Arquitectura Von Neuman y Harvard

Unidades de salida

Los dispositivos de salida son aquellos que reciben información de la computadora, su función es eminentemente receptora y por ende esta imposibilitados para enviar información.

Unidades de Entrada

Dato Relevante

Son aquellas que sirven para introducir datos a la computadora para su proceso. El dispositivo de entrada convierte la información en señales eléctricas que sea almacenan en la memoria central.

Microchip introdujo la arquitectura Harvard con procesador tipo RISC en sus microcontroladores cuando el mercado era dominado por microcontroladores con arquitectura de Von Neumann, desde entonces las ventajas que ofreció esta nueva tecnología permitieron a Microchip sobresalir como uno de los más grandes fabricantes de microcontroladores en el mundo.

Unidad Aritmética -lógica

Contador de programa

De instrucción

En computación, la unidad aritmética lógica también conocida como ALU, es un circulo digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no) entre dos números.

De propósito grall.

Modelo Von Neuman

Memoria principal

Von Neuman

Neuman decía que las computadoras debían tener 5 elementos principales:

• Unidades de entrada
• Unidades de salida
• Memoria principal(RAM)
• Unidad aritmético- lógico(ALU)
• Unidad de control(CU)

Los buses de comunicación

Jonh von Neuman fue un matemático húngaro-estadounidense que realizo contribuciones fundamentales en física cuántica, análisis funcional, teoría de conjuntos, teoría de juegos, ciencias de la computación, economía, análisis numéricos, cibernética, hidrodinámica, estadística y muchos otros campos, Es considerado como uno de los más importantes matemáticos de la historia moderna.

RAM (Memoria de acceso aleatorio), es un tipo de memoria que puede ser accesado aleatoriamente. RAM es el tipo de memoria más común encontrado en computadoras y otro dispositivo, como impresoras.

Arquitectura Von Neuman

Todas las unidades necesitan comunicarse entre sí para hacerlo utilizan los buses.

Un bus es una vía que comunica dos puntos. físicamente puede ser un cable o una vía de un circuito.

ARQUITECTURA HARVARD

¿Qué es una unidad funcional?

En la computadora, como en la vida misma, hay una gran cantidad de componentes con diferentes cometidos.

Las unidades funcionales engloban a los componentes en base a la función de desempeñen.

En esta arquitectura se utilizan dispositivos de almacenamiento (memorias) separados para las instrucciones y los datos, y tiene dos sistemas completos de buses, uno para datos y otro para instrucciones. Esta arquitectura perite llevar simultáneamente datos e instrucciones por lo que permite mayor rapidez.

Actualmente, la tendencia de los microcontroladores es usar este tipo de arquitectura.

Utilizada en la computadora ENIAC

La principal ventaja de la arquitectura Harvard pura — acceso simultáneo a más de una memoria del sistema

Usos modernos de la arquitectura Harvard

PIPE-LINE

A continuación, se hace mención de algunos equipos de cómputo que utilizaron este modelo de arquitectura segmentada:

-CRAY-1 desarrollada por Cray Research

-STREH desarrollada por IBM

-L'ARC desarrollada por UNIVAC

-S/360 desarrollada por IBM

Consiste en la segmentación del procesador, a lo que llamamos "pipe-line", descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez. La arquitectura en pipeline (basada en filtros) consiste en ir transformando un flujo de datos en un proceso comprendido por varias fases secuenciales, siendo la entrada de cada una la salida.

• Los microcontroladores se caracterizan por tener pequeñas cantidades de programa (memoria flash) y memoria de datos (SRAM), sin cache, y aprovechan la arquitectura de Harvard para acelerar el procesamiento de la instrucción simultánea y el acceso a datos. El almacenamiento separado significa que el programa y memorias de datos pueden presentar diferentes anchos de bit, por ejemplo, utilizando instrucciones de 16 bits de ancho y los datos de ancho de 8 bits.

¿Cómo funciona un PIPE-LINE?

Supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo, consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en la otra etapa de ejecución de la instrucción.

En un proceso sin segmentación del cauce, las dos etapas se realizarían de manera secuencial para cada una de las instrucciones, como lo muestra la siguiente secuencia:

| B1 | E1 | B2 | E2 | B3 | E3 |

Estas arquitecturas surgen por la necesidad de aumentar la velocidad de procesamiento. En ellas, lo que se buscaba era mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. Esto se logra, debido a que el procesador se divide en varias unidades funcionales e independientes las cuales se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

Y entonces, ir transformando un flujo de datos en un proceso comprendido por varias fases secuenciales, siendo la entrada de cada una de las salidas de la anterior.

Mientras que, en un procesador con segmentación del cauce, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución.

Estas pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes

| B1 | B2 | B3 | B3 |

| E1 | E2 | E3 |

Así como la anterior, las pipe-lines, tienen diversas aplicaciones en informática, tales como:

Pipe-lines gráficos: por lo general encontrados en tarjetas gráficas, consiste en múltiples unidades aritméticas o CPUs completas, que implementan variados escenarios de operaciones típicas de renderizado. Ejemplo: cálculos de luz y colores, renderizado, proyección de perspectiva, etc...

Pipe-lines de software o tuberías: consiste en múltiples procesos ordenados de tal forma que el flujo de salida de un proceso alimenta la entrada del siguiente proceso. Ejemplo: los pipelines de Unix.

Es importante tener en cuenta que la arquitectura pipe-line se aplica en DOS LUGARES de la maquina en la CPU y en la ALU.

Con la implementación de este modelo se logró realizar más procesos al mismo tiempo, sin embargo, esto no fue sinónimo de rapidez.

Esto debido a que no todos los procesos se toman el mismo tiempo para ejecutarse, lo que ocasiona una gran competencia respecto al uso de los recursos del CPU

Sin embargo, esta arquitectura es muy común en el desarrollo de programas para el intérprete de comandos, ya que se pueden concatenar comandos fácilmente con tuberías (pipe)

Unidad de control

Memoria Ram

Se encarga de almacenar datos e instrucciones de manera temporal. Es volátil, es decir, pierde sus datos una vez apagado el equipo.

La unidad de control (CU), es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se dividen una unidad central de procesamiento (CPU). Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas y ejecutarlas.

Memoria secundaria

Memoria principal

En ella se almacena los programas y datos para que puedan ser procesados existen 2 tipos:

Memoria ROM

Permite solo la lectura de la información contenida en ellas, pero su escritura, aquí se almacenan las instrucciones del programa.

Se utiliza para guardar de forma permanente lo que está en memoria RAM.

Memoria

Son dispositivos que retiene datos informáticos durante algún intervalo de tiempo. La memoria de computadora proporciona una de las principales funciones de la computación moderna la retención o almacenamiento de información.

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