TEMA 2: Organización de computadores

1. TEMA 2: Organización de computadores • Procesadores • Memorias • Dispositivos de E/S

2. 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

3. 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)

4. 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

5. Ejecución de instrucciones en paralelo • Máquinas cada vez más rápidas • Existen límites físicos • Es muy caro • Se puede conseguir con varias ALU’s o varias CPU’s • 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.

6. 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

7. 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 + + +

8. 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

9. Máquinas SIMD • Un programa con múltiples conjuntos de datos • Dos modelos: • Máquinas vectoriales • Procesadores de arreglos

10. 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 A vector de entrada B vector de salida A+B

11. 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

12. Máquinas MIMD • Distintas CPU’s 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

13. 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

14. 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.

15. 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.

16. 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.

17. Dispositivos de E/S • Para la comunicación con el exterior. • Distintos dipositivos: • Terminales • Modems • Ratones • Impresoras • Dos enfoques diferentes.

18. Enfoque 1 • Utilizado en grandes computadores. Memoria principal Bus de memoria Bus de E/S CPU Procesadores de E/S (canales) Controlador de terminales Impresora Discos Terminales

19. 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