Organización del Computador I. Introducción

(1)

Organización del

Computador I

Introducción

(2)

Quiénes somos

Profesores:

Dr. Fernando Schapachnik (fschapac@dc) Dr. Diego Fernández Slezak (dfslezak@dc)

Jefe de Trabajos Prácticos:

Dr. Matías López y Rosenfeld (mlopez@dc)

Ayudantes de 1ra:

Casi-Lic. Ignacio Vissani

Ayudantes de 2da:

Paula Chocrón Mariano Bianchi

(3)

Cursada Verano 2013

Mecanismo de aprobación

- Prácticas: 2 Parciales (Recuperatorios al final de la cursada). - Prácticas: 2 Parciales (Recuperatorios al final de la cursada). - Trabajos Prácticos: 2 talleres de laboratorio.

- Trabajos Prácticos: 2 talleres de laboratorio.

- Teórica: Final obligatorio (incluyendo los temas de la bibliografía). - Teórica: Final obligatorio (incluyendo los temas de la bibliografía).

Recursos

- Página Web de la materia:

- Página Web de la materia: http://www.dc.uba.ar/oc1http://www.dc.uba.ar/oc1

- Lista de mails: orga1-verano @ dc

- Libros: - Libros:

Andrew S. Tanenbaum,

Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer OrganizationStructured Computer Organization, Prentice Hall, 4ta , Prentice Hall, 4ta edición (en adelante).

edición (en adelante).

William Stallings,

William Stallings, Computer Organization and ArchitectureComputer Organization and Architecture, Prentice Hall, 5ta , Prentice Hall, 5ta edición (en adelante).

edición (en adelante).

Linda Null, Julia Lobur,

Linda Null, Julia Lobur, The Essentials of Computer Organization and The Essentials of Computer Organization and Architecture

(4)

Filología de OC1

(o de cómo debería haberse llamado Arquitectura y

Organización del Computador 1)

Organización del

Computador

1

1 Computador:

Computador:

- Según wikipedia:

Una computadora o computador,

[...], es una máquina electrónica que recibe y

procesa datos para convertirlos en información útil.

- Según Stallings:

Máquina digital electrónica

programable para el tratamiento automático de la

información, capaz de recibirla, operar sobre ella

mediante procesos determinados y suministrar los

resultados de tales operaciones.

(5)

Filología de OC1

(o de cómo debería haberse llamado Arquitectura y

Organización del Computador 1)

Organización

Organización del del Computador Computador 11 Organización vs Arquitectura

Organización vs Arquitectura Arquitectura

Arquitectura: atributos : atributos visiblesvisibles al programador al programador

Set de registros internos, Set de instrucciones, bits utilizados para Set de registros internos, Set de instrucciones, bits utilizados para

representar los datos, mecanismos de direccionamiento de memoria, representar los datos, mecanismos de direccionamiento de memoria,

acceso a dispositivos de entrada y salida, etc. acceso a dispositivos de entrada y salida, etc.

Organización

Organización: cómo se : cómo se implementanimplementan

Señales de control, tecnología de la memoria Señales de control, tecnología de la memoria Ejemplos:

Ejemplos:

¿Las instrucciones las ejecuta directo el hardware o son interpretadas por microprogramas?

¿La multiplicación es realizadad directamente por un componente o se realizan muchas sumas?

(6)

¿Por qué/para qué OC1?



Por qué estudiar organización y arquitectura

de computadoras?



Diseñar mejores programas de base:

• compiladores, sistemas operativos, y drivers_{compiladores, sistemas operativos, y drivers}



Optimizar programas



Construir computadoras



Evaluar su desempeño



Entender los “compromisos” entre poder de

computo, espacio y costos

(7)

Arquitectura vs. Organización



Toda la familia x86 de Intel comparte la

misma

arquitectura

básica



Esto asegura la compatibilidad de código



Al menos la de programas antiguos. De hecho

podemos ejecutar el DOS, diseñado para el

primer procesador de la familia (el 8086), en un

computador basado en, por ejemplo, i7.



La organización cambia entre diferentes

versiones de una misma familia

(8)

Componentes de Arq. Y Org.



No hay una clara distinción entre asuntos

relacionados con la organización y los

relevantes con la arquitectura



Principio de equivalencia Hardware-Software:

“

Cualquier cosa que puede ser hecha por software

puede ser hecha en hardware y cualquier cosa

que puede ser hecha con hardware puede ser

hecha con software”

(9)

Estructura vs. Función



La Estructura es la forma en que los

componentes se relacionan entre sí.



La función es la operación que realizan los

componentes individuales como parte de una

estructura

(10)

Funciones



Las funciones básicas de una computadora

son:



Procesamiento de Datos



Almacenamiento de datos



Transferencia de Datos



Control

(11)

Visión Funcional

Transferencia de datos Control Almacenamiento

(12)

Computador Memoria Principal Entrada Salida (I/O) Sistema de Interconexión (Bus) periféricos Líneas de comunicación Unidad Central de Proceso (CPU) Computador

Estructura (computadora)

(13)

Computer Unidad Aritmética y Lógica Unidad de Control Interconexión Interna de la CPU Registros CPU I/O Memory System Bus CPU

Estructura (CPU)

(14)

CPU Memoria de control Unidad de control de registros y decodificadores Lógica Secuencial Registers Internal Bus Unidad de Control ALU Control Unit

Estructura (UC)

(15)

Un aviso de segunda mano…

MH

z??

MB??

PCI?

?

USB?

_?

L1

Cac

he?

?

¿Qué significa todo esto?

Un ejemplo

(16)

Medidas de

capacidad

y

velocidad

:

•

Kilo- (K) = mil = 10

33

y 2

1010

•

Mega- (M) = 1 millón = 10

66

y 2

2020

•

Giga- (G) = 1000 millones = 10

99

y 2

3030 •

Tera- (T) = 1 billón = 10

1212

y 2

4040

•

Peta- (P) = 1000 billones = 10

1515

y 2

5050

Que una medida corresponda a potencias de 10 ó 2 depende de la magnitud a medir.

Algunas abreviaturas

(17)

 Hertz = ciclos por segundo (frecuencia)_{Hertz = ciclos por segundo (frecuencia)}

 1 MHz = 1,000,000 Hz1 MHz = 1,000,000 Hz  1GHz = 1,000 MHz1GHz = 1,000 MHz

 La velocidad del procesador se mide en MHz o GHz.La velocidad del procesador se mide en MHz o GHz.

 Byte = unidad de almacenamiento_{Byte = unidad de almacenamiento}

 1 KB = 21 KB = 21010 = 1024 Bytes = 1024 Bytes

 1 MB = 21 MB = 22020 = 1,048,576 Bytes = 1,048,576 Bytes

 La memoria principal (RAM) se mide en MBLa memoria principal (RAM) se mide en MB

 El almacenamiento en disco se mide en GB para sistemas El almacenamiento en disco se mide en GB para sistemas

chicos, en TB para sistemas mas grandes. chicos, en TB para sistemas mas grandes.

 Word (palabra) = unidad de transferencia: cantidad de _{Word (palabra) = unidad de transferencia: cantidad de}

bits que pueden moverse simultáneamente dentro de la bits que pueden moverse simultáneamente dentro de la

CPU CPU

 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits

Algunas abreviaturas

(18)

Medidas de

tiempo

y

espacio

:

•

Mili- (m) = milésima = 10

-3 -3

•

Micro- (

µ

) = millonésima = 10

-6 -6

•

Nano- (n) = mil millonésima= 10

-9 -9 •

Pico- (p) = billonésima = 10

-12 -12

•

Femto- (f) = mil billonésima = 10

-15 -15

Algunas abreviaturas

(19)



Milisegundo = milésima de segundo

 El tiempo de acceso de los HD suele ser de El tiempo de acceso de los HD suele ser de 10 a 10 a

20 milisegundos

20 milisegundos..



Nanosegundo = mil millonésima de segundo

 El tiempo de acceso a RAM suele ser de El tiempo de acceso a RAM suele ser de 50 a 70 50 a 70

nanosegundos

nanosegundos..



Micron (micrómetro) = millonésima de un

_{Micron (micrómetro) = millonésima de un}

metro

 Los circuitos en los chips de una computadora Los circuitos en los chips de una computadora

hasta hace algunos años se medían en

hasta hace algunos años se medían en micrones micrones (o micras)

(o micras). Actualmente se los mide en . Actualmente se los mide en nanometros (nanotechnology)

nanometros (nanotechnology)

Un ejemplo

(20)



Notar que el tiempo de un ciclo es inversamente

_{Notar que el tiempo de un ciclo es inversamente}

proporcional a la frecuencia del reloj.



Un bus operando a 133 MHz tiene un tiempo de

_{Un bus operando a 133 MHz tiene un tiempo de}

ciclo de 7.52 nanosegundos (T = 1/F):

Volvamos al aviso...

133,000,000 ciclos/segundo = 7.52 ns/ciclo

Un ejemplo

(21)

El bus del sistema mueve datos dentro de la computadora. Cuando más rapido el bus mejor la performance. Este corre a 133MHz.

El microprocesador es el “cerebro” del sistema. Ejecuta las instrucciones de los programas. Este es un Pentium III (Intel) corriendo a 667MHz.

Un ejemplo

(22)



Las computadoras con

mucha memoria principal

pueden correr programas

más grandes con mayor

velocidad

que las computadoras que tienen poca

memoria.



RAM es la sigla para nombrar a

_{RAM es la sigla para nombrar a}

memoria de acceso

_{memoria de acceso}

aleatorio

. Esto significa que si se conoce su locación,

los contenidos pueden ser accedidos directamente (y

no en forma secuencial como por ejemplo las viejas

unidades de cinta).



El

_El

cache

_cache

es un tipo de

_{es un tipo de}

memoria temporaria

_{memoria temporaria}

que

_que

puede ser accedida más rápidamente que la

memoria del sistema. Ambas son de tipo RAM.

Un ejemplo

(23)

… y 2 niveles de cache de memoria, el cache de nivel 1 (L1) es más chica y (seguramente) más rapida que la cache L2.

Este sistema tiene 64MB de una memoria dinámica RAM

sincrónica (SDRAM) . . .

Un ejemplo

(24)

Este es de 30GB. 7200 RPM es la velocidad de

rotacion del disco. En gral, cuanto más rapido gira el disco más datos puede enviar a la RAM por unidad de tiempo.

La capacidad de HD determina la cantidad y el tamaño de los datos que podemos almacenar.

Un ejemplo

(25)

Un CD-ROM puede almacenar entre 640 y 700MB de datos. 48x describe su velocidad.

EIDE (enhanced integrated drive electronics):

Especificación de la interfaz que describe cómo el HD debe comunicarse con otros componentes.

Un ejemplo

(26)

Este sistema tiene 4 puertos.

Los puertos permiten el

movimiento de datos entre el sistema y los dispositivos

externos.

Un ejemplo

(27)



Los puertos serial envían datos como una

_{Los puertos serial envían datos como una}

serie

_serie

de pulsos

sobre 1 o 2 líneas físicas de

transmisión. Se los denomina comúnmente

puertos RS-232, por la norma que utilizan para

manejar la transmisión de dichos pulsos.



Los puertos paralelos envían los datos como

_{Los puertos paralelos envían los datos como}

un

_un

pulso sobre varias líneas de datos

.



USB, universal serial bus, es una interfaz serie

_{USB, universal serial bus, es una interfaz serie}

mucho mas inteligente (y reciente) que se

“auto-configura” (plug and play).

configura” (plug and play).

Un ejemplo

(28)

Los buses del sistema puede ser

ampliados con buses dedicados a la E/S. El PCI, peripheral component interface, es un ejemplo.

Este sistema tiene dos dispositivos PCI: una tarjeta de sonido y un

modem.

Un ejemplo

Además los computadores poseen internamente conectores para agregar dispositivos PCI si se los requiere.

(29)

El numero de veces por segundo que la imagen del monitor se refresca se llama “tasa de refresco”. El dot pitch se relaciona con cuan clara es la imagen.

Este monitor tiene un dot pitch de 0.24 mm y una tasa de refresco de 85Hz.

La tarjeta de video contiene memoria y programas para manejar el monitor.

Un ejemplo

(30)