evolucion de los computadores
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EVOLUCION DE LOS COMPUTADORES
En los sólo 50 años de vida de los computadores, los avances en su
Arquitectura y en la tecnología usada para implementarlos han
permitido conseguir una evolución en su rendimiento sin precedentes
en ningún otro campo de la ingeniería. Dentro de este progreso la
tecnología ha mantenido un ritmo de crecimiento constante, mientras
que la contribución de la arquitectura ha sido más variable.
En los primeros años de los computadores (desde el 45 hasta el 70) la
mejora provenía tanto de los avances tecnológicos como de
innovaciones en el diseño. En una segunda etapa (aproximadamente
de los 70 a mediados de los 80) el desarrollo de los computadores se
debió principalmente al progreso en la tecnología de
semiconductores, que obtuvo mejoras impresionantes en densidad,
velocidad y disipación de potencia. Gracias a estos avances el
número de transistores y la frecuencia de reloj se incrementaron en
un orden de magnitud en la década de los 70 y en otro en la de los
80.
Posteriormente tanto la tecnología como la arquitectura tuvieron una
influencia Fundamental en dicha evolución, cuyo ritmo se ha
acelerado actualmente. En la década de los 90 el número de
transistores y la frecuencia de reloj se han multiplicado por 20.
Muchos anuncian que este proceso comenzará a hacerse más lento a
medida que nos aproximemos a los límites físicos de la tecnología de
semiconductores. Según Faggin, a partir de entonces las
innovaciones en la arquitectura de los procesadores serán el motor
fundamental de su progreso.
Para estudiar este proceso con mayor detalle usaremos una
clasificación de los computadores en generaciones. Estas se dividen
habitualmente basándose en la tecnología empleada, aunque los
límites entre una y otra son más bien difusos. Cada nueva generación
se caracteriza por una mayor velocidad, mayor capacidad de
memoria, menor consumo y menor tamaño que la generación
anterior.
Pero en 1946 cuando se considera que comienza la historia de
los computadores:
ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).
EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer).
IAS (Institute for Advanced Study).
ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator 1946) fue la
primera gran computadora de propósito general, a ella le debemos
mucho más de lo que podemos imaginar, no por su velocidad de
cálculo, sino por su capacidad de cálculo. Hasta entonces todas las
maquinas construidas por el ser humano tenían un propósito
especifico, estaban designadas para realizar una labor especifica,
podían realizar operaciones aritméticas, cálculos astronómicos, pero
nunca se había fabricado una maquina con tal potencia, y aun no se
ha construido una sola computadora que supere lo que fabricaron en
1946, John P. Eckert, John W. Mauchly y John Von Neumann.
ENIAC fue el primer computador que se realizo con arquitectura de
Von Newman, arquitectura que continua usándose hoy en día, ningún
ordenador actual puede solucionar mas problemas que el ENIAC, y el
número de problemas que el ENIAC no puede solucionar es
exactamente igual al de cualquier ordenador actual. Desde 1946 el
ser humano ha conseguido solucionar estos problemas de una
manera más rápida, incrementando la velocidad de cálculo de las
computadoras, pero nunca ha conseguido incrementar su capacidad
de cálculo. En los tiempos que corren, se anuncian nuevas
innovaciones, nanotecnología que multiplicara por 1000 la velocidad
de los procesadores actuales basados en silicio, esto hará que ciertos
problemas especialmente complicados tengan una solución viable en
tiempos relativamente cortos, pero me entristece decir aun no se
conoce un ordenador capaz de solucionar algo que el ENIAC no
pudiera.
Características:
Era una maquina decimal
Tenía 20 acumuladores que hacían a la vez de “Memoria”
No podía almacenar gran parte de información
EDVAC (Electronic Discret Variable and Computer)
Su diseño se denomina hoy “modelo Von Neumann”, y se sigue
manteniendo en la mayoría de computadores actuales, con unidad
aritmético-lógica, unidad de control, unidades de entrada/salida, y
memoria.
Por sus siglas en inglés, fue una de las primeras computadoras
electrónicas. A diferencia de la ENIAC, no era decimal, sino binaria y
tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado. Este diseño
se convirtió en el estándar de arquitectura para la mayoría de las
computadoras modernas.
La computadora fue diseñada para ser binaria con adición,
sustracción y multiplicación automática y división programada.
También poseería un verificador automático con capacidad para mil
palabras (luego se estableció en 1,024). Físicamente la computadora
fue construida de los siguientes componentes: Un lector-grabador de
cinta magnética, una unidad de control con osciloscopio, una unidad
para recibir instrucciones del control y la memoria y para dirigirlas a
otras unidades, una unidad computacional para realizar operaciones
aritméticas en un par de números a la vez y mandarlos a la memoria
después de corroborarlo con otra unidad idéntica, un cronómetro, y
una unidad de memoria dual.
EL EDVAC estaba organizado en seis partes principalmente:
1. Unidad de lectura-grabadora, que era la encargada de la
lectura, grabación y borrado de las cintas magnéticas.
2. Unidad de control, que contenía los botones de operación, las
lámparas indicadoras, los interruptores de control y un
osciloscopio para el mantenimiento de la computadora.
3. Unidad de "reparto", que se encargaba de decodificar las
instrucciones, emitía señales de control hacia el resto de
unidades y almacenaba la instrucción que se debía ejecutar en
cada momento.
4. Memoria de alta velocidad, que consistía en dos unidades
iguales, cada una contenía 64 líneas de 8 palabras cada una.
5. Computadora, la unidad que realizaba las operaciones básicas
aritméticas. La unidad aritmética estaba por duplicado, las
operaciones se hacían en ambas unidades y se comparaban los
resultados, interrumpiéndose la ejecución si no eran idénticos.
6. Reloj, que emitía pulsos de reloj a intervalos de 1 µsegundo.
El tiempo medio de ejecución por instrucción era:
1. Suma en 864 µsegundos.
2. Resta en 864 µsegundos.
3. Comparación en 696 µsegundos.
4. Multiplicación y redondeo 2880 µsegundos.
5. División y redondeo 2928 µsegundos.
6. Multiplicación exacta en 2928 µsegundos.
7. División exacta en 2928 µsegundos.
8. Suma en coma flotante 960 µsegundos.
9. Resta en coma flotante 960 µsegundos.
Características:
1. Primer computador propuesto por Von Neumman
2. Introducía el método de memoria
3. Se introduce la conformación de 4 módulos para organizar el
compilador
Memoria
Principal
Unidad aritmética lógica
Dispositi vos
E/S
Circuitos deControl
Funciones (segun Von Neuman) :
1. Los 4 componentes están en capacidad de realizar las
operaciones básicas (+,-,*,/,%,comparación)
2. Están en capacidad de almacenar utilizando su memoria
principal
3. Trabajaba en sistema binario
4. Los circuitos de control se encargan de definir la señalización
entre los diferentes módulos
IAS (Institute for Advanced Study) la solución de Von Neumman
para la implementación de los módulos propuestos en el EDVAC.
EL IAS constaba de una memoria principal para almacenar datos e
instrucciones, una unidad aritmético-lógica, una unidad de control
que interpreta las instrucciones y provoca su ejecución, y una
unidad de entrada/salida dirigida por la unidad de control.
Características
1. Tenían 100 posiciones de memoria, que conformaba la tabla de
memoria IAS
Posx
0 39
Pos y
0 7 19 20 27 28
29
CODOP: Código de operación
Unidad Aritmética Lógica
MBR: (Memory Boken Register) registro temporal de memoria y se
encarga de almacenar una palabra proveniente de la memoria.
BIT de signo operando
codop -12 bits codop 12 bits
MAR
AC
IBR
AC
MBR
CIRCUITOS DE CONTROL
IR
CIRCUITOS DE CONTROL
PC
MEMORIA
E/S
AC: registro utilizado para almacenar los resultados de las
operaciones.
MQ: registro utilizado para almacenar resultados reoperaciones
cuando el AC se llena.
PC: (progam Counter) apunta a la siguiente posición de memoria.
IBR: (Instruction Boken Register) registro temporal de instrucción,
almacena temporalmente la instrucción leída desde la memoria.
IR: (Instruction Register) es el registro que almacena y decodifica la
instrucción proveniente del IBR.
Componentes Básicos de un computador, Ciclo de Captación y
Ejecución
Funcionamiento del computador
Tres postulados
Tanto los datos como las instrucciones se almacenan en una
misma unidad de memoria (memoria Principal).
para encontrar una información en la memoria se hace uso del
direccionamiento sin importar el contenido.
el computador funciona ejecutando instrucción tras instrucción
hasta que algo lo saque de las instrucciones (Interrupción).
Proceso de captación
INICIO
CAPTA LA SIGUIENTE INSTRUCCION
EJECUTA LA INSTRUCCIN
Proceso de ejecución
COMUNICACION ENTRE LOS ELEMENTOS DE LA CPU
1. CPU _ E/S: Cuando la CPU lee o coloca datos en los dispositivos
de entrada salida.
2. CPU _ MEMORIA: Cuando la CPU lee o coloca instrucciones en la
unidad de memoria principal
3. PROCESAMIENTO DE DATOS: Cuando la CPU realiza operaciones
con los datos obtenidos en la memoria o en los de E / S.
4. CONTROL: serie de señalizaciones que permiten realizar las
comunicaciones anteriores.
Tres Registros Claves
PC: (Program Counter) es el encargado de apuntar a las
siguientes posiciones de memoria.
AC: (Acumulador) almacena el resultado de las operaciones.
IR: (Instruction Register) decodifica la instrucción que viene de
IBR.
Ejemplo
100 h
200 h
300 h
2600
3500
4200
.
.
0007
0008
500 h
600 h
Tabla de memoria con un procesador supuestote i6 bits con los
siguientes registros internos.
0010: Cargar el acumulador
0011: Sumar una posición de memoria con el valor del acumulador
0100: Resetear el acumulador
Primer paso:
Captación ejecución
PC PC
AC
IR IR
Segundo paso:
0008
Tercer paso:
Paso n
100
2600
100
2600
0008
200
3500
0008
200
3500
000F
300
4200
000F
300
4200
0000
500
0007
0000
500
0007
0000
Ejercicio:
Repertorio de Instrucciones
0001
:
Cargar el acumulador con una posición de memoria
1010
:
cargar el acumulador con la resta de la posición 580 menos la
posición 500
0011
:
Sumar el valor del acumulador con una posición de memoria
0100
:
Dividir el valor del acumulador con una posición de memoria
0101
:
Llamar una interrupción habilitada
0110
:
Restar el acumulador con una posición de memoria
1000
:
Almacenar el valor del acumulador en una posición de
memoria
1001
:
Multiplicar al acumulador con una posición de memoria
1111
:
Restar el acumulador
1 0 0 2 0 0 F
1 1 0 1 5 0 0
1 2 0 4 5 1 0
1 3 0 8 9 0 0
1 4 0 3 5 2 0
1 5 0 9 5 3 0
1 6 0 8 9 1 0
1 7 0 6 5 4 0
1 8 0 8 9 2 0
1 9 0 F 0 0 0
2 0 0 1 5 6 0
2 1 0 D 6 0 0
5 0 0 0 B B 8
5 1 0 0 1 2 C
5 2 0 0 F A 0
5 3 0 0 0 0 A
5 4 0 4 E 2 0
5 5 0 0 3 F F
5 6 0 F F 9 B
5 7 0 0 0 6 4
5 8 0 0 A 5 F
5 9 0 3 5 7 0
6 0 0 8 7 0 0
7 0 0 0 0 6 4
9 0 0 0 0 0 A
9 1 0 9 C A 4
9 2 0 4 E 8 4
Captación Ejecución
PC PC
AC AC
IR IR
Captación ejecución
PC PC
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
100
200F
100
200F
110
1500
110
1500
120
4510
0BB8
120
4510
000A
130
2600
000A
130
2600
000A
140 140
3520
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
3520
000A 0FAA
150
9530
0FAA
150
9530
9CA4
160
8910
9CA4
160
8910
9CA4
170
6540
9CA4
170
6540
4E84
180
8920
4E84
180
8920
4E84
190
F000
4E84
190
F000
0000
200
1560
0000
200
1560
FF9B
210 210
D600
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
Captación ejecución
D600
FF9B FF9B
590
3570
0000
590
3570
0000
600
8700
0064
600
8700
0064
700
2600
0064
700
2600
0008
800
2600
800
2600
0008
900
2600
900
2600
0008