Arquitectura Harvard
Eran las computadoras que utilizaban arquitectura con dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos. El término arquitectura Harvard proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.
Todas las computadoras constan principalmente de dos partes, la CPU que procesa los datos, y la memoria que guarda los datos. Cuando hablamos de memoria manejamos dos parámetros, los datos en sí, y el lugar donde se encuentran almacenados (o dirección). Los dos son importantes para la CPU, pues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo así como "Toma los datos de ésta dirección y añádelos a los datos de ésta otra dirección", sin saber en realidad qué es lo que contienen los datos.
la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho en comparación a la de las memorias con las que trabaja, se debe poner mucha atención en el número de veces que se accede a ella para mantener el rendimiento.
Si la memoria es más rápida, mas alto será su costo. Por esta razón se proporciona una cantidad de memoria de menor tamaño llamada cache. Mientras los datos que necesita el procesador estén en la caché, el rendimiento será mucho mayor que si la caché tiene que obtener primero los datos de la memoria principal. La optimización de la caché es un tema muy importante de cara al diseño de computadoras.
En la arquitectura Harvard las instrucciones y los datos se almacenan en cachés separadas para mejorar el rendimiento. Tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidad de caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. Esta arquitectura suele utilizarse en DSPs, o procesador de señal digital.
Arquitectura de von Neumann
La ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) fue la primera computadora electrónica de uso general en el mundo. Tenía que ser programada manualmente mediante conmutadores y conectando y desconectando cables. El proceso de programación podría ser más fácil si el programa se representará en una forma adecuada para ser guardado en la memoria junto con los datos. Entonces, la computadora conseguiría sus instrucciones leyéndolas de la memoria, y se podría hacer o modificar un programa escribiendo en una zona de memoria.
Esta idea conocida como concepto de programa almacenado, se atribuye a los diseñadores de la ENIAC, sobre todo al matemático John von Neumann. En 1946 von Neumann y colegas empezaron el diseño de la nueva computadora que llamaron IAS y terminada hasta 1952, siendo el prototipo de toda una secuencia de computadoras de uso general. Salvo raras excepciones, todas las computadoras de hoy día tienen la misma estructura general y funcionamiento que las máquinas de von Neumann.
Estructura ampliada de la computadora IAS
La memoria de la IAS consiste de 1000 localidades de almacenamiento, llamadas palabras de 40 bits, guardando tanto instrucciones como datos. Cada palabra podía contener un número representado con un bit de signo y 39 de magnitud, o bien dos instrucciones de 20 bits cada una.
La unidad de control de la IAS trae instrucciones de la memoria y las ejecuta una por una. La figura muestra que tanto la unidad de control como la ALU contienen localidades de almacenamiento llamadas registros, definidos de la siguiente manera:
· · Registro Temporal de Memoria “Buffer” (MBR): Contiene una palabra que debe ser almacenada en memoria, o recibe una palabra procedente de la memoria.
· · Registro de Dirección de Memoria (MAR): Especifica la dirección de memoria de la palabra que va a ser escrita o leída en MBR.
· · Registro de Instrucción (IR): Contiene el código de operación de la instrucción que se va a ejecutar.
· · Registro Temporal de Instrucción (IBR): Almacena temporalmente la instrucción contenida en la parte derecha de una palabra.
· · Contador de Programa (PC): Contiene la dirección de la siguiente pareja de instrucciones que se traerán de memoria.
· · Acumulador (AC) Multiplicador Cociente (MQ): Se emplean para almacenar temporalmente operando y resultados de operaciones de la ALU.
Virtualmente todas las computadoras se han diseñado basándose en los conceptos desarrollados por von Neumann. Tal diseño se conoce como Arquitectura de von Neumann y se basa en tres conceptos clave:
· · Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura - escritura.
· · Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma.
· · La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no ser que dicha instrucción se modifique explícitamente).
De qué se encarga la ALU?
La Unidad Aritmético Lógica, o simplemente ALU (por Arithmetic Logic Unit) es una de las unidades que conforman la Unidad Central de Procesos (CPU) mediante la cual se pueden realizar un conjunto de operaciones aritméticas básicas (resta, suma, división y multiplicación) y de operaciones lógicas (OR, NOT, AND, etc.).
Los circuitos mediante los que la ALU ejecuta dichas operaciones pueden ser desde muy simples a muy complejos. Entre estos últimos se encuentran, por ejemplo, los de los chips de los microprocesadores. En general, la mayoría de las acciones de una computadora se realizan a través de una ALU. Y en dichos circuitos se encuentran diversos componentes que permiten que la ALU pueda efectuar las operaciones.
Entre estos componentes se encuentra el dispositivo de adición, con el que realiza las operaciones aritméticas; los registros, que contienen a los operandos (proporcionados por la Unidad de Control y que son en los que se realizará la operación), a los resultados parciales y a los resultados finales y por último, los dispositivos de control de cálculo, que dirige y controla las operaciones.
La Unidad de Control es la que le envía a la ALU las órdenes que debe realizar y la que se encarga de transportar los resultados obtenidos. De esta manera, vemos como la Unidad de Control le envía las acciones a realizar, la ALU procesa los datos y sus resultados quedan en el registro de salida de la ALU, desde donde serán transportados por otros mecanismos.
Mencione los periféricos más importantes y diga qué función cumplen.
1.- Los Dispositivos de Entrada:
Estos dispositivos permiten al usuario del computador introducir datos, comandos y programas en el CPU. El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los Dispositivos de Entrada, convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.
1 Los Tipos de Dispositivos de Entrada Más Comunes Son:
Teclado: El teclado es un dispositivo eficaz para introducir datos no gráficos como rótulos de imágenes asociados con un despliegue de gráficas. Los teclados también pueden ofrecerse con características que facilitan la entrada de coordenadas de la pantalla, selecciones de menús o funciones de gráficas.
Ratón ó Mouse: Es un dispositivo electrónico que nos permite dar instrucciones a nuestra computadora a través de un cursor que aparece en la pantalla y haciendo clic para que se lleve a cabo una acción determinada; a medida que el Mouse rueda sobre el escritorio, el cursor (Puntero) en la pantalla hace lo mismo. Tal procedimiento permitirá controlar, apuntar, sostener y manipular varios objetos gráficos (Y de texto) en un programa.
Micrófono: Los micrófonos son los transductores encargados de transformar energía acústica en energía eléctrica, permitiendo, por lo tanto el registro, almacenamiento, transmisión y procesamiento electrónico de las señales de audio. Son dispositivos duales de los altoparlantes, constituyendo ambos transductores los elementos más significativos en cuanto a las características sonoras que sobre imponen a las señales de audio.
Scanner: Es una unidad de ingreso de información. Permite la introducción de imágenes gráficas al computador mediante un sistema de matrices de puntos, como resultado de un barrido óptico del documento. La información se almacena en archivos en forma de mapas de bits (bit maps), o en otros formatos más eficientes como Jpeg o Gif.
Cámara Digital: se conecta al ordenador y le transmite las imágenes que capta, pudiendo ser modificada y retocada, o volverla a tomar en caso de que este mal.
Lector de Código de Barras: Dispositivo que mediante un haz de láser lee dibujos formados por barras y espacios paralelos, que codifica información mediante anchuras relativas de estos elementos. Los códigos de barras representan datos en una forma legible por el ordenador, y son uno de los medios más eficientes para la captación automática de datos.
2.- Los Dispositivos de Salida:
Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.
1. Los tipos de Dispositivos de Salida más Comunes Son:
Pantalla o Monitor: Es en donde se ve la información suministrada por el ordenador. En el caso más habitual se trata de un aparato basado en un tubo de rayos catódicos (CRT) como el de los televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana de cristal líquido (LCD).
Impresora: es el periférico que el ordenador utiliza para presentar información impresa en papel. Las primeras impresoras nacieron muchos años antes que el PC e incluso antes que los monitores, siendo el método más usual para presentar los resultados de los cálculos en aquellos primitivos ordenadores.
Altavoces: Dispositivos por los cuales se emiten sonidos procedentes de la tarjeta de sonido. Actualmente existen bastantes ejemplares que cubren la oferta más común que existe en el mercado. Se trata de modelos que van desde lo más sencillo (una pareja de altavoces estéreo), hasta el más complicado sistema de Dolby Digital, con nada menos que seis altavoces, pasando por productos intermedios de 4 o 5 altavoces. (Ver fig. nº 11)
Auriculares: Son dispositivos colocados en el oído para poder escuchar los sonidos que la tarjeta de sonido envía. Presentan la ventaja de que no pueden ser escuchados por otra persona, solo la que los utiliza. (Ver fig. nº 12)
Bocinas: Cada vez las usa más la computadora para el manejo de sonidos, para la cual se utiliza como salida algún tipo de bocinas. Algunas bocinas son de mesas, similares a la de cualquier aparato de sonidos y otras son portátiles (audífonos). Existen modelos muy variados, de acuerdo a su diseño y la capacidad en watts que poseen.
Multimedia: Combinación de Hardware y Software que puede reproducir salidas que emplean diversos medios como texto, gráficos, animación, video, música, voz y efectos de sonido.
Plotters (Trazador de Gráficos): Es una unidad de salida de información que permite obtener documentos en forma de dibujo.
Existen plotters para diferentes tamaños máximos de hojas (A0, A1, A2, A3 y A4); para diferentes calidades de hojas de salida (bond, calco, acetato); para distintos espesores de línea de dibujo (diferentes espesores de rapidógrafos), y para distintos colores de dibujo (distintos colores de tinta en los rapidógrafos).
Fax: Dispositivo mediante el cual se imprime una copia de otro impreso, transmitida o bien, vía teléfono, o bien desde el propio fax. Se utiliza para ello un rollo de papel que cuando acaba la impresión se corta.
Data Show (Cañón): Es una unidad de salida de información. Es básicamente una pantalla plana de cristal líquido, transparente e independiente. Acoplado a un retro proyector permite la proyección amplificada de la información existente en la pantalla del operador.
Eran las computadoras que utilizaban arquitectura con dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos. El término arquitectura Harvard proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.
Todas las computadoras constan principalmente de dos partes, la CPU que procesa los datos, y la memoria que guarda los datos. Cuando hablamos de memoria manejamos dos parámetros, los datos en sí, y el lugar donde se encuentran almacenados (o dirección). Los dos son importantes para la CPU, pues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo así como "Toma los datos de ésta dirección y añádelos a los datos de ésta otra dirección", sin saber en realidad qué es lo que contienen los datos.
la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho en comparación a la de las memorias con las que trabaja, se debe poner mucha atención en el número de veces que se accede a ella para mantener el rendimiento.
Si la memoria es más rápida, mas alto será su costo. Por esta razón se proporciona una cantidad de memoria de menor tamaño llamada cache. Mientras los datos que necesita el procesador estén en la caché, el rendimiento será mucho mayor que si la caché tiene que obtener primero los datos de la memoria principal. La optimización de la caché es un tema muy importante de cara al diseño de computadoras.
En la arquitectura Harvard las instrucciones y los datos se almacenan en cachés separadas para mejorar el rendimiento. Tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidad de caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. Esta arquitectura suele utilizarse en DSPs, o procesador de señal digital.
Arquitectura de von Neumann
La ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Computer) fue la primera computadora electrónica de uso general en el mundo. Tenía que ser programada manualmente mediante conmutadores y conectando y desconectando cables. El proceso de programación podría ser más fácil si el programa se representará en una forma adecuada para ser guardado en la memoria junto con los datos. Entonces, la computadora conseguiría sus instrucciones leyéndolas de la memoria, y se podría hacer o modificar un programa escribiendo en una zona de memoria.
Esta idea conocida como concepto de programa almacenado, se atribuye a los diseñadores de la ENIAC, sobre todo al matemático John von Neumann. En 1946 von Neumann y colegas empezaron el diseño de la nueva computadora que llamaron IAS y terminada hasta 1952, siendo el prototipo de toda una secuencia de computadoras de uso general. Salvo raras excepciones, todas las computadoras de hoy día tienen la misma estructura general y funcionamiento que las máquinas de von Neumann.
Estructura ampliada de la computadora IAS
La memoria de la IAS consiste de 1000 localidades de almacenamiento, llamadas palabras de 40 bits, guardando tanto instrucciones como datos. Cada palabra podía contener un número representado con un bit de signo y 39 de magnitud, o bien dos instrucciones de 20 bits cada una.
La unidad de control de la IAS trae instrucciones de la memoria y las ejecuta una por una. La figura muestra que tanto la unidad de control como la ALU contienen localidades de almacenamiento llamadas registros, definidos de la siguiente manera:
· · Registro Temporal de Memoria “Buffer” (MBR): Contiene una palabra que debe ser almacenada en memoria, o recibe una palabra procedente de la memoria.
· · Registro de Dirección de Memoria (MAR): Especifica la dirección de memoria de la palabra que va a ser escrita o leída en MBR.
· · Registro de Instrucción (IR): Contiene el código de operación de la instrucción que se va a ejecutar.
· · Registro Temporal de Instrucción (IBR): Almacena temporalmente la instrucción contenida en la parte derecha de una palabra.
· · Contador de Programa (PC): Contiene la dirección de la siguiente pareja de instrucciones que se traerán de memoria.
· · Acumulador (AC) Multiplicador Cociente (MQ): Se emplean para almacenar temporalmente operando y resultados de operaciones de la ALU.
Virtualmente todas las computadoras se han diseñado basándose en los conceptos desarrollados por von Neumann. Tal diseño se conoce como Arquitectura de von Neumann y se basa en tres conceptos clave:
· · Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura - escritura.
· · Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma.
· · La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no ser que dicha instrucción se modifique explícitamente).
De qué se encarga la ALU?
La Unidad Aritmético Lógica, o simplemente ALU (por Arithmetic Logic Unit) es una de las unidades que conforman la Unidad Central de Procesos (CPU) mediante la cual se pueden realizar un conjunto de operaciones aritméticas básicas (resta, suma, división y multiplicación) y de operaciones lógicas (OR, NOT, AND, etc.).
Los circuitos mediante los que la ALU ejecuta dichas operaciones pueden ser desde muy simples a muy complejos. Entre estos últimos se encuentran, por ejemplo, los de los chips de los microprocesadores. En general, la mayoría de las acciones de una computadora se realizan a través de una ALU. Y en dichos circuitos se encuentran diversos componentes que permiten que la ALU pueda efectuar las operaciones.
Entre estos componentes se encuentra el dispositivo de adición, con el que realiza las operaciones aritméticas; los registros, que contienen a los operandos (proporcionados por la Unidad de Control y que son en los que se realizará la operación), a los resultados parciales y a los resultados finales y por último, los dispositivos de control de cálculo, que dirige y controla las operaciones.
La Unidad de Control es la que le envía a la ALU las órdenes que debe realizar y la que se encarga de transportar los resultados obtenidos. De esta manera, vemos como la Unidad de Control le envía las acciones a realizar, la ALU procesa los datos y sus resultados quedan en el registro de salida de la ALU, desde donde serán transportados por otros mecanismos.
Mencione los periféricos más importantes y diga qué función cumplen.
1.- Los Dispositivos de Entrada:
Estos dispositivos permiten al usuario del computador introducir datos, comandos y programas en el CPU. El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los Dispositivos de Entrada, convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.
1 Los Tipos de Dispositivos de Entrada Más Comunes Son:
Teclado: El teclado es un dispositivo eficaz para introducir datos no gráficos como rótulos de imágenes asociados con un despliegue de gráficas. Los teclados también pueden ofrecerse con características que facilitan la entrada de coordenadas de la pantalla, selecciones de menús o funciones de gráficas.
Ratón ó Mouse: Es un dispositivo electrónico que nos permite dar instrucciones a nuestra computadora a través de un cursor que aparece en la pantalla y haciendo clic para que se lleve a cabo una acción determinada; a medida que el Mouse rueda sobre el escritorio, el cursor (Puntero) en la pantalla hace lo mismo. Tal procedimiento permitirá controlar, apuntar, sostener y manipular varios objetos gráficos (Y de texto) en un programa.
Micrófono: Los micrófonos son los transductores encargados de transformar energía acústica en energía eléctrica, permitiendo, por lo tanto el registro, almacenamiento, transmisión y procesamiento electrónico de las señales de audio. Son dispositivos duales de los altoparlantes, constituyendo ambos transductores los elementos más significativos en cuanto a las características sonoras que sobre imponen a las señales de audio.
Scanner: Es una unidad de ingreso de información. Permite la introducción de imágenes gráficas al computador mediante un sistema de matrices de puntos, como resultado de un barrido óptico del documento. La información se almacena en archivos en forma de mapas de bits (bit maps), o en otros formatos más eficientes como Jpeg o Gif.
Cámara Digital: se conecta al ordenador y le transmite las imágenes que capta, pudiendo ser modificada y retocada, o volverla a tomar en caso de que este mal.
Lector de Código de Barras: Dispositivo que mediante un haz de láser lee dibujos formados por barras y espacios paralelos, que codifica información mediante anchuras relativas de estos elementos. Los códigos de barras representan datos en una forma legible por el ordenador, y son uno de los medios más eficientes para la captación automática de datos.
2.- Los Dispositivos de Salida:
Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.
1. Los tipos de Dispositivos de Salida más Comunes Son:
Pantalla o Monitor: Es en donde se ve la información suministrada por el ordenador. En el caso más habitual se trata de un aparato basado en un tubo de rayos catódicos (CRT) como el de los televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana de cristal líquido (LCD).
Impresora: es el periférico que el ordenador utiliza para presentar información impresa en papel. Las primeras impresoras nacieron muchos años antes que el PC e incluso antes que los monitores, siendo el método más usual para presentar los resultados de los cálculos en aquellos primitivos ordenadores.
Altavoces: Dispositivos por los cuales se emiten sonidos procedentes de la tarjeta de sonido. Actualmente existen bastantes ejemplares que cubren la oferta más común que existe en el mercado. Se trata de modelos que van desde lo más sencillo (una pareja de altavoces estéreo), hasta el más complicado sistema de Dolby Digital, con nada menos que seis altavoces, pasando por productos intermedios de 4 o 5 altavoces. (Ver fig. nº 11)
Auriculares: Son dispositivos colocados en el oído para poder escuchar los sonidos que la tarjeta de sonido envía. Presentan la ventaja de que no pueden ser escuchados por otra persona, solo la que los utiliza. (Ver fig. nº 12)
Bocinas: Cada vez las usa más la computadora para el manejo de sonidos, para la cual se utiliza como salida algún tipo de bocinas. Algunas bocinas son de mesas, similares a la de cualquier aparato de sonidos y otras son portátiles (audífonos). Existen modelos muy variados, de acuerdo a su diseño y la capacidad en watts que poseen.
Multimedia: Combinación de Hardware y Software que puede reproducir salidas que emplean diversos medios como texto, gráficos, animación, video, música, voz y efectos de sonido.
Plotters (Trazador de Gráficos): Es una unidad de salida de información que permite obtener documentos en forma de dibujo.
Existen plotters para diferentes tamaños máximos de hojas (A0, A1, A2, A3 y A4); para diferentes calidades de hojas de salida (bond, calco, acetato); para distintos espesores de línea de dibujo (diferentes espesores de rapidógrafos), y para distintos colores de dibujo (distintos colores de tinta en los rapidógrafos).
Fax: Dispositivo mediante el cual se imprime una copia de otro impreso, transmitida o bien, vía teléfono, o bien desde el propio fax. Se utiliza para ello un rollo de papel que cuando acaba la impresión se corta.
Data Show (Cañón): Es una unidad de salida de información. Es básicamente una pantalla plana de cristal líquido, transparente e independiente. Acoplado a un retro proyector permite la proyección amplificada de la información existente en la pantalla del operador.
