EVOLUCION DE LOS COMPUTADORES

En los sólo 50 años de vida de los computadores, los avances en su

Arquitectura y en la tecnología usada para implementarlos han

permitido conseguir una evolución en su rendimiento sin precedentes

en ningún otro campo de la ingeniería. Dentro de este progreso la

tecnología ha mantenido un ritmo de crecimiento constante, mientras

que la contribución de la arquitectura ha sido más variable.

En los primeros años de los computadores (desde el 45 hasta el 70) la

mejora provenía tanto de los avances tecnológicos como de

innovaciones en el diseño. En una segunda etapa (aproximadamente

de los 70 a mediados de los 80) el desarrollo de los computadores se

debió principalmente al progreso en la tecnología de

semiconductores, que obtuvo mejoras impresionantes en densidad,

velocidad y disipación de potencia. Gracias a estos avances el

número de transistores y la frecuencia de reloj se incrementaron en

un orden de magnitud en la década de los 70 y en otro en la de los

80.

Posteriormente tanto la tecnología como la arquitectura tuvieron una

influencia Fundamental en dicha evolución, cuyo ritmo se ha

acelerado actualmente. En la década de los 90 el número de

transistores y la frecuencia de reloj se han multiplicado por 20.

Muchos anuncian que este proceso comenzará a hacerse más lento a

medida que nos aproximemos a los límites físicos de la tecnología de

semiconductores. Según Faggin, a partir de entonces las

innovaciones en la arquitectura de los procesadores serán el motor

fundamental de su progreso.

Para estudiar este proceso con mayor detalle usaremos una

clasificación de los computadores en generaciones. Estas se dividen

habitualmente basándose en la tecnología empleada, aunque los

límites entre una y otra son más bien difusos. Cada nueva generación

se caracteriza por una mayor velocidad, mayor capacidad de

memoria, menor consumo y menor tamaño que la generación

anterior.

Pero en 1946 cuando se considera que comienza la historia de

los computadores:

ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator).

EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer).

IAS (Institute for Advanced Study).

ENIAC (Electrical Numerical Integrator and Calculator 1946) fue la

primera gran computadora de propósito general, a ella le debemos

mucho más de lo que podemos imaginar, no por su velocidad de

cálculo, sino por su capacidad de cálculo. Hasta entonces todas las

maquinas construidas por el ser humano tenían un propósito

especifico, estaban designadas para realizar una labor especifica,

podían realizar operaciones aritméticas, cálculos astronómicos, pero

nunca se había fabricado una maquina con tal potencia, y aun no se

ha construido una sola computadora que supere lo que fabricaron en

1946, John P. Eckert, John W. Mauchly y John Von Neumann.

ENIAC fue el primer computador que se realizo con arquitectura de

Von Newman, arquitectura que continua usándose hoy en día, ningún

ordenador actual puede solucionar mas problemas que el ENIAC, y el

número de problemas que el ENIAC no puede solucionar es

exactamente igual al de cualquier ordenador actual. Desde 1946 el

ser humano ha conseguido solucionar estos problemas de una

manera más rápida, incrementando la velocidad de cálculo de las

computadoras, pero nunca ha conseguido incrementar su capacidad

de cálculo. En los tiempos que corren, se anuncian nuevas

innovaciones, nanotecnología que multiplicara por 1000 la velocidad

de los procesadores actuales basados en silicio, esto hará que ciertos

problemas especialmente complicados tengan una solución viable en

tiempos relativamente cortos, pero me entristece decir aun no se

conoce un ordenador capaz de solucionar algo que el ENIAC no

pudiera.

Características:

Era una maquina decimal

Tenía 20 acumuladores que hacían a la vez de “Memoria”

No podía almacenar gran parte de información

EDVAC (Electronic Discret Variable and Computer)

Su diseño se denomina hoy “modelo Von Neumann”, y se sigue

manteniendo en la mayoría de computadores actuales, con unidad

aritmético-lógica, unidad de control, unidades de entrada/salida, y

memoria.

Por sus siglas en inglés, fue una de las primeras computadoras

electrónicas. A diferencia de la ENIAC, no era decimal, sino binaria y

tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado. Este diseño

se convirtió en el estándar de arquitectura para la mayoría de las

computadoras modernas.

La computadora fue diseñada para ser binaria con adición,

sustracción y multiplicación automática y división programada.

También poseería un verificador automático con capacidad para mil

palabras (luego se estableció en 1,024). Físicamente la computadora

fue construida de los siguientes componentes: Un lector-grabador de

cinta magnética, una unidad de control con osciloscopio, una unidad

para recibir instrucciones del control y la memoria y para dirigirlas a

otras unidades, una unidad computacional para realizar operaciones

aritméticas en un par de números a la vez y mandarlos a la memoria

después de corroborarlo con otra unidad idéntica, un cronómetro, y

una unidad de memoria dual.

EL EDVAC estaba organizado en seis partes principalmente:

1. Unidad de lectura-grabadora, que era la encargada de la

lectura, grabación y borrado de las cintas magnéticas.

2. Unidad de control, que contenía los botones de operación, las

lámparas indicadoras, los interruptores de control y un

osciloscopio para el mantenimiento de la computadora.

3. Unidad de "reparto", que se encargaba de decodificar las

instrucciones, emitía señales de control hacia el resto de

unidades y almacenaba la instrucción que se debía ejecutar en

cada momento.

4. Memoria de alta velocidad, que consistía en dos unidades

iguales, cada una contenía 64 líneas de 8 palabras cada una.

5. Computadora, la unidad que realizaba las operaciones básicas

aritméticas. La unidad aritmética estaba por duplicado, las

operaciones se hacían en ambas unidades y se comparaban los

resultados, interrumpiéndose la ejecución si no eran idénticos.

6. Reloj, que emitía pulsos de reloj a intervalos de 1 µsegundo.

El tiempo medio de ejecución por instrucción era:

1. Suma en 864 µsegundos.

2. Resta en 864 µsegundos.

3. Comparación en 696 µsegundos.

4. Multiplicación y redondeo 2880 µsegundos.

5. División y redondeo 2928 µsegundos.

6. Multiplicación exacta en 2928 µsegundos.

7. División exacta en 2928 µsegundos.

8. Suma en coma flotante 960 µsegundos.

9. Resta en coma flotante 960 µsegundos.

Características:

1. Primer computador propuesto por Von Neumman

2. Introducía el método de memoria

3. Se introduce la conformación de 4 módulos para organizar el

compilador

Memoria

Principal

Unidad aritmética lógica

Dispositi vos

E/S

Circuitos deControl

Funciones (segun Von Neuman) :

1. Los 4 componentes están en capacidad de realizar las

operaciones básicas (+,-,*,/,%,comparación)

2. Están en capacidad de almacenar utilizando su memoria

principal

3. Trabajaba en sistema binario

4. Los circuitos de control se encargan de definir la señalización

entre los diferentes módulos

IAS (Institute for Advanced Study) la solución de Von Neumman

para la implementación de los módulos propuestos en el EDVAC.

EL IAS constaba de una memoria principal para almacenar datos e

instrucciones, una unidad aritmético-lógica, una unidad de control

que interpreta las instrucciones y provoca su ejecución, y una

unidad de entrada/salida dirigida por la unidad de control.

Características

1. Tenían 100 posiciones de memoria, que conformaba la tabla de

memoria IAS

Posx

0 39

Pos y

0 7 19 20 27 28

29

CODOP: Código de operación

Unidad Aritmética Lógica

MBR: (Memory Boken Register) registro temporal de memoria y se

encarga de almacenar una palabra proveniente de la memoria.

BIT de signo operando

codop -12 bits codop 12 bits

MAR

AC

IBR

AC

MBR

CIRCUITOS DE CONTROL

IR

CIRCUITOS DE CONTROL

PC

MEMORIA

E/S

AC: registro utilizado para almacenar los resultados de las

operaciones.

MQ: registro utilizado para almacenar resultados reoperaciones

cuando el AC se llena.

PC: (progam Counter) apunta a la siguiente posición de memoria.

IBR: (Instruction Boken Register) registro temporal de instrucción,

almacena temporalmente la instrucción leída desde la memoria.

IR: (Instruction Register) es el registro que almacena y decodifica la

instrucción proveniente del IBR.

Componentes Básicos de un computador, Ciclo de Captación y

Ejecución

Funcionamiento del computador

Tres postulados

Tanto los datos como las instrucciones se almacenan en una

misma unidad de memoria (memoria Principal).

para encontrar una información en la memoria se hace uso del

direccionamiento sin importar el contenido.

el computador funciona ejecutando instrucción tras instrucción

hasta que algo lo saque de las instrucciones (Interrupción).

Proceso de captación

INICIO

CAPTA LA SIGUIENTE INSTRUCCION

EJECUTA LA INSTRUCCIN

Proceso de ejecución

COMUNICACION ENTRE LOS ELEMENTOS DE LA CPU

1. CPU _ E/S: Cuando la CPU lee o coloca datos en los dispositivos

de entrada salida.

2. CPU _ MEMORIA: Cuando la CPU lee o coloca instrucciones en la

unidad de memoria principal

3. PROCESAMIENTO DE DATOS: Cuando la CPU realiza operaciones

con los datos obtenidos en la memoria o en los de E / S.

4. CONTROL: serie de señalizaciones que permiten realizar las

comunicaciones anteriores.

Tres Registros Claves

PC: (Program Counter) es el encargado de apuntar a las

siguientes posiciones de memoria.

AC: (Acumulador) almacena el resultado de las operaciones.

IR: (Instruction Register) decodifica la instrucción que viene de

IBR.

Ejemplo

100 h

200 h

300 h

2600

3500

4200

.

.

0007

0008

500 h

600 h

Tabla de memoria con un procesador supuestote i6 bits con los

siguientes registros internos.

0010: Cargar el acumulador

0011: Sumar una posición de memoria con el valor del acumulador

0100: Resetear el acumulador

Primer paso:

Captación ejecución

PC PC

AC

IR IR

Segundo paso:

0008

Tercer paso:

Paso n

100

2600

100

2600

0008

200

3500

0008

200

3500

000F

300

4200

000F

300

4200

0000

500

0007

0000

500

0007

0000

Ejercicio:

Repertorio de Instrucciones

0001

:

Cargar el acumulador con una posición de memoria

1010

:

cargar el acumulador con la resta de la posición 580 menos la

posición 500

0011

:

Sumar el valor del acumulador con una posición de memoria

0100

:

Dividir el valor del acumulador con una posición de memoria

0101

:

Llamar una interrupción habilitada

0110

:

Restar el acumulador con una posición de memoria

1000

:

Almacenar el valor del acumulador en una posición de

memoria

1001

:

Multiplicar al acumulador con una posición de memoria

1111

:

Restar el acumulador

1 0 0 2 0 0 F

1 1 0 1 5 0 0

1 2 0 4 5 1 0

1 3 0 8 9 0 0

1 4 0 3 5 2 0

1 5 0 9 5 3 0

1 6 0 8 9 1 0

1 7 0 6 5 4 0

1 8 0 8 9 2 0

1 9 0 F 0 0 0

2 0 0 1 5 6 0

2 1 0 D 6 0 0

5 0 0 0 B B 8

5 1 0 0 1 2 C

5 2 0 0 F A 0

5 3 0 0 0 0 A

5 4 0 4 E 2 0

5 5 0 0 3 F F

5 6 0 F F 9 B

5 7 0 0 0 6 4

5 8 0 0 A 5 F

5 9 0 3 5 7 0

6 0 0 8 7 0 0

7 0 0 0 0 6 4

9 0 0 0 0 0 A

9 1 0 9 C A 4

9 2 0 4 E 8 4

Captación Ejecución

PC PC

AC AC

IR IR

Captación ejecución

PC PC

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

100

200F

100

200F

110

1500

110

1500

120

4510

0BB8

120

4510

000A

130

2600

000A

130

2600

000A

140 140

3520

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

3520

000A 0FAA

150

9530

0FAA

150

9530

9CA4

160

8910

9CA4

160

8910

9CA4

170

6540

9CA4

170

6540

4E84

180

8920

4E84

180

8920

4E84

190

F000

4E84

190

F000

0000

200

1560

0000

200

1560

FF9B

210 210

D600

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

Captación ejecución

D600

FF9B FF9B

590

3570

0000

590

3570

0000

600

8700

0064

600

8700

0064

700

2600

0064

700

2600

0008

800

2600

800

2600

0008

900

2600

900

2600

0008