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Investigación de la unidad uno de fundamentos de telecomunicaciones con algunos términos importantes para la comprensión de la unidad
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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Contenido Introducción ............................................................................................................................ 2 Arquitecturas de computo ....................................................................................................... 3 Arquitecturas clásicas ......................................................................................................... 3 Arquitectura Harvard: ..................................................................................................... 4 Ventajas de esta arquitectura: ......................................................................................... 5 Desventajas en general de las arquitecturas clásicas ...................................................... 5 Arquitecturas segmentadas ................................................................................................. 5 Generalidades ................................................................................................................. 5 Tipos de cauces:.............................................................................................................. 7 Segmentación de instrucciones....................................................................................... 7 Arquitecturas de multiprocesamiento ............................................................................... 12 Las CPUs de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera: ...................... 13 Procesadores vectoriales ............................................................................................... 13 Sistemas SMP (procesadores simétricos) ..................................................................... 14 La computación cuántica .............................................................................................. 14 ¿Qué es CPU? ....................................................................................................................... 15 La memoria ........................................................................................................................... 17 Dispositivos de entrada y salida ........................................................................................... 18 Buses..................................................................................................................................... 21 Clasificación de buses según los dispositivos que conecten: ....................................... 22 Clasificación de buses según la información que transporten: ..................................... 24 Conclusión ............................................................................................................................ 26 Introducción En el siguiente documento se darán a conocer conceptos muy importantes para la arquitectura de computadoras viendo las distintas arquitecturas de computadoras que hubo en la historia para la comprensión de los modelos de arquitectura actuales de igual manera se mencionara lo que es el CPU, para que sirve, y cuales son las tareas, también se conocerán cuales son los dispositivos de entrada, salida y miztos que utilizamos para ingresar o sacar datos de nuestro equipo computacional.
La limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas. La limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de las siguientes partes: Arquitectura Harvard: Este modelo, que utilizan los Microcontroladores PIC, tiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de Datos). Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes estos pueden tener distintos contenidos en la misma dirección y también distinta longitud. Tambien la longitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta, lo que optimiza el uso de la memoria en general.
Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa pueden diseñarse de tal manera que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud. Además, al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo leer la siguiente instrucción a ejecutar. Ventajas de esta arquitectura: El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa. El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operación. Desventajas en general de las arquitecturas clásicas La principal desventaja de esta arquitectura; el bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales. Limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman.
Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. Generalidades
segmentada avanzada de este capítulo veremos qué profundidad de segmentación se puede utilizar para decrementar el ciclo de reloj y mantener un CPI bajo. La segmentación es una técnica de implementación, que explota el paralelismo entre las instrucciones de un flujo secuencial. Tiene la ventaja sustancial que, de forma distinta a algunas técnicas de aumento de velocidad, no es visible al programador. Tipos de cauces:
El procesador DLX
hay múltiples instrucciones ejecutándose a la vez. Una detención en una máquina segmentada requiere, con frecuencia, que prosigan algunas instrucciones, mientras se retardan otras. Normalmente, cuando una instrucción está detenida, todas las instrucciones posteriores a esta instrucción también se detienen. Las instrucciones anteriores a la instrucción detenida pueden continuar, pero no se buscan instrucciones nuevas durante la detención. Riesgos estructurales El hardware no puede manejar la combinación de instrucciones que deben ejecutarse en el mismo ciclo. (suponiendo que se cuenta con una única memoria) Ejemplo: IF y MEM no pueden ejecutarse en el mismo ciclo ya que ambas necesitan accesar datos de la memoria. Riesgo de control
de reloj. Es posible que el CPU y otros dispositivos funcionen más rápido o más lento que el reloj del sistema. Por ejemplo, cuando un reloj del sistema de 100MHZ interactúa con un CPU de 400MHZ, cada dispositivo entiende que cada ciclo de reloj del sistema es igual a cuatro ciclos de reloj del CPU; éstos utilizan un factor de cuatro para sincronizar sus acciones. Tamaño de la palabra = Una palabra es la cantidad de datos que la CPU puede procesar en un ciclo de reloj.
Sistemas SMP (procesadores simétricos)
La función de la CPU es procesar todas las operaciones lógicas y aritméticas que el dispositivo requiere, con el fin de ejecutar la acción deseada por el usuario. Las computadoras pueden tener más de un CPU como, por ejemplo, los procesadores multinúcleos ( multi-core processors ) que integran dos CPU en un solo chip. También es el caso de los computadores formateados, que incorporan más de un CPU para acelerar su poder de procesamiento de información. El tamaño de la CPU ha disminuido considerablemente con respecto a los modelos anteriores, por eso también se le conoce como microprocesador. Es un error usar la sigla CPU para referirse a la torre, caja o gabinete de la computadora de escritorio. La torre no es la unidad de procesamiento central sino el lugar donde se encuentran todos los componentes importantes, incluyendo su tarjeta madre y la CPU. ¿Para qué sirve el CPU? La unidad central de procesamiento sirve para “leer” y ejecutar las instrucciones de los programas instalados en la computadora, teléfono u otro dispositivo electrónico. Este proceso se lleva a cabo en cuatro fases:
Características del CPU Independientemente de su tipo, las CPU tienen una serie de características que determinan su rendimiento y funcionalidad: Número de hilos Los hilos son instrucciones de programa que se encargan de ejecutar varios procesos de forma simultánea, evitando que el rendimiento del equipo se vea afectado. Suelen ser confundidos con los núcleos, ya que estos también permiten la ejecución de múltiples tareas. Sin embargo, los hilos funcionan como parte de un software, mientras que los núcleos son componentes físicos del procesador. (Fernandez, 2022) Usualmente, por cada núcleo hay dos hilos. Número de núcleos A mayor cantidad de núcleos, mayor es el número de tareas que puede ejecutar la CPU y mayor es la velocidad a la que puede hacerlo. Consumo energético El consumo de energía de la CPU se mide en vatios (W) y a mayor capacidad del CPU, mayor consumo de energía. Frecuencia del reloj Es una medida de la potencia de la CPU y se mide en Mhz o Ghz. Se clasifica en dos tipos:
Los dispositivos de entrada son aquellos equipos encargados de introducir datos en la memoria central de la computadora para su tratamiento. A través de ellos se transforma la información de entrada en señales eléctricas. Ejemplos de dispositivos de entrada podemos mencionar los siguientes:
1. Teclado : permite la comunicación entre el usuario y la computadora. Dispone de un conjunto de teclas agrupadas en cuatro bloques denominados alfabético, numérico, de control y teclas de función. 2. Ratón o mouse de computadora : es una unidad de entrada constituida por una pequeña cajetilla con controles que se adapta a la mano y permite el movimiento del cursor en la pantalla. Existen ratones mecánicos, ópticos y opto-mecánicos. 3. Lectora de código de barras : se utiliza un lápiz óptico o un haz luminoso formado por un rayo láser capaz de realizar una imagen tridimensional que permite leer el código en cualquier posición. 4. Unidad de disco óptico : son unidades para la lectura y escritura de los discos ópticos. Utilizan una técnica de grabación y lectura donde se analizan las reflexiones de determinadas longitudes de onda sobre una superficie por medio de un haz luminoso producido por un rayo láser. 5. Escáner o scanner : dispositivo de entrada de datos que sirve para digitalizar documentos en formato físico, como fotografías y textos, para ser procesado en la computadora. 6. Palanca de control para juegos o joystick : consiste de una caja de la que sale una palanca o mando móvil que envía la información del movimiento de la palanca y es registrada como posiciones en la pantalla. Se utilizan en videojuegos y aplicaciones gráficas. 7. Micrófono : son dispositivos que reciben las señales de audio y las transforman en señales eléctricas que son procesadas por el computador. 8. Cámara fotográfica digital : dispositivo que se puede utilizar para introducir imágenes sin necesidad de revelado. 9. Cámara digital de video o WebCam : es una cámara que transmite imágenes en tiempo real a una computadora. 10. Tableta gráfica o mesa digitalizadora : permite al usuario dibujar o escribir a mano con un lápiz especial, cuya imagen aparece en la pantalla de la computadora. 11. Sistemas de adquisición de datos analógicos : son dispositivos con sensores que detectan variables físicas, como temperatura y presión, y transforman esas señales analógicas a digitales para su procesamiento por una computadora. Dispositivos de salida
Los dispositivos de salida son los equipos que presentan la información al usuario de forma comprensible, ya sea a través de imágenes, texto, sonidos o táctil. Estos realizan la función de extraer datos de la memoria central hacia el exterior. Como ejemplos de dispositivos de salida encontramos:
1. Pantalla o display : consiste en un sistema de representación mediante configuraciones de puntos luminosos denominados píxeles. La resolución de pantalla es el número de píxeles que posee. En las computadoras de escritorio o desktop se le conoce como monitor. 2. Impresoras : son unidades de salida de datos soportados en papel. Existen diversos tipos de impresoras, entre ellas las impresoras térmicas, electrostáticas, de tinta y láser. 3. Altavoz : son dispositivos que transforman las señales eléctricas en señales de audio. 4. Trazadores gráficos o plotters : son dispositivos capaces de imprimir un gráfico o dibujo. 5. Robots : son unidades de salida que poseen un complemento mecánico capaz de realizar movimientos ordenados desde la computadora. 6. Generadores de voz : son dispositivos capaces de dar una salida audible mediante un sintetizador de voz. Dispositivos mixtos Los dispositivos de entrada y salida o dispositivos mixtos permiten la introducción y extracción de datos en la memoria central. Son ejemplos de dispositivos mixtos los siguientes: 1. Pantalla táctil : es una pantalla que incluye un dispositivo que reconoce la zona de la misma donde se ha realizado un pequeño contacto con el dedo. 2. Impresoras multifunción : son equipos con la capacidad de realizar varias funciones, como imprimir, escanear y fotocopiar. 3. Teclado MIDI ( Musical Instrument Digital Interface ) : son teclados musicales parecidos a pianos electrónicos que permiten la interconexión de distintos instrumentos musicales y accesorios electrónicos. Pueden recibir tanto las señales de instrumentos musicales como generar sonidos. 4. Terminales punto de venta : son unidades de entrada/salida especiales para aplicaciones de tipo comercial. Estos dispositivos han sustituido las cajas registradoras antiguas. 5. Terminales para operaciones financieras : mejor conocidos como cajeros automáticos, son unidades conectadas a una computadora central de una entidad financiera para la realización de operaciones de los clientes de dicha entidad. (Joalsa, 2022)
