54
CAPITULO 1 Ing. Luis Fernando Aguas B.

Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

CAPITULO 1

Ing. Luis Fernando Aguas B.

Page 2: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Calculadoras mecánicas

• Antes de la década de los 40 ya existían calculadoras mecánicas, podemos nombrar la de Charles Babbage

Page 3: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 4: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 5: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Primera Generación de Computadoras

• EL ENIAC • Fue en la década del 40 que aparecieron las primeras válvulas electrónicas

• El Ejército Norte Americano necesitaba realizar pruebas de balística

• Cada válvula era capaz de representar un bit, tenia solamente dos estados,

encendido o apagado

• Los bytes eran compuestos por más otras válvulas

Page 6: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Como no se tenia mucha confianza en los resultados debido a la continua quema de válvulas, se realzaban las operaciones en tres circuitos, si dos de tres coincidían se tomaban como ciertas.

• Si no coincidía ninguna se descartaban.

Page 7: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Por ejemplo 2 KB requerían de 16384 válvulas y como eran 3 circuitos se necesitaban 49152 válvulas, eran muy grandes y consumían mucha energía

Page 8: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• El ENIAC (Electronic Integrator and Computer fue construido en 1948 tenia 19.000 válvulas y consumía 200 Kw

• Fue construido en la Universidad de Pensilvana

Page 9: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 10: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 11: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 12: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

SEGUNDA GENERACION• Fue en 1947 que se desarrollo el primer transistor

construido en los laboratorios BELL.• Fue un descubrimiento revolucionario de la electrónica.• Los transistores ocupaban menos espacio y consumían

menos energía.• Los transistores eran más confiables que las válvulas.• Su material era el cristal de silicio, el material más

abundante en la tierra.• En 1954 Texas Instrument inició la producción comercial

de los transistores

Page 13: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• De la misma manera los transistores se utilizaron para representar dos estados separados, (prendido o apagado, cero o uno).

• En los años 60 y 70 exploto el boom del uso de los transistores.

Page 14: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 15: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Tercera Generación• En los años 60 inicio el

proceso de encapsulamiento de más de 1 transistor en un mismo receptáculo.

• Surge el C.I. Circuito Integrado inicialmente con 8 o 10 Transistores en un mismo CHIP o CAPSULA

Page 16: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 17: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Cuarta Generación• En 1971 INTEL introduce el

primer microprocesador conocido como 4004 desarrollado por 3 Ingenieros de Intel.

• Tenia 2300 transistores y ejecutaba 60.000 cálculos por segundo.

Hoy en día los procesadores sobrepasan los 200 millones de Transistores y ejecutan miles de millones de instrucciones

Page 18: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

PCXT• Operaban a 4, 8, 9 Mhz• Tenían slots ISA (Industrial Standard

Arquitectur).• Eran usados con procesadores 8086, 8088, de

INTEL y NEC V20.• En el 81 las placas inicialmente funcionaban

con 8 bits a 8 Mhz.

Page 19: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

PC AT• Los PC XT evolucionaron

en los AT.• Llamados 286 poseían

una batería que mantenía una memoria un pequeño chip llamado CMOS.

• Tenían 8 bits y operaban a 8 Mhz

Page 20: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Pc 386• Tenían como novedad en

1990 las 386 DX bancos de memoria de 32 bits y VLSI (Very Large Scale Integration).

• Usaban memoria de tipo SIPP (Single InLine Package)

• Las placas lanzadas en el 92 utilizaban SIMM (Single Inline Memory Modules)

• Módulos con filas de contactos de 1, 4, 8, etc Mb

Page 21: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

PC-486• Las primeras placas de los

486 aparecieron en los años 93 e 94.

• Utilizaban los puertos VLS• (VESA Local Bus ), que

operaban con 32 bits, pudiendo transferir hasta 132 MB/s.

• superior a los 8 MB/s de los buses ISA. (VESA - Vídeo Eletronics Standards Association).

• Algunos motherboards usaban zócalos de 72 pines para memoria.

Page 22: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

PENTIUM• Las placas para CPU Pentium tienen un

bus de 64 bits y utilizan módulos de memoria de 32 bits, esos módulos son utilizados de dos en dos para formar los 64 bits requeridos.

• Por razones técnicas deben tener un disipador y un micro-ventilador acoplado al chip del procesador.

• El zócalo del procesador es ZIF (ZERO INSERTION FORCE).

• Tienen un bus PCI (Periferal Component Interconnect )

• memoria cache de 512 kb

• COAST (Cache on a Stick), semelhantes aos módulos de memória RAM tipo SIMM.

Page 23: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Socket 7

Page 24: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Slot 1

Page 25: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Generación de Computadores• 1ª generación: (1946-1955) Computadores basados en válvula de

vacío que se programaron en lenguaje máquina o en lenguaje ensamblados.

• 2ª generación: (1953-1964) Computadores de transistores. Evolucionan los modos de direccionamiento y surgen los lenguajes de alto nivel.

• 3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la posibilidad de trabajar en tiempo compartido.

• 4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.

• 5ta generación Procesamiento paralelo• 6ta generación: Computación Cuantica

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Page 26: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

DEBAJO DE LOS PROGRAMAS

• Para hablar realmente a una máquina electrónica se necesita enviar señales eléctricas.

• Encendido (on) apagado (off)• Dígitos binarios • Las computadoras son

esclavos de nuestras órdenes, de ahí que el nombre para una orden individual sea instrucción

100011001010000

Add A,B

Los pioneros inventaron programas para Traducir de notación simbólica a binario

Page 27: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

La idea de bajo nivel Inspiro una idea Simple

• Si se puede escribir un programa para traducir de lenguaje ensamblador a instrucciones binarias para simplificar la programación, ¿qué impide escribir un programa que traduzca de una notación de alto nivel a lenguaje ensamblador?

• RESPUESTA= NADA

Page 28: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Los programas que admiten esta notación más natural se llaman compiladores y los lenguajes que compilan se llaman lenguajes de programación de alto nivel

A+b

Add A,B

1000110010100000

UN PROGRAMADOR ESCRIBE ESTO

EL COMPILADOR COMPILARÍA ESTO EN ESTA SENTENCIA DE LENGUAJE ENSAMBLADOR

EL ENSAMBLADOR TRADUCIRIA ESTO EN LA INSTRUCCIÓN BINARIA QUE INDICA AL COMPUTADOR QUE SUME LOS NUMEROS A Y B

Page 29: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Abstraction• PROGRAMA C COMPILADO

A LENGUAJE ENSAMBLADOR Y DESPUES ENSAMBLADO A LENGUAJE MAQUINA BINARIO

swap(int v[], int k){int temp; temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;}

swap: muli $2, $5,4 add $2, $4,$2 lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2) jr $31

00000000101000010000000000011000000000001000111000011000001000011000110001100010000000000000000010001100111100100000000000000100101011001111001000000000000000001010110001100010000000000000010000000011111000000000000000001000

Binary machinelanguageprogram(for MIPS)

C compiler

Assembler

Assemblylanguageprogram(for MIPS)

High-levellanguageprogram(in C)

COMPILADOR C

ENSAMBLADOR

Page 30: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

, lso

Pero un conjunto de programas podía ejecutarse más eficientemente si había un programa independiente que supervisara la ejecución de esos programas. Aparecen las libraries, los Programadores empiezan a acumular en bibliotecas (libraries) aquellas rutinas potencialmente Aplicables a múltiples rutinas

Por ejemplo rutinas para controlar impresoras, como la que prueba que se tiene papel antes de Imprimir, u otros programas de control de dispositivos E/S.

Manejaría colas de programasEvitaría esperas improductivas

LOS SISTEMAS OPERATIVOS SON PROGRAMAS QUE GESTIONAN LOS RECURSOS DE UN COMPUTADOR EN BENEFICIO DE LOS PROGRAMAS QUE SE EJECUTAN EN LA MAQUINA

Page 31: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Los programas (software) vinieron a ser catalogados según su uso.

• Programas de Sistema (Systems Software)• Programas de Aplicación

• LOS PROGRAMAS SUPERVISORES, QUE PRONTO INCLUYERON LAS BIBLIOTECAS DE SUBRUTINAS DE ENTRADA SALIDA SON LA BASE DE LO QUE HOY LLAMAMOS S,O,

• Los SISTEMAS OPERATIVOS SON PROGRAMAS QUE GESTIONAN LOS RECURSOS DE UN COMPUTADOR EN BENEFICIO DE LOS PROGRAMAS QUE SE EJECUTAN EN LA MAQUINA

Page 32: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

CIRCUITERÍA

Page 33: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Descomposición de Sistemas Informáticos

programas

Programas de aplicación

Programas de Sistema

compiladores Sistemas operativos

Memoria virtual

Sistemas de ficheros

Controladores (drivers) de

dispositivos de e/s

Ensambladores

Page 34: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Definiciones de: computador, arquitectura y organización del computador

• Se puede definir la arquitectura de computadores como el estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de computadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Page 35: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

ENTRADA

Ingreso de Datos

Dispositivos de Entrada

PROCESOTrabajo de la CPUUnidad Central de

Proceso

SALIDA

Entrega de Resultados

Dispositivos de Salida

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Page 36: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 37: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Page 38: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores
Page 39: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO– Funciones que realiza– La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir

como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los computadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos.

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

Page 40: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Debajo de la cubierta

Dispositivos de Entrada

Dispositivos de Salida

Page 41: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Abrir la Caja• La placa esta

compuesta de 3 partes principales:

• La parte que conecta con los dispositivos de E/S (BUSES)(MB)

• La memoria• El Procesador

Page 42: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Anatomía de un Ratón

Foto Logitech

Page 43: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Se me ocurrió la idea del ratón mientras estaba en una conferencia. El conferencista era tan aburrido que empecé a pensar y se me ocurrió

• Doug Engelbart

Page 44: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Fue inventado en 1967 (El Alto)• Se introdujo comercialmente en 1973

(Macintosh)• En 1980 todas las Pc tenían uno• Existen diversos tipos de puertos para su

conexión.

Page 45: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Acciona contadores mecánicos o RUEDAS DENTADAS

Diodo luminoso

Fotosensor

El contador esta en alguna parte del sistema para registrar cuanto se ha movido el ratónY en que dirección

Page 46: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

Eje x

Eje Y

Eje Z

Page 47: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

El Ratón

• Agilent Technologies y desarrollado en 1999.• El ratón óptico utiliza realmente una cámara fotográfica minúscula para tomar a 1.500 cuadros cada segundo. • Capaz de trabajar en casi cualquier superficie, • Compara las imágenes para saber donde esta ubicado el cursos

Page 48: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

El monitor

Page 49: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

Page 50: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

A través del cristal de observación

• A través de pantallas de computadoras he hecho aterrizar un avión en la cubierta oscilante de un portaviones, he visto a una partícula nuclear impactar un átomo, he volado en un cohete casi a la velocidad de la luz y he mirado un ordenador revelado todas sus tareas más internas.

• Iván Sutherland “padre” de los gráficos de ordenador , cita de “Computers Software for Graphics”

Page 51: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Pantalla CRT: Un cañón de electrones dispara un haz a través del vacío sobre un pantalla recubierta de fósforo. Las bobinas de flexión en el cuello del CRT desvían el haz. Los sistemas de exploración por barrido, usados en tv

y en casi todas las computadoras pintan la pantalla línea a línea, como una serie de puntos o pixels. La pantalla se refrescade 30 a 70 veces por segundo

Page 52: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Basadas en la tecnología de la TV.• La imagen se compone de una matriz de elementos que

se llaman PIXELS.• La matriz varía de tamaño dependiendo de la medida de

la pantalla 512x340, hasta 1560x1280 pixels• La pantalla más simple tiene un bit por pixel (blanco o

negro)• Para pantallas que soportan 256 tonalidades diferentes

a veces llamadas pantallas escala de grises se requiere 8 bits por pixel

• Una pantalla de color puede usar 8 bits para cada uno de los 3 colores primarios (rojo, verde, azul), 24 bits por pixel en total permitiendo millones de colores por diferentes en pantalla.

Page 53: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

• Computadores portátiles usan cristales LCD• La diferencia principal es que el pixel LCD no es la

fuente de luz. Un LCD consiste en moléculas en forma de barra suspendidas en un líquido.

• Estas moléculas forman una hélice en forma de hélice giratorio que desvía la luz que entra en la pantalla, habitualmente de una fuente de luz situada detrás de la pantalla.

• La matriz activa LCD tiene un minúsculo interruptor en cada pixel para controlar con precisión la corriente y así formar imágenes nítidas.

Page 54: Arquitectura de Computadores: Generaciones de Computadores

00

11

11

01

Yo

Y1

Xo X1

Buffer de pantalla Pantalla CRT

Yo

Y1

x1 x2El pixel Xo Yo contiene el patrón de bits 0011, que representa un tono de gris más luminosos en pantalla que el patrón 1101 del pixel (X1 Y1)