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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