Tema 1: Introducción a Estructura de Computadores. Conceptos básicos y visión histórica


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1 Tema 1: Introducción a Estructura de Computadores Conceptos básicos y visión histórica

2 Programa de Teoría 1. Introducción. 2. Lenguaje Máquina. 3. Lenguaje Ensamblador. 4. Ruta de Datos y Unidad de Control. 5. Unidad Aritmético-Lógica (ALU). 6. Sistema de Entrada-Salida. 7. Memoria.

3 Contenido Qué es un computador? Descripción funcional: Arquitectura de von Neumann Orígenes y evolución histórica. Parámetros característicos de un computador.

4 Qué es un computador? Concepto de computador Máquina de estados finitos: FSM Arquitectura von Neumann Ruta de datos Unidad de Control Memoria de programa y datos

5 FSM + Datapath

6 Arquitectura von Neumann Ruta de datos Responsable de realizar cálculos Registros, unidades funcionales, unidades de interconexión Unidad de control Responsable de ordenar cálculos Secuenciador, registros, pilas... Memoria de programa y datos

7 Estructura de un computador Procesador Unidad de Control Memoria Salida Ruta de datos Unidad Aritmético- Lógica Entrada Computador

8 Ruta de datos Unidades funcionales Realizan operaciones aritméticas y/o lógicas ALUs, desplazadores, multiplicadores Registros de la ruta de datos Almacenan resultados temporales Unidades de interconexión Multiplexores y/o buses

9 Unidad de Control Contador de programa Dirección de la instrucción en curso Se incrementa en cada ciclo Registro de instrucción Código de la instrucción en curso Secuenciador Genera señales para cada instrucción Actualiza el Contador de Programa

10 Secuenciador Captación de la instrucción Leer dirección del Contador de Programa Incrementar el Contador de Programa Decodificación de la instrucción Ejecución de la instrucción Captura de operandos Operación Escritura de resultados

11 Ejemplo de procesador

12 Necesidad de cómputo Antecedentes históricos Ábaco Máquina de Pascal (1642). Suma Máquina de Leibniz (fin s. XVII). Multiplica y divide Telar de Jacquard (med. XVIII) Tarjetas perforadas

13 El ábaco

14 La pascalina

15 La máquina de calcular de Leibniz

16 Telar de Jacquard

17 La era moderna Computadores mecánicos Charles Babbage: Máquina diferencial. Calcular tablas de artillería. Máquina analítica. Programable, con E/S, memoria, unidad de cálculo Computadores eléctricos Clasificadora de Höllerith (1886): Primer ordenador eléctrico

18 Charles Babbage Máquina de diferencias

19 Charles Babbage Ada Lovelace Máquina analítica

20 Clasificadora de Höllerith

21 Computadores electromecánicos Zuse (1941) primer computador de relés Howard Aiken (IBM) Mark I, II, III y IV ( )

22 Electromecánicos: Mark I Howard Aiken: Si Babbage hubiera nacido en el siglo XX nos habríamos quedado sin trabajo

23 Computadores electrónicos 1ª generación: Válvula de vacío ENIAC ( ), Eckert & Mauchly John von Neumann: EDVAC (1945) Bases de la arquitectura de computadores moderna EDSAC (Wilkes,1949): programa almacenado y coma flotante UNIVAC I (1951): computador fabricado en serie

24 Electrónicos (válvulas): ENIAC John Mauchly John P. Eckert

25 Computadores electrónicos 2ª generación: El transistor 1946: los laboratorios Bell inventan el transistor Leprechaun, 1956: primer computador basado en transistores Burroughs B5000: primer ordenador de estructura de pila IBM Stretch, IBM 1410, PDP-1 (DEC), UNIVAC 1100

26 El transistor: 2ª generación / Shockley Bardain Brattain

27 Electrónica integrada 3ª generación: Circuito Integrado J. Kilby inventa el circuito integrado en 1958 Inicialmente, es un chip con algunos transistores (SSI) A finales de los 60, ya son cientos de transistores (MSI) 1975, decenas de miles de transistores en un chip (LSI) Grandes familias de computadores Burroughs B2500, IBM 360, CDC 6500, PDP 5, UNIVAC 1108

28 Jack Kilby Circuito integrado: 3ª generación

29 El microprocesador (4004)

30 4ª generación? El Microprocesador Intel 4004: primer microprocesador comercial Aparecen los lenguajes de programación de alto nivel

31 Parámetros característicos Tamaño de palabra Frecuencia de reloj Medidas de rendimiento MIPS, MFLOPS Pruebas sintéticas: SPECint, SPECfp

32 Conceptos importantes Estructura de un computador Descomposición funcional Fundamentos de la ejecución de un programa Evolución tecnológica Parámetros característicos y evaluación del rendimiento

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