Operaciones (Transferencia de Datos) Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej: Teclado a Monitor
Operaciones (Almacenamiento) Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej: Grabar un documento
Operaciones (procecamiento desde/hasta almacenamiento) Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej: Modificar el saldo de una cuenta
Operaciones (procesamiento desde almacenamiento a E/S) Transferencia de datos Control Almacenamiento de datos Procesamiento de datos Ej: Imprimir un resumen de cuenta
Computador Memoria Principal Entrada Salida Sistema de interconexión periféricos Líneas de comunicación Unidad Central de Proceso CPU Computador Estructura (computadora)
Computer Unidad Aritmética y Lógica Unidad de Control Interconexión Interna de la CPU Registros CPU I/O Memory System Bus CPU Estructura (CPU)
CPU Memoria de control Unidad de control de registros y decodificadores Lógica Secuencial Registers Internal Bus Unidad de Control ALU Control Unit Estructura (UC)
Un ejemplo Un aviso de segunda mano… MHz?? MB?? PCI?? USB?? L1 Cache?? Que significa todo esto?
Algunas abreviaturas Medidas de capacidad y velocidad: Kilo- (K) = mil = 103 y 210 Mega- (M) = 1 millón = 106 y 220 Giga- (G) = 100 millones = 109 y 230 Tera- (T) = 1 billón = 1012 y 240 Peta- (P) = 1000 millones = 1015 y 250 Que una medida corresponda a potencias de 10 ó 2 depende de la magnitud a medir.
Algunas abreviaturas Hertz = ciclos de reloj por segundo (frecuencia) 1 MHz = 1,000,000 Hz 1GHz = 1,000 MHz La velocidad del procesador se mide en MHz o GHz. Byte = unidad de almacenamiento 1 KB = 210 = 1024 Bytes 1 MB = 220 = 1,048,576 Bytes La memoria principal (RAM) se mide en MB El almacenamiento en disco se mide en GB para sistemas chicos, en TB para sistemas mas grandes. Word (palabra) = unidad de transferencia: cantidad de bits que pueden moverse simultáneamente dentro de la CPU 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits
Algunas abreviaturas Medidas de tiempo y espacio: Mili- (m) = milésima = 10 -3 Micro- (?) = millonésima = 10 -6 Nano- (n) = mil millonésima= 10 -9 Pico- (p) = billonésima = 10 -12 Femto- (f) = mil billonésima = 10 -15
Un ejemplo Milisegundo = milésima de segundo El tiempo de acceso de los HD suele ser de 10 a 20 milisegundos. Nanosegundo = mil millonésima de segundo El tiempo de acceso a RAM suele ser de 50 a 70 nanosegundos. Micron (micrómetro) = millonésima de un metro Los circuitos en los chips de una computadora suelen medirse en micrones.
Un ejemplo Notar que el tiempo de un ciclo es inversamente proporcional a la frecuencia del reloj. Un bus operando a 133 MHz tiene un tiempo de ciclo de 7.52 nanosegundos (T = 1/F): Volvamos al aviso… 133,000,000 ciclos/segundo = 7.52 ns/ciclo
El bus del sistema mueve datos dentro de la computadora. Cuando más rapido el bus mejor la performance. Este corre a 133MHz. El microprocesador es el “cerebro” del sistema. Ejecuta las instrucciones de los programas. Este es un Pentium III (Intel) corriendo a 667MHz. Un ejemplo
Las computadoras con mucha memoria principal pueden correr programas más grandes con mayor velocidad que las computadoras que tienen poca memoria. RAM es la sigla para nombrar a memoria de acceso aleatorio. Esto significa que los contenidos pueden ser accedidos directamente si se conoce su locación. El cache es un tipo de memoria temporaria que puede ser accedida más rapidamente que la RAM. Un ejemplo
… y 2 niveles de cache de memoria, el cache de nivel 1 (L1) es más chica y (probablemente) más rapida que la cache L2. Este sistema tiene 64MB de una memoria dinámica RAM sincrónica (SDRAM) . . . Un ejemplo
Este es de 30GB. 7200 RPM es la velocidad de rotacion del disco. En gral, cuanto más rapido gira el disco más datos puede enviar a la RAM. La capacidad de HD determina la cantidad y el tamaño de los datos que podemos almacenar. Un ejemplo
Un CD-ROM puede almacenar entre 640 y 700MB de datos. 48x describe su velocidad. EIDE (enhanced integrated drive electronics): describe cómo el HD debe comunicarse con otros componentes. Un ejemplo
Este sistema tiene 4 puertos. Los puertos permiten el movimiento de datos entre el sistema y los dispositivos externos. Un ejemplo
Los puertos serial envían datos como una serie de pulsos sobre 1 o 2 líneas de datos, también denominados puertos RS-232. Los puertos paralelos envían datos como un solo pulso sobre varias líneas de datos. USB, universal serial bus, es una interface serie inteligente que se “auto-configura” (plug and play) Un ejemplo
Los buses del sistema puede ser ampliados con buses dedicados a la E/S. El PCI, peripheral component interface, es un ejemplo. Este sistema tiene dos dispositivos PCI: una tarjeta de sonido y un modem. Un ejemplo
El numero de veces por segundo que la imagen del monitor se refresca se llama “tasa de refresco”. El dot pitch se relaciona con cuan clara es la imagen. Este monitor tiene un dot pitch de 0.28 mm y una tasa de refresco de 85Hz. La tarjeta de video contiene memoria y programas para manejar el monitor. Un ejemplo
Organización del Computador 1 SubHistoria
Primeras “computadoras” Ábacos
Calculadoras mecánicas
Sistemas basados en relés
Maquinas diferenciales de Babbage 1822: Primera “computadora“ (mecánica) Usaba el método de las diferencias finitas para el cálculo de polinomios de 2do grado. Requería aprox. 25.000 partes. Fracaso en el intento
1847: Otra versión más “pequeña“ No llego a construirse Fue reproducida por el Museo de Ciencia en 1985
Maquina analítica (1834) Primera Computadora Digital (mecánica) Calculaba cualquier función algebraica y almacenaba números. Se programaba con tarjetas.
Charles Babbage y Ada Lovelace. Fracaso en el intento…
Harvard Mark I (1939-1944) IBM y la universidad de Harvard Electromecanico, 760.000 ruedas! 800km de cables! Basado en la maquina analitica de Babagge Decimal 0.3 a 10 segundos por cálculo Programable mediante una cinta de papel Se uso hasta 1959 Grace Hooper: popularizo el nombre “Bug” Escribió en su cuaderno de trabajo :"Relé #70 Panel F insecto en Relé".
Primera Generación 1940-1955 Utilizan tubos al vacío Enormes (20,000 tubos) y lentas (un ciclo ? 1 seg.) Un solo grupo diseñaba, construía, programaba, operaba y mantenía cada máquina. Toda la programación se hacía en lenguaje máquina (conectando cables en un tablero por ejemplo). No existían los sistemas operativos. En 1950 se introducen las tarjetas perforadas.
Atanasoff Berry Computer (1939 – 1942) Primera computadora digital (binaria) No era de propósito general Resolvía sistemas de ecuaciones lineales. John Atanasoff y Clifford Berry de la Iowa State University.
Colossus (1943) Desarrollo Británico Diseñada para descrifar los mensajes encriptados por los alemanes Participo Turing No se conoció hasta los 80 (Top Secret) Maquina Alemana “Enigma”150,000,000,000,000,000,000 combinacionesPero los Aliados pudieron descifrar los mensajes
ENIAC (1946) Electronic Numerical Integrator and Computer John Mauchly and J. Presper Eckert (Pennsylvania) Primera computadora de propósito general Se programaba “cableando”
Construida entre 1943-1946 para calcular trayectoria de las armas Pero se terminó tarde…
Von Newman participó de las últimas etapas del proyecto
Se usó hasta 1955
ENIAC – Detalles Decimal (no binaria) 20 acumuladores de 10 dígitos Programada manualmente usando switches 18,000 válvulas 30 toneladas ! 2.40 m ancho x 30 m largo ! 140 kW de consumo 5,000 adiciones por segundo 500 Flops
El modelo de von Neumann Antes: programar era conectar cables… Hacer programas era mas una cuestión de ingeniería electrónica Cada vez que había que calcular algo distinto había que reconectar todo. Mauchly and Eckert (ENIAC) documentaron la idea de almacenar programas como base de la EDVAC Pero no lo publicaron…
John Von Neumann 1903 (Hungría) – 1957 Dr. en matemática y química Publicó y publicitó la idea de programa almacenado en memoria No esta claro que se le haya ocurrido a él…
von Neumann/Turing Los datos y programas se almacenan en una misma memoria de lectura–escritura Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición sin importar su tipo Ejecución en secuencia (salvo que se indique lo contrario)
Manchester Mark I (1948) Tambien llamada Baby Usada para demostrar el concepto de programa almacenado
En 1948 se contrató a Turing para el desarrolo de un lenguaje de programación para la máquina
Primer programa de la HM1 000 CI = S 001 A = A – S 010 A = – S 011 If A < 0, CI = CI + 1 100 CI = CI + S 101 A = A – S 110 S = A 111 HALT
Obtenía el máximo factor propio de A
UNIVAC (1949) Primera computadora comercial Eckert-Mauchly Computer Corporation (Universal Automatic Computer) Incorpora el uso de cintas magnéticas Cálculos para el censo de USA Fin de los 50’ – UNIVAC II +rápida +memoria
Tarjetas perforadas
JOHNNIAC (1954) Clone de la IAS Máquina que funcionaba con tarjetas.
IBM 650 (1955) Primera computadora producida en masa Fuera de circulación en 1969
IBM 704 (1955) Primera máquina comercial con hardware de punto flotante 5 KFLOPS.
Segunda generación 1955-1966 Se introducen los transistores. Más baratos Mas Chicos Menos disipación de calor Silicio (arena) Distinción entre diseñadores, constructores, programadores, operadores y personal de mantenimiento. Mainframes en salas acondicionadas. Se escribían los programas en papel, luego se perforaban las tarjetas Los operadores toman las tarjetas del programa y colocan también los del compilador. Se crea el proceso por lotes que agrupa trabajos. Nace la microprogramación
Transistor (1947)
FORTRAN (1957) Primer compilador FORTRAN para IBM 704 (Formula Translator)
IBM 1401(1959) 4KB de memoria expandible a 16KB. Buena para leer tarjetas, copiar cintas e imprimir resultados, Mala para cáclulos numéricos. Se utilizaba con fines comerciales (bancos, etc.)
IBM 7094 (1962) Buena para hacer cómputos Se utilizaba con fines científicos.
IBM 7094 (1962) IBM 1401 – IBM 7094: los programadores llevan tarjetas La 1401 lee un lote de tarjetas y los graba en la cinta Un operador lleva la cinta a la 7094 La 7094 realiza los cómputos Un operador lleva la cinta a una 1401 La 1401 imprime las salidas
Trabajo en FORTRAN Fortran Monitor System Comienzo de los Sistemas Operativos
DEC PDP-1 (1961) 4K de palabras de 18 bits. US$ 120,000 < 5% del precio de la IBM 7094
Primer video–juego. Estudiantes de MIT (1962) Implementado en una PDP-1
Invención del Mouse (1964)
Tercera Generación 1965-1980 Se introducen los circuitos integrados Bajan los costos Sube el desempeño Se introduce la multiprogramación tiempo compartido entre usuarios Se introducen los discos duros
Circuitos integrados Primer circuito integrado Jack Kilby (1958) 1 transistor, un capacitor, y 3 resistencias 10×15 mm Pentium 4 55 millones de transistores Un pelo = 75 micrones Transistor actual = 0.3 micrones!
IBM 360 (1964) Multiprogramación Terminales bobas Software compatible con IBM 7094, 1401 entre otros. Aparece el byte de 8bits
DEC PDP-8 (1964) Primer minicomputador No necesita una habitación con aire acondicionado Lo bastante pequeño para colocarlo en una mesa de laboratorio US$ 16,000
Fundación de Intel (1968) Andy Grove, Robert Noyce y Gordon Moore
Lenguaje C (1972) Laboratorio Bell desarrolla el lenguaje C #include main() { for(;;) printf("Hello world…"n);
}
Cray 1 (1976) Seymour Cray Primera supercomputadora Procesamiento vectorial 12 unidades procesando en paralelo Aprox. 120 MFlops
MULTICS (1976) Impulso en el desarrollo de SO “timesharing”
Primer microprocesador en un chip Intel Intel 4004 (1971) CPU de 4 bits 2300 transistores Usado para calculadoras Dispositivos de control
Intel 8080 (1974) 8 bits datos 16 bits direcciones
ALTAIR 8800 (1975) Primera computadora personal Tenía un Intel 8080
Apple I (1976) Steve Jobs & Steve Wosniak
Apple II (1978) Se podía aumentar la RAM Tenía 8 slots de expansión
Microsoft (1978) 1975 – Basic para la Altair 1981 acuerdan con IBM el desarrollo de DOS
Cuarta generación Desde 1980 Usan VLSI (large scale integration). > 100,000 componentes por chip Facilita la creación de microprocesadores Intel 8080 (8 bits) IBM PC (1981) con DOS. Intel 80286, 80386 y 80486. Aparecen las terminales gráficas (GUI) Macintosh Microsoft “adopta” GUI y desarrolla Windows (sobre DOS) Aparecen la filosofía “RISC”
IBM PC (1981) Usa el Intel 8088 Sistema DOS (Microsoft) 1983: XT, con disco rígido
Commodore 64 (1982)
Sony introduce el CD (1984)
Macintosh (1984)
Linux (1991) “Estoy construyendo un sistema operativo gratuito (no es más que un hobby, no será una cosa grande y profesional como GNU) para clones AT (con un 386 o 486).”
Linus Torvalds, Helsinki, Oct. 91
Pentium (1993) Incorpora ideas de maquinas RISC
1994: Pentium Bug 5505001 / 294911 = 18.66600093 (Pentium) 5505001 / 294911 = 18.666651973 (Powerpc) X = 5505001, Y = 294911 Z = (X/Y)*Y – X (deberia dar 0) Pentium con Bug: -256.00000
Resumen Tubos de vacío – 1946-1957 Transistores – 1958-1964 Small scale integration (SSI) – hasta 1965 Hasta 100 dispositivos en un chip Medium scale integration (MSI) – hasta 1971 100-3,000 dispositivos en un chip Large scale integration (LSI) – 1971-1977 3,000 – 100,000 dispositivos en un chip Very large scale integration (VSLI) – 1978 -1991 100,000 – 100,000,000 dispositivos en un chip Ultra large scale integration (ULSI) – 1991 – Mas de 100,000,000 dispositivos en un chip
Desarrollo Moore’s Law (1965) Gordon Moore, fundador de Intel “La densidad de transistores en un circuito integrado se duplicara cada año” Versión contemporaria: “La densidad de chips de silicio se duplica cada 18 meses.” Pero esta ley no puede durar por siempre…
Desarrollo Rock’s Law Arthur Rock, ejecutivo de finanzas de Intel “El costo de equipamiento necesario para construir semiconductores se duplicará cada cuatro años” En 1968, construir una planta para chips costaba alrededor de US$ 12,000 Mas o menos lo que salía una casa linda en la periferia de la ciudad Un muy buen sueldo anual de un ejecutivo
1.5 Historical Development Rock’s Law En 2003, una fábrica de chips costaba aprox. US$ 2,500 millones.
Esto es mas que el producto bruto de algunos paises chicos como Belize y la República de Sierra Leona.
Intel (1) 8080 Primer microprocessor de uso general 8 bit Usado en la primer PC – Altair 8086 Mucho más poderoso 16 bit Cache de instruciones, prefetch de instrucciones 8088 (bus externo de 8 bits) – Primera PC de IBM 80286 Direcciona 16 Mbytes de memoria
Intel (2) 80386 32 bit Soporte para multitarea 80486 Cache y pipeline de instrucciones co-procesador matématico Pentium Superscalar Varias instrucciones ejecutando en paralelo Pentium Pro Predicción de saltos Ejecución especulativa Pentium II MMX, procesamiento de graficos, videos & audio
Intel (3) Pentium III Más instrucciones de punto flotante para gráficos Pentium 4 Mejoras en punto flotante y multimedia Hiperthreading Itanium 64 bit Itanium 2 Mejoras en hardrware para aumentar la velocidad Mirar páginas de Intel!
Algunos Links http://www.computerhistory.org/ http://www.intel.com/ Intel Museum http://www.ibm.com/ibm/history http://www.dec.com Charles Babbage Institute
Recursos Libros: Andrew S. Tanenbaum, Structured Computer Organization, Prentice Hall, 4ta edición (en adelante). William Stallings, Computer Organization and Architecture, Prentice Hall, 5ta edición (en adelante). Linda Null, Julia Lobur, The Essentials of Computer Organization and Architecture, Jones and Bartlett, 2da edición.
Otros recursos: www.dc.uba.ar/people/materias/oc1verano Internet!
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