Estructura del computador

Estructura del computador

Carlos Pereira y Miguel Martinez

Índice

Estructura basica de los computadores

Parametros de diseño

3.1

1.1

Que se debe tener en cuenta para el diseño de un computado

Módulos que componen la estructura básica

3.2

1.2

Fases de ejecución de una instrucción

Tipos de operadores

3.3

Modos de direccionamiento

El repertorio de instrucciones

3.4

Formato de las instrucciones

2.1

Como calcular el rendimiento de un computador

Definición

2.2

Tipos de instrucciones

1.1

Medidas del rendimiento

1.2

Programas para evaluar rendimiento

ESTRUCTURA BÁSICA DE LOS COMPUTADORES

Módulos que componen la estructura básica

• Unidad Central de Procesamiento (CPU): Ejecuta instrucciones y procesa datos.
• Memoria RAM: Almacena datos e instrucciones temporales.
• Disco Duro/SSD: Almacena datos de forma permanente.
• Placa Base: Conecta todos los componentes y permite la comunicación entre ellos.
• Fuente de alimentación: Suministra energía a los componentes.
• Dispositivos de Entrada/Salida: Permiten la interacción con el usuario (teclado, mouse,

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Fases de ejecución de una instrucción

Las fases que se ejecutan al momento de leer una instruccion son:

• Fetch (Captura): La CPU obtiene la instrucción desde la memoria.
• Decode (Decodificación): La instrucción se traduce a un formato que la CPU pueda entender.
• Execute (Ejecución): La CPU realiza la operación especificada por la instrucción.
• Memory Access (Acceso a Memoria): Se accede a la memoria para leer o escribir datos, si es necesario.
• Write Back (Escritura de Resultados): Los resultados de la ejecución se almacenan en la memoria o en registros.

Estas fases se repiten en un ciclo continuo para ejecutar múltiples instrucciones.

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EL REPERTORIO DE INSTRUCCIONES

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Definicion y tipos

El repertorio de instrucciones es el conjunto completo de operaciones que una CPU puede realizar. Incluye diferentes tipos de instrucciones, como:

• Instrucciones aritméticas: Realizan operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, etc.).
• Instrucciones lógicas: Realizan operaciones booleanas (AND, OR, NOT).
• Instrucciones de control: Modifican el flujo de ejecución (saltos, bucles, llamadas a funciones).
• Instrucciones de carga y almacenamiento: Mueven datos entre la memoria y los registros.
• Instrucciones de entrada/salida: Gestionan la comunicación con dispositivos externos.

El repertorio de instrucciones varía según la arquitectura del procesador y determina las capacidades y el rendimiento del sistema.

PARÁMETROS DE DISEÑO

¿Que se debe tener en cuenta para el diseño de un computador?

Para el diseño de un computador, se deben tener en cuenta varios factores clave:

• Arquitectura: Definir la estructura y organización de los componentes, como la CPU, memoria y periféricos.
• Rendimiento: Evaluar la velocidad de procesamiento y la capacidad de respuesta, considerando el uso de tecnología de punta.
• Costo: Establecer un presupuesto que contemple componentes, fabricación y mantenimiento.
• Consumo de energía: Diseñar para maximizar la eficiencia energética y reducir costos operativos.
• Escalabilidad: Asegurarse de que el sistema pueda crecer en capacidad o rendimiento sin una reestructuración significativa.
• Compatibilidad: Garantizar que el sistema funcione bien con software y hardware existentes.
• Confiabilidad: Implementar medidas para asegurar un funcionamiento continuo y minimizar fallos.
• Facilidad de mantenimiento: Diseñar el sistema de manera que las actualizaciones y reparaciones sean simples.
• Interfaz de usuario: Considerar la usabilidad y experiencia del usuario final.
• Normativas y estándares: Cumplir con regulaciones de seguridad y estándares de la industria.

Tipos de operadores

• Aritméticos: +, -, *, /, %
• Lógicos: &&, ||, !
• Comparación: ==, !=, >, <, >=, <=
• Asignación: =, +=, -=, etc.
• Incremento/Decremento: ++, --
• Bit a Bit: &, |, ^, <<, >>
• Ternarios: condición ? valor1 : valor2
• Tipo: instanceof (en algunos lenguajes)

Modos de direccionamiento

Los modos de direccionamiento son técnicas que determinan cómo se accede a los operandos en una instrucción. Algunos de los más comunes son:

• Direccionamiento Inmediato: El operando es un valor constante en la instrucción (ej. MOV A, 5).

• Direccionamiento Directo: La dirección del operando se especifica directamente (ej. MOV A, [1000]).

• Direccionamiento Indirecto: La dirección del operando se encuentra en un registro o memoria (ej. MOV A, [R1]).

• Direccionamiento por Registro: El operando está en un registro (ej. MOV A, B).

• Direccionamiento por Desplazamiento: Se usa una dirección base más un desplazamiento (ej. MOV A, [R1 + 5]).

• Direccionamiento Relativo: La dirección se calcula en relación a la posición de la instrucción actual (ej. saltos en código).

• Direccionamiento Indexed: Usa un registro y un desplazamiento para calcular la dirección (ej. MOV A, [BASE + INDEX]).

Estos modos afectan cómo se interpretan y ejecutan las instrucciones en la CPU

Formato de las instrucciones

• Código de Operación (Opcode): Indica la operación a realizar (ej. suma, carga, salto).
• Operandos: Pueden ser registros, direcciones de memoria o valores inmediatos. Dependiendo del tipo de instrucción, puede haber uno o más operandos.
• Modo de Direccionamiento: Especifica cómo se accederá a los operandos (puede estar implícito en el opcode o ser un campo separado).
• Campo de Registro: Indica qué registros se utilizarán, si aplica.
• Campo de Desplazamiento: En ciertos modos de direccionamiento, se incluye un campo para desplazamientos o índices.

Como calcular el rendimiento de un computador

Medidas de rendimiento

Las medidas del rendimiento de un computador son:

• MIPS (Millones de Instrucciones por Segundo): Indica cuántas instrucciones puede ejecutar por segundo.
• FLOPS (Operaciones de Punto Flotante por Segundo): Mide la capacidad de cálculo en operaciones de punto flotante.
• CPI (Ciclos por Instrucción): Promedio de ciclos de reloj necesarios para ejecutar una instrucción.
• Tiempo de Ejecución: Tiempo total requerido para ejecutar un programa o tarea.
• Tasa de Transferencia: Velocidad de transferencia de datos entre componentes (ej. memoria y CPU).
• Latencia: Tiempo que tarda un dato en ir de un punto a otro en el sistema.
• Throughput (Rendimiento): Cantidad de trabajo realizado en un tiempo determinado (ej. tareas completadas por segundo).
• Utilización: Porcentaje del tiempo que un recurso (como la CPU) está ocupado ejecutando tareas.

Programas para evaluar rendimiento

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PCMark 10

AIDA64

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Ofrece un conjunto exhaustivo de pruebas para evaluar la CPU, memoria, gráficos y discos. Incluye comparativas con otros sistemas y un enfoque detallado en múltiples aspectos del rendimiento.

Proporciona información detallada sobre el hardware y realiza pruebas de rendimiento en CPU, memoria, disco y más. Es especialmente útil para diagnóstico y benchmarking.

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