos de memoria
Combinaciones típicas
Máquinas pila: 0/
Repertorio: Push M, Pop M, Add, And…
Máquinas de acumulador: 1/
Operando implícito: registro acumulador A (más rápido que M)
Repertorio: Load M, Store M, Add M, And M…
Máquinas de RPG (Registros de Propósito General): (x/2, x/3)
Múltiples “acumuladores”
Repertorio: Move R/M R/M, Add R/M R/M R/M
RPG: Clasificación R/M
Para máquinas RPG
Arquitecturas R/R (registro-registro)
0/2, 0/
- Add R1, R2, R típico de RISC
Arquitecturas R/M (registro-memoria)
1/2, 1/3 (2/3 poco frecuente)
- Add R1, A típico de CISC
Arquitecturas M/M (memoria-memoria)
2/2, 3/3 (poco frecuente)
- Add A, B permite operar directamente en memoria demasiados accesos memoria por instrucción máquina
