Arquitectura y Organización PDF

Arquitectura y Organización Organización de Sistemas Sistemas La arquitectura y organización son conceptos fundamentales en el diseño de sistemas informáticos: La arquitectura se refiere a los atributos visibles para un programador Incluye conjunto de instrucciones, número de bits p...

Arquitectura y Organización Organización de Sistemas Sistemas La arquitectura y organización son conceptos fundamentales en el diseño de sistemas informáticos: La arquitectura se refiere a los atributos visibles para un programador Incluye conjunto de instrucciones, número de bits para representar datos, mecanismos de E/S y técnicas de direccionamiento de memoria La organización trata sobre cómo se implementan las características Abarca señales de control, interfaces y tecnología de memoria by Waldo Geremia Estructura y funcionamiento funcionamiento Estructura: El modo en que los componentes están interrelacionados. Funcionamiento: La operación de cada componente individual como parte de la estructura. Funciones del computador Procesamiento de Almacenamiento de Transferencia de datos Control datos de datos La función de control El computador realiza el Otra función esencial El computador también permite al computador procesamiento de datos del computador es el se encarga de la coordinar y gestionar como una de sus almacenamiento de transferencia de datos todas sus operaciones. funciones principales. datos para su posterior entre sus componentes uso. y con dispositivos externos. 2024 Estructura del nivel superior El computador está compuesto por varios elementos interconectados que forman su estructura de nivel superior: Memoria principal Entrada/salida Sistemas de interconexión Secundarios Líneas de comunicación Unidad central de procesamiento Estos componentes trabajan en conjunto para formar la estructura básica del Computador. ESTRUCTURA DEL NIVEL SUPERIOR Secundarios Computador Unidad central de Memoria procesa- principal miento Computador Sistemas de interconexión Entrada/ salida Líneas de comunicación 2024 Estructura de la CPU Componentes principales de la CPU Registros y conexión al sistema La CPU (Unidad Central de Procesamiento) está Los Registros son una parte integral de la CPU. La CPU compuesta por la Unidad aritmético-lógica, la Unidad se conecta al resto del sistema a través del Bus del de control, y la Interconexión interna de la CPU. Estos sistema, que facilita la comunicación con la Memoria y componentes trabajan juntos para realizar las los dispositivos de E/S (Entrada/Salida). operaciones fundamentales del computador. ESTRUCTURA DE LA CPU CPU Computador Unidad Registros aritmético- E/S lógica Bus del CPU sistema Interconexión Memoria interna de la CPU Unidad de control 2024 Estructura de la unidad de control La unidad de control es un componente fundamental de la CPU, interconectada con varios elementos clave: CPU Memoria de control Registros y decodificadores de la unidad de control Lógica secuencial ALU Registros Bus interno Estos componentes trabajan en conjunto para formar la estructura completa de la unidad de control, que es esencial para el funcionamiento de la CPU y, por extensión, del computador en su totalidad. ESTRUCTURA DE LA UNIDAD DE CONTROL Unidad de control CPU Lógica ALU secuencial Unidad Bus de interno control Registros y Registros decodificadores de la unidad de control Memoria de control 2024 Blaise Pascal (1623-1662) Blaise Pascal, nacido en 1623 y fallecido en 1662, fue un destacado inventor y matemático que dejó una huella indeleble en la historia de la computación. Su contribución más notable fue la invención y construcción de la primera sumadora mecánica, un dispositivo revolucionario para su época. Esta innovadora máquina, bautizada como "Pascalina" en honor a su creador, representó un hito significativo en el desarrollo de las calculadoras. La Pascalina funcionaba mediante un ingenioso sistema de engranajes y ruedas, sentando las bases para futuros avances en la computación mecánica. Charles Babbage - Máquina de diferencias Charles Babbage (1793-1871) adelantó la situación del hardware computacional Inventó la "máquina de diferencias", capaz de calcular tablas matemáticas 2024 Charles Babbage - Máquina Máquina analítica En 1834, Charles Babbage concibió la idea de una "máquina analítica". Esta invención representaba, en esencia, una computadora de propósitos generales. La máquina analítica era capaz de realizar operaciones aritméticas básicas como sumar, restar, multiplicar y dividir en una secuencia automática. Lo más impresionante era su velocidad de procesamiento, pudiendo realizar 60 sumas por minuto, lo cual era revolucionario para su época. Charles Babbage (1793-1871) Charles Babbage fue un matemático e ingeniero británico nacido en 1793 y fallecido en 1871. Es considerado uno de los pioneros más importantes en el campo de la computación debido a sus contribuciones revolucionarias al diseño de máquinas de cálculo mecánicas. Babbage es reconocido por su visión innovadora y su trabajo en el desarrollo de las primeras computadoras mecánicas, sentando las bases para la evolución de la informática moderna. Herman Hollerit (1860-1929) Herman Hollerit fue una figura clave en el desarrollo del procesamiento automatizado de datos. En 1890, la Oficina del Censo de Estados Unidos lo comisionó para trabajar en el censo de ese año. Hollerit implementó un sistema revolucionario utilizando tarjetas perforadas y un tabulador, lo que permitió completar el censo en un tiempo récord de solo 3 años. Esta innovación no solo aceleró significativamente el proceso, sino que también resultó en un ahorro sustancial para la oficina. Se estima que la implementación del sistema de Hollerit ahorró alrededor de $5,000,000 de dólares, una suma considerable para la época. Este logro marcó el inicio del procesamiento automatizado de datos, sentando las bases para futuros avances en la tecnología de la información. El impacto de la invención de Hollerit se extendió más allá del censo de 1890, influyendo en el desarrollo de las primeras computadoras y sistemas de procesamiento de datos. Su trabajo pionero sentó las bases para la revolución de la información que seguiría en el siglo XX. 2024 Pioneros de la Computación Esfuerzo Colectivo Algunos autores consideran que no hay una sola persona a la que se le pueda atribuir el haber inventado la computadora, sino que fue el esfuerzo de muchas personas. Contribuciones Diversas La invención de la computadora fue el resultado de múltiples contribuciones a lo largo del tiempo, reflejando la naturaleza colaborativa del progreso tecnológico. 2024 Atanasoff y Berry John V. Atanasoff tiene el crédito de la patente de la primera computadora digital (1939) que construyó con la ayuda del estudiante Clifford Berry y se llamó la ABC (Atanasoff Berry Computer). Esta basada en un sistema numérico binario. 2024 Clifford Berry y la original original ABC Clifford Berry y la original ABC, circa 1942. ENIAC Computadora electrónica completamente operacional a gran escala, se terminó de construir en 1946. Fue construida para aplicaciones de la Segunda Guerra Mundial. ENIAC significa: Electronic Numerical Integrator And Computer Características de ENIAC Arquitectura von Neumann/Turing Instituto para Estudios Avanzados del IAS Concepto del programa-almacenando. Memoria Completado en 1952. El IAS fue un hito importante en principal que almacena datos y programas. ALU que el desarrollo de la computación moderna, opera con datos binarios. Unidad de control que implementando los principios de von Neumann y interpreta las instrucciones en memoria y las ejecuta. Turing. Equipo de entrada-salida dirigido por la unidad de control. 2024 Von Neumann/Turing: Arquitectura Fundamental La arquitectura Von Neumann/Turing, desarrollada en 1952, revolucionó la computación con: Concepto del programa-almacenando Memoria principal que almacena datos y programas ALU que opera con datos binarios Unidad de control que interpreta las instrucciones en memoria y las ejecuta Equipo de entrada-salida dirigido por la unidad de control Desarrollada en el Instituto para Estudios Avanzados del IAS y completada en 1952, esta arquitectura sigue siendo relevante en 2024. by Waldo Geremia Estructura de la máquina de de von Neumann La máquina de von Neumann se compone de los siguientes elementos fundamentales: Memoria principal Unidad aritmético-lógica Unidad de control de programa Equipos de E/S IAS: detalles Capacidad y estructura de memoria El IAS contaba con una memoria de 1.000 palabras de 40 bits. Estas palabras almacenaban números binarios y podían contener dos instrucciones de 20 bits cada una, permitiendo una eficiente utilización del espacio de memoria. Conjunto de registros especializados La CPU del IAS incluía un conjunto de registros para almacenamiento y procesamiento eficiente: - Registro temporal de memoria - Registro de dirección de memoria - Registro de instrucción - Registro temporal de instrucción - Contador de programa - Acumulador - Multiplicador cociente Estructura de IAS: detalle La estructura del IAS (Instituto de Estudios Avanzados) se compone de varias unidades interconectadas: Memoria principal Unidad aritmético-lógica Unidad de control de programa Equipo de E/S La unidad central de procesamiento incluye: MBR (Registro de Buffer de Memoria) Circuitos aritmético-lógicos MQ (Registro de Cociente) Acumulador MAR (Registro de Dirección de Memoria) Circuitos de control IBR (Registro de Buffer de Instrucción) IR (Registro de Instrucción) PC (Contador de Programa) La memoria principal maneja direcciones, instrucciones y datos. 2024 Generaciones de Computadoras Primera Generación 1951-1958 Segunda Generación 1959-1964 Tercera Generación 1964-1971 Cuarta Generación 1971-a la fecha Primera Generación: 1951-1958 La primera generación de computadoras, que abarcó el período de 1951 a 1958, marcó el inicio de la era de la computación moderna. Estas máquinas pioneras emplearon bulbos (también conocidos como válvulas de vacío) para procesar información, lo que representó un avance significativo en la tecnología de la época. Una característica distintiva de estas computadoras era la forma en que se ingresaban los datos. Se utilizaba un código especial, lo que requería un conocimiento técnico considerable por parte de los operadores. Además, las tarjetas perforadas se convirtieron en el medio principal para introducir información y programas en estas máquinas. Un hito importante en la aplicación práctica de estas computadoras de primera generación fue su uso en el Censo de 1950. Esta implementación demostró el potencial de las computadoras para procesar grandes cantidades de datos de manera más eficiente que los métodos manuales anteriores. Computadores comerciales 1947: Fundación de Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer): Utilizado para cálculos de la oficina del censo de EE.UU. en 1950 Posteriormente formó parte de la Sperry-Rand Corporation Finales de los 50: Lanzamiento de UNIVAC II Más rápido Más memoria 2024 IBM Development IBM se destacó en el desarrollo de equipos de procesamiento con tarjetas perforadas, marcando hitos importantes en la evolución de los computadores comerciales. En 1953, IBM lanzó el 701, que fue el primer computador de la compañía con programas almacenados. Este modelo estaba diseñado principalmente para aplicaciones científicas, abriendo nuevas posibilidades en el campo de la computación. Dos años después, en 1955, IBM introdujo el 702. Este modelo estaba orientado específicamente a aplicaciones de gestión, ampliando así el alcance de los computadores en el ámbito empresarial. Estos dos modelos, el 701 y el 702, fueron los primeros de una serie de computadores conocida como la serie 700/7000, que marcaría el inicio de una nueva era en la historia de IBM y en la industria de la computación en general. 2024 PRIMERA GENERACIÓN: 1951-1958) ▪ Emplearon bulbos para procesar información. ▪ Se ingresaban datos en código especial ▪ Usaban tarjetas perforadas ▪ Se utilizaron para el Censo 1950 2024  1947: Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) Cálculos de la oficina del censo de COMPUTADORES EE.UU. en 1950 COMERCIALES Formó parte de la Sperry-Rand Corporation Finales de los 50: UNIVAC II Más rápido Más memoria 2024 29  Equipos de procesamiento con tarjetas perforadas 1953: el 701 Primer computador con programas almacenados de IBM IBM Aplicaciones científicas 1955: el 702 Aplicaciones de gestión Primeros de una serie de computadores 700/7000 2024 30 Segunda Generación: 1959-1964 Avances Tecnológicos Aplicaciones Prácticas Usaban transistores lo que ayudó a hacerlas más Se usaron en el primer simulador de vuelo de la pequeñas. Los programas de computadoras Marina de E.E.U.U. Este avance significativo marcó también mejoraron. Los programas podían un hito en la aplicación práctica de las transferirse de una computadora a otra. computadoras de segunda generación. 2024 Transistores Características del Transistor Invención del Transistor Los transistores sustituyen a los tubos de vacío, siendo Inventados en 1947 en los Laboratorios Bell por más pequeños, más baratos y disipando menos el William Shockley y colaboradores, los transistores calor. Son dispositivos de estado sólido hechos con marcaron un hito en la historia de la electrónica y la silicio, lo que los hace más eficientes y duraderos que computación. sus predecesores. 2024 Computadores basados en en transistores Máquinas de segunda generación Los computadores basados en transistores marcaron el inicio de la segunda generación de máquinas. Esta evolución tecnológica permitió el desarrollo de equipos más pequeños, rápidos y eficientes. Fabricantes pioneros NCR y RCA se destacaron por producir pequeñas máquinas de transistores, mientras que IBM lanzó su serie 7000. DEC, fundada en 1957, fabricó el innovador PDP-1, marcando un hito en la historia de la computación. SEGUNDA GENERACIÓN: 1959-1964 ▪ Usaban transistores lo que ayudó a hacerlas más pequeñas ▪ Los programas de computadoras también mejoraron ▪ Los programas podían transferirse de una computadora a otra ▪ Se usaron en el primer simulador de vuelo de la Marina de E.E.U.U. 2024  ▪ Sustituyen a los tubos de vacío ▪ Más pequeños ▪ Más baratos ▪ Disipan menos el calor TRANSISTORES ▪ Dispositivos de estado sólido ▪ Hechos con silicio ▪ Inventados en 1947 en los Laboratorios Bell ▪ William Shockley y colaboradores 2024 35  ▪ Máquinas de segunda generación ▪ NCR y RCA produjeron pequeñas COMPUTADORES máquinas de transistores ▪ IBM 7000 BASADOS EN ▪ DEC: 1957 TRANSISTORES ▪ Fabricó el PDP-1 2024 36 Tercera Generación: 1964-1971 2024 Tercera Generación: 1964- 1971 Emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados en miniatura Se hicieron más pequeñas, más rápidas y eficientes energéticamente Permitieron correr varios programas simultáneamente 2024 Microelectrónica Literalmente significa: "pequeña electrónica" Un computador está formado por puertas, celdas de memoria e interconexiones Se pueden fabricar a partir de un semiconductor Ejemplo: oblea de silicio 2024 TERCERA GENERACIÓN: 1964-1971 2024 40 CUARTA GENERACIÓN: 1971... ▪ Microprocesador ▪ Chips de memoria de silicio 2024 41 Cuarta Generación: 1971 - Presente Microprocesador La cuarta generación de computadoras se caracteriza por la introducción del microprocesador, un avance revolucionario que permitió la miniaturización y el aumento de la potencia de cálculo. Chips de memoria de silicio Otro avance significativo de esta generación son los chips de memoria de silicio, que mejoraron drásticamente la capacidad y velocidad de almacenamiento de datos en las computadoras. Evolución continua Esta generación comenzó en 1971 y continúa hasta el presente (2024), marcando un período de rápido desarrollo tecnológico y mejoras constantes en la capacidad de procesamiento y almacenamiento. Cuarta Generación: 1971... La microminiaturización de los circuitos electrónicos marcó el inicio de una nueva era en la computación: Contribuyó a la creación de computadoras personales (PC) Una computadora pequeña puede rivalizar con una de la primera generación que ocupaba un cuarto completo Un hito importante: Apple I - 1976 by Waldo Geremia  CUARTA GENERACIÓN: 1971... Apple I-1976 ▪ Microminiaturización de los circuitos electrónicos contribuyó a la creación de computadoras personales (PC) ▪ Una computadora pequeña puede rivalizar con una de la primera generación que ocupaba un cuarto completo. 2024 Pregunta sobre la Quinta Generación ¿Cómo serán las computadoras de computadoras de la Quinta Generación? Características avanzadas e innovadoras Desarrollo previsto para el año 2024 Características de la Quinta Generación Avances Tecnológicos Sistemas Avanzados Superconductores Sistemas expertos Inteligencia Artificial Procesamiento paralelo Lenguajes Naturales Sistemas distribuidos 2024 Evolución de la Tecnología Electrónica 1 Era del Tubo de Vacío y Transistor Tubo de vacío: 1946-1957 Transistor: 1958-1964 2 Integración a Pequeña y Media Escala Integración a pequeña escala: de 1965 en adelante Más de 100 componentes en un chip Integración a media escala: de 1971 en adelante 100-3.000 componentes por chip 3 Integración a Gran y Muy Gran Escala Integración a gran escala: 1971-1977 3.000 - 100.000 componentes por chip Integración a muy gran escala: de 1978 hasta la fecha 100.000 - 100 millones de componentes por chip 4 Integración a Ultra Gran Escala Integración a ultra gran escala Unos 100 millones de componentes por chip La ley de Moore Gordon Moore y su predicción Implicaciones de la Ley de Beneficios de la predicción Moore miniaturización Gordon Moore, cofundador de La Ley de Moore tiene varias La reducción del tamaño de los Intel, formuló una ley que predice implicaciones importantes. El componentes trae consigo que el número de transistores en precio del chip permanece casi numerosos beneficios. La un chip se duplica cada año. invariable a pesar del aumento en reducción de las interconexiones Desde los años 70, este desarrollo la densidad. Una alta densidad de incrementa la confiabilidad de los se ha ralentizado ligeramente, encapsulado conlleva una menor chips. Además, la miniaturización ajustándose a una duplicación interconexión eléctrica, lo que permite una mayor flexibilidad en cada 18 meses. Esta ley ha sido supone un mayor rendimiento. el diseño y uso de los chips, fundamental para entender el Además, la reducción del tamaño mientras que también contribuye incremento en la densidad de los incrementa la flexibilidad y reduce a la reducción de las necesidades componentes del chip. las necesidades de potencia y de potencia y refrigeración, refrigeración. haciendo los dispositivos más eficientes. Evolución del número de transistores en los procesadores Transistores por chip Evolución del número de transistores en los procesadores Transistores por chip Procesador Año de introducción Transistores 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386 processor 1985 275,000 Series de IBM 360 Innovación en 1964 La serie IBM 360 se introdujo en 1964, sustituyendo a la serie 7000 y no siendo compatible con ella. Fue la primera "familia" planeada de computadores, marcando un hito en la historia de la informática. Características Unificadas Esta serie se caracterizó por tener un conjunto de instrucciones similar o idéntico y E/S similares o idénticas en todos sus modelos. Esto permitió una mayor flexibilidad y escalabilidad en los sistemas informáticos. Escalabilidad y Crecimiento La serie IBM 360 ofrecía una velocidad creciente, un número creciente de puertos de E/S (por ejemplo, más terminales), un tamaño de memoria creciente y, consecuentemente, un coste creciente. Esto permitía a los usuarios elegir el modelo que mejor se adaptara a sus necesidades y presupuesto. Avances Técnicos Una característica técnica destacable de la serie IBM 360 fue su estructura de conmutadores multiplexados, que permitía una gestión más eficiente de los recursos del sistema. DEC PDP-8 Primer minicomputador revolucionario Lanzado en 1964, el DEC PDP-8 fue el primer minicomputador, marcando un hito en la historia de la computación. Con un precio de 16.000 dólares, era significativamente más asequible que sus competidores, como el IBM 360 que costaba más de 100.000 dólares. Diseño compacto y versátil A diferencia de las computadoras anteriores, el PDP-8 no requería una habitación con aire acondicionado. Era lo suficientemente pequeño para colocarse en una mesa de laboratorio, lo que lo hacía ideal para aplicaciones incrustadas y OEM. Innovación técnica El PDP-8 introdujo una característica técnica importante: la ESTRUCTURA DE BUS. Esta innovación contribuyó significativamente a su versatilidad y eficiencia. Estructura de bus PDP-8 El PDP-8 utilizaba una arquitectura de bus llamada OMNIBUS. Esta estructura conectaba los siguientes componentes: Controlador de consola CPU Memoria principal Módulos de E/S (al menos dos) Esta arquitectura de bus permitía una comunicación eficiente entre los diferentes componentes del sistema, facilitando la transferencia de datos y señales de control. Memoria semiconductora En 1970, Fairchild introdujo una innovación revolucionaria en el campo de la memoria: la memoria semiconductora. Esta nueva tecnología tenía el tamaño de un núcleo de ferrita, pero ofrecía capacidades y velocidades sin precedentes. Un ejemplo notable es el chip de memoria que contenía 256 bits, equivalente a 256 núcleos magnéticos individuales. Una de las ventajas más significativas de esta memoria semiconductora era su lectura no destructiva, lo que la hacía mucho más eficiente que su predecesora de núcleo magnético. Además, era considerablemente más rápida, lo que permitía un procesamiento de datos más veloz en los sistemas informáticos de la época. La evolución de esta tecnología fue vertiginosa. Se observó que la capacidad de almacenamiento de estos chips de memoria se duplicaba aproximadamente cada año, marcando el inicio de una era de rápido progreso en la capacidad de almacenamiento de datos. Para poner en perspectiva este avance, consideremos que un solo bit de almacenamiento en un núcleo magnético tradicional ocupaba el mismo espacio que 256 bits en esta nueva memoria semiconductora. Este salto tecnológico sentó las bases para el desarrollo de computadoras más potentes y eficientes en las décadas siguientes, llegando hasta nuestros días en 2024. Intel y sus microprocesadores Primeros microprocesadores Uso genérico En 1971, Intel lanzó el 4004, el primer microprocesador En 1974, Intel presentó el 8080, su primer que integraba todos los componentes de la CPU en un microprocesador de uso genérico, marcando un hito solo chip. Este procesador de 4 bits evolucionó al 8008 importante en la historia de la computación. de 8 bits en 1972. Ambos fueron diseñados para aplicaciones específicas.  ARQUITECTURA Y ORGANIZACIÓN ▪ La arquitectura son los atributos de un sistema que son visibles para un programador. ▪ Conjunto de instrucciones, número de bits usados para representar datos, mecanismos de E/S, técnicas para direccionamiento de memoria. ▪ La organización se refiere a cómo se implementan las características. ▪ Señales de control, interfaces, tecnología de memoria. 2024 ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO La estructura es el modo en que los componentes están interrelacionados. El funcionamiento es la operación de cada componente individual como parte de la estructura. 2024  ▪ Las funciones del computador son: ▪ Procesamiento de datos FUNCIONAMIENTO ▪ Almacenamiento de datos ▪ Transferencia de datos ▪ Control 2024 ESTRUCTURA DEL NIVEL SUPERIOR Secundarios Computador Unidad central de Memoria procesa- principal miento Computador Sistemas de interconexión Entrada/ salida Líneas de comunicación 2024 ESTRUCTURA DE LA CPU CPU Computador Unidad Registros aritmético- E/S lógica Bus del CPU sistema Interconexión Memoria interna de la CPU Unidad de control 2024 ESTRUCTURA DE LA UNIDAD DE CONTROL Unidad de control CPU Lógica ALU secuencial Unidad Bus de interno control Registros y Registros decodificadores de la unidad de control Memoria de control 2024 BLAISE PASCAL(1623-1662) ▪ Inventó y construyó la primera sumadora mecánica. se le llamó Pascalina y funcionaba como maquinaria a base de engranajes y ruedas. 2024 CHARLES BABBAGE(1793-1871) ▪ Adelantó la situación del hardware computacional al inventar la “máquina de diferencias”, capaz de calcular tablas matemáticas. 2024 63 CHARLES BABBAGE(1793-1871) ▪ En 1834, Babbage concibió la idea de una “máquina analítica”. En esencia, ésta era una computadora de propósitos generales. Esta podía sumar, restar, multiplicar y dividir en secuencia automática a una velocidad de 60 sumas por minuto. 2024 CHARLES BABBAGE(1793-1871) 2024 HERMAN HOLLERIT (1860-1929) ▪ Fue comisionado por la Oficina del Censo para el censo de 1890 de Estados Unidos. Con el procesamiento de tarjetas perforadas y el tabulador, Hollerit terminó el censo en sólo 3 años y la oficina se ahorró alrededor de $5,000,0000 de dólares. Así empezó el procesamiento automatizado de datos. 2024 66  ▪ Algnos autores consideran que no hay PIONEROS DE LA una sola persona a la que se le pueda atribuir el haber inventado la COMPUTACIÓN computadora, sino que fue el esfuerzo de muchas personas. 2024 67  ▪ John V. Atanasoff tiene el crédito de la ATANASOFF Y patente de la primera computadora digital(1939)que construyó con la ayuda del estudiante Clifford Berry y se llamó BERRY la ABC(Atanasoff Berry Computer). ▪ Esta basada en un sistema numérico binario. 2024 68 CLIFFORD BERRY Y LA ORIGINAL ABC, CIRCA 1942. ENIAC ▪ Computadora electrónica completamente operacional a gran escala, se terminó de construir en 1946. fue construida para aplicaciones de la Segunda Guerra Mundial. Electronic Numerical Integrator And Computer 2024 ENIAC ▪ Mil veces más veloz que sus predecesoras electromecánicas, irrumpió como un importante descubrimiento en la tecnología de la computación. 2024 71  ▪ Máquina decimal (no binaria) ▪ 20 acumuladores de 10 dígitos ▪ Programada manualmente mediante acumuladores ENIAC: DETALLES ▪ 18.000 tubos de vacío ▪ 30 toneladas ▪ 1.500 pies (450 mts) cuadrados ▪ 140 kilowatios de potencia ▪ 5.000 sumas por segundo 2024 72  ▪ Concepto del programa-almacenando ▪ Memoria principal que almacena datos y programas ▪ ALU que opera con datos binarios VON ▪ Unidad de control que interpreta las instrucciones en memoria y las ejecuta NEUMANN/TURING ▪ Equipo de entrada-salida dirigido por la unidad de control ▪ Instituto para Estudios Avanzados del IAS ▪ Completado en 1952 2024 73  ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA DE VON NUEMANN Unidad aritmético-lógica Equipos de E/S Memoria principal Unidad de control de programa 2024  IAS: DETALLES ▪ 1.000 palabras de 40 bits ▪ Números binarios ▪ 2 instrucciones de 20 bits ▪ Conjunto de registros (almacenamiento en la CPU) ▪ Registro temporal de memoria ▪ Registro de dirección de memoria ▪ Registro de instrucción ▪ Registro temporal de instrucción ▪ Contador de programa ▪ Acumulador ▪ Multiplicador cociente 2024  ESTRUCTURA DE IAS: DETALLE Unidad central de procesamiento Unidad aritmético-lógica Acumulador MQ Circuitos aritmético-lógicos Equipo de MBR E/S Instrucciones y datos Memoria principal IBR PC MAR IR Circuitos de control Unidad de control de programa Direcciones 2024 76 GENERACIONES DE COMPUTADORAS ▪ Primera Generación: 1951-1958 ▪ Segunda Generación: 1959-1964 ▪ Tercera Generación: 1964-1971 ▪ Cuarta Generación: 1971-a la fecha 2024 PRIMERA GENERACIÓN: 1951-1958) ▪ Emplearon bulbos para procesar información. ▪ Se ingresaban datos en código especial ▪ Usaban tarjetas perforadas ▪ Se utilizaron para el Censo 1950 2024  1947: Eckert-Mauchly Computer Corporation UNIVAC I (Universal Automatic Computer) Cálculos de la oficina del censo de COMPUTADORES EE.UU. en 1950 COMERCIALES Formó parte de la Sperry-Rand Corporation Finales de los 50: UNIVAC II Más rápido Más memoria 2024 79  Equipos de procesamiento con tarjetas perforadas 1953: el 701 Primer computador con programas almacenados de IBM IBM Aplicaciones científicas 1955: el 702 Aplicaciones de gestión Primeros de una serie de computadores 700/7000 2024 80 SEGUNDA GENERACIÓN: 1959-1964 ▪ Usaban transistores lo que ayudó a hacerlas más pequeñas ▪ Los programas de computadoras también mejoraron ▪ Los programas podían transferirse de una computadora a otra ▪ Se usaron en el primer simulador de vuelo de la Marina de E.E.U.U. 2024  ▪ Sustituyen a los tubos de vacío ▪ Más pequeños ▪ Más baratos ▪ Disipan menos el calor TRANSISTORES ▪ Dispositivos de estado sólido ▪ Hechos con silicio ▪ Inventados en 1947 en los Laboratorios Bell ▪ William Shockley y colaboradores 2024 82  ▪ Máquinas de segunda generación ▪ NCR y RCA produjeron pequeñas COMPUTADORES máquinas de transistores ▪ IBM 7000 BASADOS EN ▪ DEC: 1957 TRANSISTORES ▪ Fabricó el PDP-1 2024 83  TERCERA ▪ Emergieron con el desarrollo de los circuitos integrados en miniatura GENERACIÓN: ▪ Se hicieron más pequeñas, más rápidas y eficientes energéticamente 1964-1971 ▪ Permitieron correr varios programas simultáneamente 2024 84  ▪ Literalmente significa: “pequeña electrónica” ▪ Un computador está formado por puertas, celdas de memoria e interconexiones. MICROELECTRÓNICA ▪ Se pueden fabricar a partir de un semiconductor ▪ Ejemplo: oblea de silicio 2024 85 TERCERA GENERACIÓN: 1964-1971 2024 86 CUARTA GENERACIÓN: 1971... ▪ Microprocesador ▪ Chips de memoria de silicio 2024 87  CUARTA GENERACIÓN: 1971... Apple I-1976 ▪ Microminiaturización de los circuitos electrónicos contribuyó a la creación de computadoras personales (PC) ▪ Una computadora pequeña puede rivalizar con una de la primera generación que ocupaba un cuarto completo. 2024  ¿Cómo serán las PREGUNTA computadoras de la Quinta Generación? 2024 89  ▪ Superconductores LA QUINTA ▪ Inteligencia Artificial ▪ Lenguajes Naturales GENERACIÓN? ▪ Sistemas expertos ▪ Procesamiento paralelo ▪ Sistemas distribuidos 2024 90  ▪ Tubo de vacío: 1946-1957 ▪ Transistor: 1958-1964 ▪ Integración a pequeña escala: de 1965 en adelante ▪ Más de 100 componentes en un chip EVOLUCIÓN DE ▪ Integración a media escala: de 1971 en adelante ▪ 100-3.000 componentes por chip LA TECNOLOGÍA ▪ Integración a gran escala: 1971-1977 ELECTRÓNICA ▪ 3.000 - 100.000 componentes por chip ▪ Integración a muy gran escala: de 1978 hasta la fecha ▪ 100.000 - 100 millones de componentes por chip ▪ Integración a ultra gran escala ▪ Unos 100 millones de componentes por chip 2024 91  ▪ Se incrementa la densidad de los componenetes del chip. ▪ Gordon Moore: cofundador de Intel. ▪ El número de transistores de un chip se duplica cada año. ▪ Desde los años 70 el desarrollo se ralentiza un poco. ▪ El número de transistores se duplica cada 18 meses. ▪ El precio del chip permanece casi invariable. LA LEY DE MOORE ▪ Una alta densidad de encapsulado conlleva una menor interconexión eléctrica, lo que supone un mayor rendimiento. ▪ La reducción del tamaño incrementa la flexibilidad. ▪ Reducción de las necesidades de potencia y de refrigeración. ▪ La reducción de las interconexiones incrementa la confiabilidad. 2024 92 EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE TRANSISTORES EN LOS PROCESADORES Year of introduction Transistors 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386 processor 1985 275,000 486 DX processor 1989 1,180,000 Pentium® processor 1993 3,100,000 Pentium II processor 1997 7,500,000 Pentium III processor 1999 24,000,000 Pentium 4 processor 2000 42,000,000 2024 93 EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE TRANSISTORES EN LOS PROCESADORES Year of introduction Transistors 4004 1971 2,250 8008 1972 2,500 8080 1974 5,000 8086 1978 29,000 286 1982 120,000 386 processor 1985 275,000 486 DX processor 1989 1,180,000 Pentium® processor 1993 3,100,000 Pentium II processor 1997 7,500,000 Pentium III processor 1999 24,000,000 Pentium 4 processor 2000 42,000,000 2024 94  ▪ 1964 ▪ Sustituidos por la serie 7000 (y no compatibles con ella) SERIES DE ▪ Primera “familia” planeada de computadores ▪ Conjunto de instrucciones similar o idéntico ▪ E/S similares o idénticas IBM 360 ▪ Velocidad creciente ▪ Número creciente de puertos de E/S (Ejemplo: más terminales) ▪ Tamaño de memoria creciente ▪ Coste creciente ▪ Estrucutra de conmutadores multiplexados 2024 95  ▪ 1964 ▪ Primer minicomputador ▪ No necesita una habitación con aire acondicionado ▪ Lo bastante pequeño para colocarlo en DEC PDP-8 una mesa de laboratorio ▪ 16.000 dólares ▪ 100k dólares+ para IBM 360 ▪ Aplicaciones incrustadas y OEM ▪ ESTRUCURA DE BUS 2024 96 ESTRUCTURA DE BUS PDP-8 Controlador Memoria Módulo Módulo CPU de consola principal de E/S de E/S OMNIBUS 2024 MEMORIA SEMICONDUCTORA ▪ 1970 ▪ Fairchild ▪ Tamaño de un núcleo de ferrita ▪ Ejemplo: 1 bit de almacenamietno de núcleo magnético ▪ Tiene 256 bits ▪ Lectura no destructiva ▪ Mucho más rápida que el núcleo ▪ La capacidad se duplica aproximadamente cada año 2024 98  ▪ 1971: 4004 ▪ Primer microprocesador ▪ Todos los componentes de la CPU en un solo chip ▪ 4 bits ▪ En 1972 evoluciona al 8008 INTEL ▪ 8 bits ▪ Ambos diseñados para aplicaciones específicas ▪ 1974: 8080 ▪ Primer microprocesador de Intel de uso genérico 2024 99 NOS https://www.youtube.com/watch?v=C_WVQOAgll8 2024 100  HUMANOS VS COMPUTADORAS 2024 NOS https://www.youtube.com/watch?v=C_WVQOAgll8 2024 102  Incremento de la velocidad del procesador DISEÑO PARA Incremento de la CONSEGUIR MEJORES capacidad de la PRESTACIONES memoria La velocidad del procesador supera la velocidad de la memoria 2024 103