1.1 Modelos de Arquitecturas de Cómputo
Arquitecturas Clásicas
Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas, una de ellas es la Arquitectura (Von Newman).
La principal desventaja de esta arquitectura, es que 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.
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamiento
Cuando se desea incrementar el desempeño más allá de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.
Las CPU de multiprocesamiento:
SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes
SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales
MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado
MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters
1.2 Análisis de los componentes
El CPU
La unidad central de procesamiento, UCP o CPU, o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (la programabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.
MEMORIA
En informática, la memoria (también llamada almacenamiento) se refiere a parte de los componentes que forman parte de una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una unidad central de procesamiento (CPU), implementa lo fundamental del modelo de computadora de Arquitectura de von Neumann, usado desde los años 1940.
Las memorias suelen ser de rápido acceso, y pueden ser volátiles o no volátiles.
La clasificación principal de memorias son RAM y ROM. Estas memorias son utilizadas para almacenamiento primario.
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDA
En computación, entrada y salida, también abreviado como E/S, es la colección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales (subsistemas) de un sistema de procesamiento de información para comunicarse unas con otras, o las señales (información) enviadas a través de esas interfaces. Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidas son las señales enviadas por ésta.
En arquitectura de computadoras, a la combinación de una unidad central de procesamiento (CPU) y memoria principal (aquélla que la CPU puede escribir o leer directamente mediante instrucciones individuales) se la considera el corazón de la computadora y cualquier movimiento de información desde o hacia ese conjunto se lo considera entrada/salida. La CPU y su circuitería complementaria proveen métodos de entrada/salida que se usan en programación de bajo nivel para la implementación de controladores de dispositivos.
Los Buses
Para que las unidades más importantes de una computadora puedan "comunicarse" entre sí, existe un elemento que las interconecta, llamado bus del sistema. Físicamente, el bus del sistema es un conjunto de cables.
Este bus se encuentra separado en tres canales que manejan respectivamente direcciones, datos y señales de control, los cuales permiten el procesador comunicarse con los demás dispositivos del microcomputador, tales como las memorias y los dispositivos de E/S.
El Bus de Datos:
Este bus es bidireccional y es el canal por el cual se conducen los datos entre la CPU y los demás dispositivos (memorias, puertos y otros).
El Bus de Direcciones:
El bus de direcciones es un canal unidireccional por el cual la CPU envía las direcciones de memoria para ubicar información en los dispositivos de memoria, puertos u otros dispositivos del microcomputador.
El Bus de Control:
El bus de control, al igual que el bus de direcciones es unidireccional y se utiliza para efectuar la lectura y escritura en las memorias y puertos de E/S. Este bus en general lo emplea la CPU para controlar el flujo de los datos y las direcciones de forma organizada.
INTERRUPCIONES
También es conocida como interrupción de hardware o petición de software, la interrupción es una señal recibida por el procesador de un ordenador indicando que debe interrumpir el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar el código específico a tratar esta situación.
Clases de interrupción:
Hardware: son provocadas por dispositivos externos al procesador, su característica principal no son programadas es decir puede ocurrir en cualquier momento del programa.
Tipos de interrupciones de hardware:
Enmascarables: el procesador puede entenderlas o ignorarlas bajo el control de software se activan o se desactivan y normalmente se usan para atención de periféricos en general.
No enmascarables: no pueden ser deshabilitada por software. Este tipo de interrupciones ocurren cuando se recibe una señal en la patilla NMI del procesador. Se reservan para casos en que es crítica la respuesta, por ejemplo que se detecte un error de paridad en la memoria. Además son de prioridad más alta que las enmascarables.
Software: son programadas por el usuario, es decir, el usuario decide cuando y donde deben de ser ejecutados, generalmente son usadas para entradas y salidas.
Interrupciones por software:
Las interrupciones de software son eventos síncronos que son provocadas por el programa en ejecución usando una función especial del lenguaje, esto puede ocurrir al llamar a la instrucción INT, al realizar una división por 0 o realizar una petición de una interrupción externa.
Tiene como objetivo que el procesador ejecute una función, al terminar de ejecutar esta función, se seguirá ejecutando el programa que provocó la interrupción.
Este tipo de interrupciones son de prioridad más alta que las de hardware de forma que se recibe una interrupción de hardware mientras que se ejecute un software esta última tienen prioridad.