curso: sistema de manufactura: 01 introducción, arquitectura y organización
TRANSCRIPT
1
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Sistema de manufacturaIngeniería de Sistemas y Seguridad Informática
Mg. Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, [email protected]
Sesiones 01 y 02Introducción, arquitectura y organización
2
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Bibliografía
Organización y Arquitectura de Computadores. Stallings, W.
Prentice Hall-2000.
Arquitectura de Computadores. J.Hennesy & D. Patterson. Edit.
Prentice Hall-1993.
Arquitectura de Computadoras. M.Morris Mano. Edit. Prentice
Hall-1994.
Organización de Computadoras. Andrew Tanenbaum. Edit.
Prentice Hall-1990.
3
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Un poco de historia
Año 4000 a 3000 a.C. Invención del Ábaco, en China, instrumento formado porun conjunto de cuerdas paralelas, cada de las cuales sostiene varias cuentasmóviles, usadas para contar, se desarrollo, hasta reflejar el sistema decimal,con diez cuentas en cada cuerda.
Año 1300 a 1500 d.C. En el imperio Inca es usado el sistema de cuentas,mediante nudos en cuerdas de colores, para mantener un registro y calculo delos inventarios de granos y ganado.
1617 John Napier desarrolla los vástagos de Napier, formados por un conjuntode piezas con números grabados en ellas, que podían ser usadas paramultiplicar, dividir y extraer raíces.
1642 Blaise Pascal construye el primer calculador mecánico, que consistía enun conjunto de ruedas, cada una de las cuales registraba un dígito decimal, y algirarse en diez pasos producía un paso de rotación en la siguiente.
1662 William Oughtred inventa la regla de cálculo.
4
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Un poco de historia
1801 Joseph Marie Jackard perfecciona la primera máquina que utiliza tarjetasperforadas; ésta era un telar, que podía tejer automáticamente diseñoscomplejos, de acuerdo a un conjunto de instrucciones codificadas en lastarjetas perforada.
1822 Charles Babbage construye un pequeño modelo operativo de uncalculador llamado “Máquina de Diferencias”
1829 Charles Xavier Thomas, construye el primer calculador que ejecuta lascuatro operaciones aritméticas en forma exacta.
1872 Frank Stephen Baldwin inventa una calculadora con teclas, basada en losprincipios de la máquina de Charles Thomas.
1887 Hernan Hollerith, un estadista, hizo realidad su idea de la tarjeta delectura mecánica, y diseñó un aparato que se llamo “Máquina de Censos”.Después del censo de 1890, Hollerith trasformó su equipo para uso comercial yestableció sistemas de estadísticas de carga para los ferrocarriles. En 1896,fundó la Compañía de Máquinas de Tabulación, para hacer y vender suinvento.
5
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Un poco de historia
1925 Vennevar Bush y sus colaboradores construyen el primer Computadoranalógico de gran escala.
1937 Howard Aiken de la Universidad de Harvard en Massachusetts comienzaa construir una máquina calculadora automática, el Mark I, que pudieracombinar las capacidades técnicas de la época con los conceptos de tarjetasperforadas desarrolladas por Hollerith. En 1944 el proyecto fue culminado.
1943 - 1946 J. Presper Ecker y John Mauchly construyen el primer Computadorcompletamente electrónico, el E.N.I.A.C. (Electronic Numerical Integrator AndCalculator), pesaba aproximadamente 30 toneladas, ocupaba un espacioaproximado de 1.500 pies cuadrados y usaba 18.000 tubos. ENIAC podíaresolver en un día lo que manualmente tardaría 300 días.
1944 John Von Neumann desarrolla el concepto de los programasalmacenados, es decir, un conjunto de instrucciones guardadas en una unidadde almacenamiento, que luego son ejecutadas en forma secuencial.
6
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Historia
Generación Años Características
0 hasta 1945 Sistemas mecánicos y electro-mecánicos
1 1945 – 1955 Tubos al vacío, tableros
2 1955 – 1965 Transistores y sistemas por lotes
3 1965 – 1980 Circuitos integrados y multiprogramación
4 desde 1980 Computadores personales
http://www.top500.org
7
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
¿Qué es una computadora?
Una 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. (Stallings).
La computadora es:
• Numérica
• Automática
• Secuencial
• Universal
8
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Aclaraciones
Arquitectura
Descripción de la
construcción y
distribución física
de los
componentes de
la computadora.
Organización
Niveles de abstracción
de los componentes de
la computadora.
Describe “cómo sucede”
Describe “lo que sucede”
9
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Función
Una computadora es básicamente una máquina cuya función principales procesar información.
Funciones básicas:
Almacenar Información
Organizar Información
Recuperar Información
Transmitir Información
La acción de "procesar" se
relaciona con el acto de
modificar o transformar
algo de su estado original
a uno nuevo.
10
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Función
Operación
individual de los
componentes
como parte de su
estructura.
11
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Clasificaciones
Tamaño:
Microcomputadoras
Minicomputadoras
Mainframe
Supercomputadoras (NASA, estudio y predicción de tornados)
Propósito:
Analógicas (control de perforación de pozos petroleros)
Digitales (las modernas)
Híbridas (radar de la defensa de Estados Unidos y de los vueloscomerciales)
Aplicación:
Propósito general (militar, industria)
Propósito especial/específico (simuladores, IA)
Otras clasificaciones:
• Por consumo eléctrico
• Multi-mono usuario
• Multi-mono procesador
• Portátiles
12
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Estructura de una computadora
Computador
MemoriaPrincipal
EntradaSalida
Sistema deinterconexión
periféricos
Líneas decomunicación
UnidadCentral de
ProcesoCPU
Computador
13
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Estructura de una computadora
Computer UnidadAritmética y
Lógica
Unidadde
Control
InterconexiónInterna de la CPU
Registros
CPU
I/O
Memory
SystemBus
CPU
15
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Procesadores y fabricantes
Hewlett-Packard Fujitsu Fairchild Semiconductor Digital Equipment Corporation Cyrix AT&T Advanced Micro Devices
Alpha Arm MIPS PA-RISC x86
PowerPC SH Sparc 68k
La Ley de Moore expresa que aproximadamente cada 18 meses se duplica el número de transistores en un circuito integrado
Texas Instruments (TI)
Sun Microsystems
Ross Technology
NEC
Motorola
MIPS
Intel
IBM
17
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Jerarquía de niveles
Cada capa es una máquina virtual queabstrae a las maquina del nivelinferior.
Las máquinas, en su nivel,“interpretan” sus instruccionesparticulares, utilizando servicios de sucapa inferior para implementarlas.
En última instancia los circuitosterminan haciendo el trabajo…
18
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Las tres funciones lógicas básicas
Presencia de voltaje = valor 1
Ausencia de voltaje = valor 0
INPUT
A B
OUTPUT
A XOR B
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
19
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Procesamiento de información
Entrada
FIFO
Diferente a
la entrada
1 1 1 0 1
20
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Teoremas básicos del álgebra de Boole
A + 1 = 1
A • 1 = A
A + 0 = A
A • 0 = 0
A + A = A
A • A = A
ā = a
A + A = 1
A • A = 0
Los unos, minterms
Los ceros, maxterms
22
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Ejemplos
Tabla de verdad - Diagrama de tiempos
¿Cuál es el circuito?
23
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Ejercicios
Dado un circuito cuya salida es:
AB + CD ¿Cuál es el diagrama del
circuito que corresponde a dicha
expresión Booleana?
Se nos asegura que un circuito de
dos entradas tiene una salida
AB+A·B. ¿Cuál es el diagrama de
tal circuito?
La Tabla de Verdad para un circuito
lógico es la que se muestra. ¿Cuál
es el diagrama para el circuito de
acuerdo con esta Tabla de Verdad?
24
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Ejercicios
En un sistema informático se tienen 4 teclas como entrada (a, b, c, d) yen la salida hay tres dispositivos: impresora, plotter y pantalla.
El control de la salida esta dado por la siguiente regla:
Para las entradas en binario (en la secuencia a – b – c – d) de 0 a 3 en decimal,debe estar activa la salida únicamente de la impresora;
Para las entradas del 4 al 7 en decimal debe estar activa la salida del plotterúnicamente;
Para las entradas del 8 al 11 en decimal, debe estar activas en la salida lapantalla y la impresora;
Para el resto de los casos deben estar activas las 3 salidas.
Construya la tabla de verdad correspondiente.
Construya la ecuación lógica.
Construya el circuito lógico digital.
25
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Ejercicios
Se cuenta con el siguiente enunciado:
La USB cuenta con dos alarmas y 3 guardias de seguridad.
Las alarmas pueden ser activadas de la siguiente forma:
Una de las alarmas puede ser activada simultáneamente “solo” por dosguardias.
La otra alarma puede ser activada solamente por el guardia “A” y el guardia“C” pero no por los dos juntos, el guardia “B” no puede activar esta alarma.
Construya la tabla de verdad correspondiente.
Construya la ecuación lógica.
Construya el circuito lógico digital.
26
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Modelo Von Neumann
Su funcionamiento se basa en el concepto de programa almacenadoen memoria, en donde la memoria principal almacena Instrucciones yDatos.
Las Instrucciones son el programa que controla el funcionamiento de lacomputadora.
Los Datos son los que procesa y genera dicho programa.
Las fases que se distinguen en la ejecución de una instrucción son:
Búsqueda de la instrucción en memoria (Fetch) y cálculo de la direcciónde la instrucción siguiente.
Decodificación de la instrucción por parte de la CPU.
Búsqueda de los operadores de la instrucción.
Ejecución de la instrucción.
Escritura del resultado.
Salvador E. Jurado Ramírez, Universidad Autónoma de Puebla
27
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Salvador E. Jurado Ramírez, Universidad Autónoma de Puebla
28
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Multiprocesadores UMA
Acceso Uniforme a Memoria
Herbert Hoeger, Centro Nacional de Cálculo Científico, Universidad de Los Andes
29
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Multiprocesadores NUMA
Acceso No-Uniforme a Memoria
Herbert Hoeger, Centro Nacional de Cálculo Científico, Universidad de Los Andes
30
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Taxonomía de Flynn
Se basa en la multiplicidad del flujo de instrucciones y del flujo de datos en uncomputador.
El flujo de instrucciones es la secuencia de instrucciones ejecutadas por elcomputador.
El flujo de datos es la secuencia de datos sobre los cuales operan las instrucciones.
Introduce las nociones de:
Flujo de instrucciones simple (SI): La arquitectura tiene una única unidad de controlque produce un único flujo de instrucciones.
Flujo de instrucciones múltiple (MI): La arquitectura tiene múltiples unidades decontrol, cada una produciendo un flujo distinto de instrucciones.
Flujo de datos simple (SD): Sólo hay un procesador que ejecuta un único flujo dedatos.
Flujo de datos múltiple (MD): Hay varios procesadores, cada uno de ellosejecutando un flujo de datos distinto.
Herbert Hoeger, Centro Nacional de Cálculo Científico, Universidad de Los Andes
31
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Taxonomía de Flynn
La clasificación de Flynn incluye las siguientes categorías:
Single instruction stream, single data stream (SISD)
Single instruction stream, multiple data stream (SIMD)
Multiple instruction stream, single data stream (MISD)
Multiple instruction stream, multiple data stream (MIMD)
Fernández Rodríguez, Menéndez González y Buccini. Universidad de Oviedo
32
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Operación
Single instruction stream, single data stream (SISD)
Single instruction stream, multiple data stream (SIMD)
33
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Operación
Multiple instruction stream, single data stream (MISD)
34
Mg, Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, PMP
Operación
Multiple instruction stream, multiple data stream (MIMD)
Existe overhead que
incluye: scheduling,
contención,
sincronización y
comunicación entre procesadores.
Mg. Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, [email protected]
Gracias por su atención
¿Preguntas?
Mg. Ing. Jack Daniel Cáceres Meza, [email protected]