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Arquitectura de Computadores Dr. Yván Jesús Túpac Valdivia [email protected] http://www.ucsp.edu.pe/~ytupac Programa Profesional de Ciencia de la Computación Enero 2014 Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de Computadores TÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 1/16

Arquitectura de Computadores - Universidad Católica San ...ytupac/speaks/2014/I_EscVeranoCC_CompArch_2014.pdf · Arquitectura de Computadores Introducción Arquitectura de Computadores

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Arquitectura de Computadores

Dr. Yván Jesús Túpac Valdivia

[email protected]

http://www.ucsp.edu.pe/~ytupac

Programa Profesional de Ciencia de la Computación

Enero 2014

Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de ComputadoresTÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 1/16

Arquitectura de Computadores Introducción

Arquitectura de ComputadoresDefinición

Arquitectura de Computadores es el arte y ciencia de seleccionar einterconectar componentes de hardware para crear computadoras quesatisfagan objetivos funcionales, de rendimiento y de costo.a

aArquitectura de computadores no se refiere a usar computadora para el diseño deedificaciones (CAD).

Architect Interface

Interface

Goals

Means

Arts Engineering

Client’s taste:

mood, style, . . .

Client’s requirements:

function, cost, . . .

The world of arts:

aesthetics, trends, . . .

Construction technology:

material, codes, . . .

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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación

Sistemas de ComputaciónSistemas Personales/trabajo

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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación

Sistemas de ComputaciónSistemas Móviles

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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación

Sistemas de ComputaciónSistemas incorporados (Empotrados, embebidos)

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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación

Sistemas de ComputaciónPartes de un sistema de computación

Memory

Link Input/Output

To/from network

Processor

Control

Datapath

Input

Output

CPU I/O

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Arquitectura de Computadores Sistemas de Computación

Sistemas de ComputaciónLey de Moore

1Mb

1990 1980 2000 2010

kIPS

MIPS

GIPS

TIPS P

roce

sso

r p

erf

orm

ance

Calendar year

80286

68000

80386

80486

68040

Pentium

Pentium II

R10000

×1.6 / yr

×10 / 5 yrs

×2 / 18 mos

64Mb

4Mb

64kb

256kb

256Mb

1Gb

16Mb

×4 / 3 yrs

Processor

Memory

kb

Mb

Gb

Tb

Me

mo

ry c

hip

ca

pa

cit

y

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Instrucciones y ejecución

MicroprocesadorMicroprocesadores conocidos en el mercado

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Instrucciones y ejecución

MicroprocesadorDiagrama de un microprocesador típico

Microprocesador

Reloj (GHz)

Unidad deControl

Dec

od

ifica

cio

n(P

aso

2)

UnidadA/L

Eje

cuci

on

(Pas

o3

)

Memoria CacheL1 (1ns)

Memoria CacheL3 (12ns)

Fet

ch(P

aso

1)

Sto

re(P

aso

4)

Unidad Central de Proceso (CPU)

Registros del microprocesador

Memoria CacheL2 (6ns)

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónInstrucción de alto nivel y equivalente en MIPS

Instruccion en ensamblador

Instruccion en

Lınea de codigo de alto nivel

000000 10010 10001 11000 00000 100000

add $t8, $s2, $s1

a = b + c

Instruccionde ALU

Registro$18

Registro$17

Registro$24 usado

Codigo deadicion

ALU

Extraccion deinstruccion

Lectura deregistros

OperacionLect/Almac

de datosEscritura en

registro

RegistrosCache deinstrucciones

Cache de datos(inactivo)

PC $17

$18

$24

lenguaje maquina No

Registros

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónInstrucciones aritméticas

Ejemplo: sea la sentencia g = (b + c) - (e + f), que en MIPS podríaescribirse como:

add $t8 ,$s2 ,$s3 # poner la suma b + c en $t8add $t9 ,$s5 ,$s6 # poner la suma e + f wn $t9sub $s7 ,$t8 ,$t9 # hacer g = ($t8 )-( $t9)

Una instrucción máquina usualmente contiene- Un código de operación- Uno o más operandos- Un posible destino

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Secuencial

Reservado

Programa

Pila

1 00 080 00

1 00 0f f f f

1 00 000 00

0 00 000 00

0 04 000 00

7 f f f f f f c

Datosestaticos

Datosdinamicos

ALU

Extraccion deinstruccion

Lectura deregistros Operacion

Lect/Almacde datos

Escritura enregistro

RegistrosCache deinstrucciones

Cache de datos

PC $17

$18

$24

Registros

Memoria RAM (40 ns) Microprocesador (0.3 ns)

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Pipeline

Reservado

Programa

Pila

1 00 080 00

1 00 0f f f f

1 00 000 00

0 00 000 00

0 04 000 00

7 f f f f f f c

Datosestaticos

Datosdinamicos

Memoria RAM (40 ns) Microprocesador en pipelining (0.3 ns)

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

......

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónEjecución de Instrucciones – Multicore

Reservado

Programa

Pila

1 00 080 00

1 00 0f f f f

1 00 000 00

0 00 000 00

0 04 000 00

7 f f f f f f c

Datosestaticos

Datosdinamicos

Memoria RAM (40 ns) Microprocesador en multicore (0.3 ns)

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

... ...

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

... ...Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

... ...

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Regfile

RegfileALU

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Instrcache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

Datacache

... ...

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Instrucciones y ejecución

Instrucciones y ejecuciónCambio de contexto e Interrupciones

Interrupción Avisos de I/O

Noción de interrupciones e interrupciones anidadasJugar Grand Theft Auto V 18:55

Estomago avisa porhambre e interrumpe

Llegada dee-mail

19:40

Cenar

Leer y enviar e-mail

Conversar por telefono

20:42 21:46:

20:53 21:20

20:01

Llamadas deofertas

Llamada delmejor amigo

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Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)

“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

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Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)

“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de ComputadoresTÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 16/16

Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)

“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de ComputadoresTÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 16/16

Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)

“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de ComputadoresTÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 16/16

Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)

“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

Taller de Ciencia de la Computación Arquitectura de ComputadoresTÚPAC, Y. (CS/UCSP) Enero 2014, Pág 16/16

Instrucciones y ejecución

Sistemas de ComputaciónPrevisiones falladas en Tecnología de Computación

“DOS addresses only 1 MB of RAM because we cannot imagine anyapplications needing more.” (Microsoft, 1980)“640K ought to be enough for anybody” (Bill Gates, 1981)“Computers in the future may weigh no more than 1.5 tons.”(Popular Mechanics)“I think there is a world market for maybe five computers.” (ThomasWatson, IBM Chair, 1943)“There is no reason anyone would want a computer in their home.”(Ken Olsen, fundador de DEC, 1977)“The 32-bit machine would be an overkill for a personal computer.”(Sol Libes, ByteLines, 1980)

http://library.thinkquest.org/22522/quotes.html

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