ARQUITECTURA DE LOS PROCESADORES


ARQUITECTURA DE VON NEUMAN


La arquitectura de von Neumann es una familia de arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos. 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. Un ordenador con esta arquitectura realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:


-Enciende el ordenador y obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.

-Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.

-Decodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada.

-Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.

Unidad de Entrada/Salida: Realiza la transferencia de información con las unidades externas, denominadas Periféricos: unidades de almacenamiento secundario (disco duro, disquette, cinta, etc.), impresoras, terminales, etc. Generalmente los programas y los datos tienen un tamaño elevado por lo que no se pueden almacenar por completo en la MP. Por otra parte, el usuario de un computador tiene la necesidad de ejecutar varios programas, simultáneamente. Por ello, se utiliza la memoria secundaria (MS), que se considera como un periférico. La MS es más lenta que la principal, pero tiene una mayor capacidad de almacenamiento.

Buses: Además de las 4 unidades básicas, en un computador existen conjuntos de señales, que se denominan buses, y cuya función es transferir las instrucciones y los datos entre las distintas unidades. Estos buses se representan en la figura mediante flechas de trazo continuo. Se suelen distinguir tres tipos de buses:


Bus de direcciones.

Bus de datos.

Bus de control.


ARQUITECTURA HARVARD
El término Arquitectura Harvard hacía referencia a las arquitecturas de computadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos , El término proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.
Mientras los datos que necesita el procesador estén en la caché, el rendimiento será mucho mayor que si la caché tiene que obtener primero los datos de la memoria principal. La optimización de la caché es un tema muy importante de cara al diseño de computadoras. La arquitectura Harvard ofrece una solución particular a este problema. Las instrucciones y los datos se almacenan en cachés separadas para mejorar el rendimiento. Por otro lado, tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidad de caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma, Esta arquitectura suele utilizarse en DSP, o procesador de señal digital, usados habitualmente en productos para procesamiento de audio y video.


HARVARD MARK 1
 El computador Mark I empleaba señales electromagnéticas para mover las partes mecánicas. Esta máquina era lenta (tomaba de 3 a 5 segundos por cálculo) e inflexible (la secuencia de cálculos no se podía cambiar); pero ejecutaba operaciones matemáticas básicas y cálculos complejos de ecuaciones sobre el movimiento parabólico de proyectiles.


PROCESADORES DE SEÑAL DIGITAL


Un procesador digital de señales es un sistema basado en un procesador o microprocesador que posee un juego de instrucciones, un hardware y un software optimizados para aplicaciones que requieran operaciones numéricas a muy alta velocidad. Se ha dicho que puede trabajar con señales analógicas, pero es un sistema digital, por lo tanto necesitará un conversor analógico/digital a su entrada y digital/analógico en la salida. Como todo sistema basado en procesador programable necesita una memoria donde almacenar los datos con los que trabajará y el programa que ejecuta. Un DSP está diseñado teniendo en cuenta las tareas más habituales del procesado digital: sumas, multiplicaciones y retrasos (almacenar en memoria). Los DSP abandonan la arquitectura clásica de Von Neumann, en la que datos y programas están en la misma zona de memoria, y apuestan por la denominada Arquitectura Harvard. En una arquitectura Harvard existen bloques de memoria físicamente separados para datos y programas.
Cada uno de estos bloques de memoria se direcciona mediante buses separados (tanto de direcciones como de datos), e incluso es posible que la memoria de datos tenga distinta anchura de palabra que la memoria de programa (como ocurre en ciertos micro controladores).


Memoria cache

Es un conjunto de datos duplicados de otros originales, con la propiedad de que los datos originales son costosos de acceder, normalmente en tiempo, respecto a la copia en la caché. Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en el caché; los accesos siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que el tiempo de acceso medio al dato sea menor.


RISC
Es la arquitectura computacional, RISC (reduced instruction set computer) es un tipo de microprocesador con las siguientes características generales:

-Instrucciones de tamaño fijo y presentadas en un número de formatos.
-Solo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria cache.
-El objetivo de diseñar estas maquinas con esta arquitectura es posibilitar la segmentación y el paralelismo en la ejecución de instrucciones y reducir los accesos a la memoria.


PROCESADORES CISC
El microprocesador CISC (complex instruction set computing) tiene un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operadores situados en la memoria cache y los registros internos.


SSD
Una unidad de estado sólido es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa memoria volátil tales como flash, para almacenar datos, en lugar de los platos giratorios magnéticos encontrados en un disco duro convencional. En comparación con los HDD los SSD son menos susceptibles a los golpes son prácticamente inaudibles y tiene un menor tiempo de acceso. Los SSD hacen uso de la misma interfaz que los HDD y por lo tanto son fácilmente intercambiables sin tener que recurrir a adaptadores y tarjetas de expansión.


HDD O DISCO DURO
Es un dispositivo de almacenamiento de datos no volátil que emplea un sistema de grabación magnética, se compone de uno o más platos unidos por un mismo eje que jira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada, sobre cada plato se ubica una cabeza lectora.


ESTRUCTURA FISICA
Dentro del disco duro hay varios platos que giran todos a la vez. El cabezal es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia adentro o hacia afuera según lo convenga. En la punta de dichos brazos esta la cabeza lectora que gracias a ella puede leer tanto zonas internas como zonas externas.

Dentro del disco duro hay varios platos que giran todos a la vez. El cabezal es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia adentro o hacia afuera según lo convenga. En la punta de dichos brazos esta la cabeza lectora que gracias a ella puede leer tanto zonas internas como zonas externas. Dentro del disco duro hay varios platos que giran todos a la vez. El cabezal es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia adentro o hacia afuera según lo convenga. En la punta de dichos brazos esta la cabeza lectora que gracias a ella puede leer tanto zonas internas como zonas externas. Dentro del disco duro hay varios platos que giran todos a la vez. El cabezal es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia adentro o hacia afuera según lo convenga. En la punta de dichos brazos esta la cabeza lectora que gracias a ella puede leer tanto zonas internas como zonas externas.





CREADO POR: ANDRES MAURICIO ORTIZ ORTEGA.


IETI COMUNA 17/ GRADO: 11-4