8/19/2019 Máquina de Von Neumann

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Máquina de Von Neumann

Jerarquía de Niveles

a) Inicios de la computación

Turing y Church sientan las bases teóricas de la computación

• Máquina de Turing:

 – Máquina teórica compuesta por una cinta y una cabeza que puede leer y grabar 

símbolos en ella.

 – n con!unto "inito de estados.

 – n programa #cableado$ del tipo %condición& acción'

• Church: (ambda calculo.

 – )esultado equi*alente para probar computabilidad.

 – +ase de los lengua!es "uncionales.

Máquina %teórica' capaz de simular el comportamiento de cualquier maquina %de

Turing' a partir de un programa ingresado en la cinta.

,l modelo de -on eumann• /ntes: programar era conectar cables0

• 1acer programas era más una cuestión de ingeniería electrónica

• Cada *ez que había que calcular algo distinto había que reconectar todo.

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2ohn -on eumann

• 3456 – 3478

• Matemático• 9ublicó y publicitó la idea de programa almacenado en memoria

• 347: #9rimer +orrador de un

)eporte sobre la ,;-/C$

Características principales

• 6 componentes principales:

 – CPU:

• nidad de Control& nidad aritm

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 – $uer%a la alternación entre ciclos de lectura # e&ecución

CPU

a) Unidad de Control 'UC)

• Controla todos los componentes

• >nterpreta instrucciones

 – (ecodiica # !&ecuta instrucciones*

Trans"orma instrucciones en órdenes a otros componentes

 – 9uede ser programada por hard?are %cableada' y #microprogramada$ %*ariosmicroinstrucciones por instrucción'

+) Unidad ,ritm-tica .ó/ica ',.U)

• )ealiza operaciones matemáticas y lógicas

 – @umas& restas& multiplicaciones

 – /nd& Ar& Bor 

 – Corrimientos

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!structura de una maquina Von Neumann

Ciclo de !&ecución

3. C obtiene la pró=ima instrucción de memoria %usando el registro 9C'

. @e incrementa el 9C

6. (a instrucción es decodi"icada a un lengua!e que entiende la /(

. Abtiene de memoria los operados requeridos por la operación7. (a /( e!ecuta y de!a los resultados en registros o en memoria

D. )epetir pasó 3

Ciclo de e&ecución

• (a unidad de control le*anta la pró=ima de memoria usando el #contador de

programa$ %o )9>' que dice en qu< dirección está la pró=ima instrucción.

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• (a instrucción es decodi"icada a un lengua!e que entiende la /( %unidad

aritm

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0ipos de 1peraciones

• 9rocesadorEmemoria

 – Trans"erencia de datos entre la C9 y la memoria

• 9rocesadorE,F@

 – Trans"erencia de datos entre la C9 y un módulo de ,F@

• 9rocesamiento de datos

 – /lguna operación aritm

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2uses

• na *ía comunicación que conecta o más dispositi*os

• ,n general #broadcast$ %todos lo *en'

• ,n general agrupados

 – -arios canales en un grupo

 – ,!: ;ata bus de 6 bits& son 6 canales de 3

2it

(ata 2us

• Trans"ieren in"ormación• @u tamaGo es un punto cla*e en la per"ormance del sistema

 – H& 3D& 6& D bits

,ddress +us

• >denti"ican la "uente o destino de un dato

• ,!: la C9 necesita leer una instrucción %dato' de una locación en memoria

• @u tamaGo determina la capacidad má=ima de memoria del sistema

 – ,!: el >ntel H5H5 tiene 3D bit IJ DK de espacio

(irecciona+le

Control +us

• Control y sincronización

 – @eGal de lectura escritura a memoria

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 – @eGales del relo!

 – @olicitud de interrupción

Modelos no von Neumann

• Cuello de *on eumann – ,l procesador e!ecuta una instrucción por *ez0

 – Comunicación con Memoria y ,F@ empeoran la cosas..

3 Me&oras:

 – +uses especializados

 – >nterrupciones

 – nidades de punto "lotante

 – Caches&

 – 9ipelines

• Atro en"oque: apartarse de la arquitectura clásica de *on eumann.

• /gregar procesadores es una posibilidad0

Modelos no *on eumann

• / "inales de los D5L los sistemas de cómputo #highEper"ormance$ "ueron

equipados con procesadores duales para me!orar su desempeGo.

• ,n los 85L supercomputadoras con 6 procesadores.

• ,n los H5L con 3555 procesadores

• ,n 3444& >+M anuncio su sistema #+lue

ene$ que contiene apro=. 3 millón de procesadores.

Modelos no von Neumann

• ,l procesamiento paralelo es una de las "ormas de me!orar el poder de cómputo.

• Atras ideas más radicales:

 – Computadoras gen

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.a &erarquía de niveles de una computadora

• na computadora es mucho más que chips.

• 9ara que la computadora haga #algo$ necesita so"t?are

• 9ara escribir programas comple!os se suele di*idir el problema en módulos que

resuel*en problemas más simples

• ,n las computadoras

-arios ni*eles de máquinas #*irtuales$

Jerarquía de niveles

• Cada capa es una máquina *irtual que abstrae a la máquina del ni*el in"erior.

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• (as máquinas& en su ni*el& #interpretan$ sus instrucciones particulares& utilizando

ser*icios de su capa in"erior para implementarlas.

• ,n Nltima instancia los circuitos terminan haciendo el traba!o0

2erarquía de ni*eles

• (e*el D: i*el suario

 – ,!ecución de programas e inter"aces de usuario.

 – 9ensamos en tnstruction @et /rchitecture'.

 – Consiste en las instrucciones particulares para la arquitectura de la máquina.

 – (os programas escritos en lengua!e de maquina no necesitan compilación ni

ensamblado.

• (e*el 3: i*el de Control

 – (a unidad de control %C' decodi"ica y e!ecuta instrucciones y mue*e datos a

tra*es del sistema.

 – 9uede ser microprogramada o #cableada$.

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• n microprograma es un programa escrito en un lengua!e de ba!o ni*el que

puede ser implementado enl hard?are.

• (as C #cableadas$ tienen hard?are que e!ecuta directamente las instrucciones

en codigo de maquina

• (e*el 5: i*el de (ógica ;igital

 – /quí encontramos los circuitos digitales %chips'.

 – @on básicamente compuertas y cables.

 – >mplementan la lógica matemática de los ni*eles superiores.

(inKs

• http:FF???.turing.org.uK

• 2ohn *on eumann& #Oirst ;ra"t o" a )eport on the ,;-/C$& 34D %en sección

do?nload'

• Computer /rchitecture home page: ???.cs.?isc.eduFParchF???

• ull& (. and 2. (obur. The ,ssentials o" Computer Arganization and /rchitecture&

2ones and +artlett 9ublishers& Oeb. 556