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ARQUITECTUR A DE COMPUTADOR AS UNIDAD 1 Modelos de Arquitecturas de Cómputo REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN BIT Dígito Binario ¿Cuántos valores puede tener? ¿Dónde se almacena un bit? ¿Qué representa en computación digital? Representación Representación de 2 bits de 4 bits...

ARQUITECTUR A DE COMPUTADOR AS UNIDAD 1 Modelos de Arquitecturas de Cómputo REPRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN BIT Dígito Binario ¿Cuántos valores puede tener? ¿Dónde se almacena un bit? ¿Qué representa en computación digital? Representación Representación de 2 bits de 4 bits  By te ¿Cómo esta constituido? ¿Cuántos valores diferentes? ¿Uso del byte? 1 0 1 0 1 0 1 0  Otros datos: SINT 1 Byte - 8 BIT INT – 2 Bytes - 16 BIT DINT – 4 Bytes - 32 BIT REAL – 4 Bytes - 32 BIT  CONVERSIONES EN BASE DECIMAL: Convertir 1101 en binario a base decimal  CONVERSIONES de decimal a octal: Para convertir un número decimal (base 10) a octal (base 8): Divide el número decimal por 8. Anota el residuo. Usa el cociente como el nuevo número decimal y repite el proceso hasta que el cociente sea 0. El número octal es la secuencia de los residuos leída de abajo hacia arriba Convertir 83 de decimal a octal  CONVERSIONES de octal a decimal: Escribe el número octal y asigna potencias de 8 a cada dígito comenzando por la derecha (potencias de 8: 8^0, 8^1, 8^2, etc.). Multiplica cada dígito octal por la potencia de 8 correspondiente. Suma los resultados. Convertir 123 a decimal  CONVERSIONES de decima Convertir 419 a binario a binario: Convertir 123 a decimal Definición de arquitectura de  definición: Es el diseño y organización de los componentes internos de una computadora. Interactúan para ejecutar tareas y procesar datos. Se centra en la estructura y el funcionamiento de la Unidad Central de Procesamiento (CPU), la memoria, los dispositivos de entrada/salida, y el sistema de buses Componentes clave: Unidad Central de Procesamiento (CPU) Memoria Entrada/Salida (I/O Bus de Datos Objetivo: Optimizar el rendimiento, la eficiencia, y la funcionalidad de la computadora Una arquitectura eficiente permite una mejor ejecución de tareas, mayor velocidad de procesamiento, y soporte Importancia de la arquitectura en el diseño y desempeño de los sistema de  0 Optimizaci 1 ón de IMPORT diseño rendimient DE CPUo EFICIENTE ANCIA GESTIÓN DE LA CACHE 0 FLEXIBILID 2 AD ADAPTACIÓN A NUEVAS TECNOLOGIAS ESCALABILIDAD 0 Eficiencia 3 energética Optimización de consumo Control de  0 MANTENIMI 4 ENTO IMPORT Diseños modulares Facilidad de ANCIA actualización 0 Soporte para 5 aplicaciones Sistemas compatibilidad operativos Rendimiento de aplicaciones 0 Seguridad 6 y confiabilid Protección contra fallos ad Manejo de errores Breve mención de los modelos de arquitectura que se discutirán: clásicas, segmentadas, y de multiprocesamiento Los modelos de arquitectura de computadoras Definen cómo se organizan y manejan los recursos de hardware y software para procesar información. Tres enfoques fundamentales: Clásicas, Segmentadas, y de Multiprocesamiento.  Arquitecturas Clásicas Representan los cimientos sobre los cuales se construyeron las primeras computadoras Siguen influyendo en el diseño de sistemas actuales Definen cómo las computadoras procesan, almacenan y manejan la información: Arquitectura Von Neumann Arquitectura Harvard Arquitectura Von Neumann Memoria unificada Datos o instrucciones Secuencialmente Modelo base – Modelos actuales  Arquitectura Harvard Superar limitaciones Memorias separadas Datos e instrucciones Rapidez y eficiencia  Arquitecturas segmentadas División Múltiples del etapas proceso Segment os O pipelines  Arquitecturas de Multiprocesamiento Uso de múltiples procesadores para ejecutar tareas de forma paralela. Multiprocesadores Sistemas Multicore Aplicaciones  Clásicas: Fundamentan la estructura básica de las computadoras. CONCLU Segmentadas: Optimización del procesamiento secuencial a través SIONES de la división en etapas. Multiprocesamiento: Uso de múltiples procesadores para aumentar la capacidad y velocidad del procesamiento. Modelos de Arquitectura Clásica  Arquitectura de Von Neumann Solo una memoria (CPU) Instrucciones y datos Estructura Memoria Entradas y salidas Solo un bus para (T): Buses Memoria y CPU desventajas Cuello de botella Velocidad limitada Acceso secuencial ventajas Simplicidad de diseño Flexibilidad en el uso de la memoria Capacidad de modificación de sus propias instrucciones  Arquitectura Harvard Separación física de las rutas de datos e instrucciones Memorias Separadas Flexibilidad en el Diseño Uso Común en Sistemas Embebidos Rutas de Bus Independientes ventajas Acceso Simultáneo – D / I Rendimiento mejorado Optimización de memoria Capa adicional de seguridad Eficiencia energética CREDITS: This presentation template was created by Slidesgo, and includes icons by Flaticon, and infographics & images by Freepik  Modelos de Arquitectura Segmentada ¿Qué es la segmentación? Técnica de administración de memoria Divide el espacio de memoria en segmentos variables De un programa, como un bloque de código, una estructura de datos ¿Cómo Funciona la Segmentación? Cada segmento tiene: Base y limite / Independientes Mejora el desempeño Varias etapas de ciclo BI DEC Monociclo Etapas: EJE Multiciclo MEM Segmentado WR Objetivo de la Práctica: Realizar una demostración de la arquitectura segmentada de forma Esta práctica proporciona una analogía electrónica simulando el concepto de física simple para la arquitectura segmentación de memoria utilizando un segmentada. Aunque no es una sistema físico controlado por un Arduino, representación directa de cómo funciona donde diferentes segmentos de código la segmentación en la memoria, ayuda a los estudiantes a entender cómo diferentes controlan diferentes partes del hardware. "segmentos" de un sistema pueden controlar diferentes partes de un sistema más grande, similar a cómo los segmentos de memoria pueden controlar diferentes partes de un programa. Cada "segmento" se representa como un bloque de memoria o un conjunto de registros separados que controlan diferentes funciones o dispositivos. Arquitectura segmentada condicional (Protección de segmentos) Ejemplo de Segmentación Condicional Un ejemplo clásico es el procesador Intel Pentium, que utiliza una segmentación de cinco etapas: búsqueda de instrucción, decodificación, ejecución, acceso a memoria y escritura de resultados. Este diseño permite que el procesador ejecute múltiples instrucciones simultáneamente, mejorando significativamente el rendimiento  Relocalización de Segmentos En esta versión, los botones podrán controlar diferentes LEDs según una secuencia de reasignación definida por el usuario. Inicialmente: Cada botón controla su LED asociado: el botón rojo controla el LED rojo, el botón verde controla el LED verde, y el botón azul controla el LED azul.  Relocalización de Segmentos Después de la Relocalización: Cuando se presionan los tres botones simultáneamente, la asignación cambia. Ahora, por ejemplo, el botón rojo podría controlar el LED verde, el botón verde el LED azul, y el botón azul el LED rojo. Protección de Segmentos: La lógica de protección permanece intacta, por lo que para encender un LED en la secuencia, el LED anterior debe estar encendido.  Relocalización de Segmentos Este código simula cómo los segmentos de memoria en un sistema informático pueden ser relocalizados o reasignados a diferentes partes del programa o del hardware. Aquí, los botones representan las direcciones o puntos de acceso, y los LEDs son las partes del sistema que se activan en función de estas direcciones. Esta práctica ayuda a comprender la flexibilidad de la segmentación en la arquitectura de memoria y cómo se pueden modificar las asignaciones dinámicamente para adaptarse a diferentes necesidades  CONCLUSIONES Arquitectura segmentada Organización de memoria en arquitecturas como la de los procesadores Intel x86. Separar áreas de código y datos para proteger y facilitar el acceso. Arquitectura segmentada condicional Depende del estado del programa o procesador para aplicaciones en tiempo real. Uso de memoria crítico y ASC permite el uso de segmentos según la necesidad. Arquitectura segmentada condicional con relocalización Sistemas operativos multitarea: Se cargan varios programas en memoria y se necesita ajustarlos a las posiciones disponibles. Por ejemplo, en sistemas con memoria virtual, donde los programas se mueven entre la memoria principal y el disco. Modelos de Arquitectura de multiproces amiento  Multiprocesamiento Proceso Proceso concepto paralelo concurrente Capacidad de un Las tareas se Múltiples tareas sistema para dividen y ejecutan avanzan de manera utilizar más de un simultáneamente intercalada procesador para en múltiples (simultáneamente), ejecutar múltiples procesadores. pero no procesos necesariamente en simultáneamente. Ideal para tareas paralelo que pueden compartiendo los dividirse en recursos del partes procesador. independientes  Tipos Smp de Multiprocesamiento Mpp Multiprocesamiento Procesamiento simétrico Masivamente Paralelo Varios procesadores trabajan de manera Cada procesador tiene su simétrica. memoria local. Todos los procesadores Comunicación entre tienen acceso a la misma procesadores se realiza a memoria compartida través de redes o buses Múltiples tareas pueden ejecutarse al mismo tiempo en procesadores diferentes.  Smp -- Multiprocesamiento simétrico ventajas 1 Rendimiento Acelerado 2 Escalabilidad 3 Alta disponibilidad 4 Mayor Eficiencia 5 Optimización en tiempo real  Smp -- Multiprocesamiento simétrico desafios 1 Complejidad 2 Contención de recursos compartidos 3 Latencia de 4 Costos elevados en comunicación hardware Análisis de los componentes: CPU, arquitectura, memoria, dispositivos de I/O.  Unidad Central de Procesamiento EJECUCIÓN DE CU INSTRUCCIONES Y ALU PROCESO DE REGISTROS DATOS  MEMORIAS MEMORIA cache MEMORIA Rápid Mejora PRINCIPAL a velocidad RAM ROM pequ De acceso eña Datos frecuencuen tes Jerarquía de memoria Cach e Dispositivos de entrada y salida comunicación entre el sistema de cómputo y el mundo exterior Teclado Monitor HDD, , ratón, es, SSD, escáne impreso memori res, ras, as USB, cámara altavoc discos s. es. ópticos..  Interacción entre componentes La CPU ejecuta instrucciones que se encuentran en la memoria y utiliza datos que pueden venir de la memoria o de dispositivos de I/O. La arquitectura del sistema determina cómo estos componentes están interconectados y cómo la información fluye entre ellos. La eficiencia del sistema depende de: Velocidad de la CPU Disponibilidad y tipo de memoria (RAM, caché) Rapidez en la comunicación con dispositivos de I/O.