ARQUITECTURA DE COMPUTO

ULISES JARED CASIANO CALDERON

MODELOS DE ARQUITECTURA DE CÓMPUTO

Arquitectura Harvard Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en ocho bits en una memoria aparte.

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman) Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este. Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código máquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros programas).

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas.

1.1.1CLASICAS

FIGURA 1.1.2.3

FIGURA 1.1.2.1

Figura 1.1.2.3 Comunicación entre las unidades en un procesador con segmentación de cauce. Completando el ejemplo anterior, en un procesador con segmentación, la unidad de búsqueda comenzaría buscando el código de la primera instrucción en el primer ciclo de reloj.En este esquema sigue tomando el mismo número de ciclos de reloj (el mismo tiempo), pero como se trabaja en varias instrucciones al mismo tiempo, el número promedio de instrucciones por segundo se multiplica. La mejora en el rendimiento no es proporcional al número de segmentos en el cauce debido a que cada etapa no toma el mismo tiempo en realizarse, además de que se puede presentar competencia por el uso de algunos recursos como la memoria principal

1.1.2SEGMENTADAS

Figura 1.1.2.1 Búsqueda y ejecución en secuencia de tres instrucciones en un procesador sin segmentación del cause En un procesador con segmentación del cauce, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute.

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo.

Procesadores vectoriales – Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como simuladores para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas complejas, etc.

Figura 1.1.3.1 Diagrama a bloques de un sistema multi-procesador simétrico. Los Clústers son conjuntos de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por un bis de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema. Es clave en su funcionamiento contar con un sistema operativo y programas de aplicación capaces de distribuir el trabajo entre las computadoras de la red. Este tipo de computadora paralela se ha vuelto muy popular por que permite usar los avances en los procesadores comerciales que tienen una muy buena relación costo rendimiento y se puede incorporar rápidamente los avances que proporciona las nuevas tecnologías en cuanto es económicamente viable.

.● SISO – (Single Instruction, Single Operand) computadoras Monoprocesador ● SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand) procesadores vectoriales, Exenciones MMX ● MISO – (Multiple Instruction, Single Operand) No implementado ● MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand) sistemas SMP, Clusters, GPUs

Cuando se desea incrementar el desempeño más aya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación. Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera (Clasificación de Flynn)

1.1.3 DE MULTIPROCESAMIENTO

Figura 1.1.3.3 Diagrama a bloques de una unidad de procesamiento gráfico

Figura 1.1.3.2 Diagrama a bloques de un cluster. Las unidades de procesamiento gráfico (Graphics Processing Unit GPU) – sistemas diseñados originalmente para el procesamiento de Gráficos, con múltiples procesadores vectoriales sencillos compartiendo la misma memoria, la cual también puede ser accedida por el CPU.