Arquitectura y organizacion de las computadoras

La modificación más común consiste en construir una jerarquía de memoria en conjunto el cache del CPU separando instrucciones y datos.

Esto unifica todo, excepto pequeñas porciones de las direcciones de memoria de datos e instrucciones provista en el modelo de Von Neumann.

Multiprocesador

Los sistemas multiprocesadores son aquitecturas MIMD (Multiple Instruction-Multiple Data) se compone por:

Segmentadas

Técnica para la generación de paralelismo en monoprocesadores.

Consiste en dividir una función ensubfunciones independientes que pueden realizarse simultáneamente (trabajo en cadena).

-Electromecánicas
-Tubos de Vacío
-Arquitectura Von Neumann
-Arquitectura de Harvard

-Electrónicas
-Transistores
-Segmentadas
-Multiprocesamiento

Propósito

Computadoras de Propósito Especifico.- Están diseñadas para resolver un problema en particular o para ejecutar una tarea específica. Tienen un conjunto de instrucciones dentro de si.

Computadoras de Propósito General.- Pueden realizar cualquier tarea y podrían tener deficiencias en la velocidad y eficiencia.

Funcionalidad

Computadoras Análogas.- Miden un fenómeno físico constante, eléctrico, mecánico o hidráulico para modelar el problema a resolver.

Computadoras Digitales.- Realizan cálculos y operaciones lógicas con cantidades representadas por dígitos, usualmente en sistema binario.

Computadoras Hibridas.- Es una combinación de computadoras que pueden ingresar y sacar datos de manera digital y análoga. Un sistema hibrido ofrece un método de desarrollo para simulaciones complejas un costo razonable.

Tamaño

Supercomputadora.- Es el tipo de computadora más rápida y poderosa que existe. Se usan para aplicaciones especializadas que requieren una gran cantidad de cálculos matemáticos.

Minicomputadora.- Es un sistema multiproceso que puede soportar soportar entre 4 y 200 usuarios simultáneos. En tamaño y poder una minicomputadora esta entre una estación de trabajo y un Mainframe

Computadora de Escritorio.- Es una micro minicomputadora que cabe en el escritorio.
Computadora Laptop.- Es una micro minicomputadora portátil completa con teclado y pantalla. En tamaño es generalmente mas pequeña una computadora de escritorio.
Computadora de Mano, Notebook, PDA, Tableta.- Tiene el tamaño de la palma de la mano, no tiene teclado y usa la pantalla para ingresar y mostrar datos.
Estación de trabajo (Workstation).- En este contexto, es un término genérico para describir una maquina de usuario conectada a la red.

Mainframe.- Puede soportar cientos o miles de usuarios de manera simultanea. Puede ejecutar múltiples programas de manera simultanea. De cierta manera las mainframes son mas poderosas que las supercomputadoras por poder ejecutar varios programas a la vez.

Manejo de datos

Computadoras Análogas.- Su objetivo principal es medir y transformar las mediciones en datos. Estas computadoras no trabajan con números propiamente. Miden magnitudes físicas continuas como voltajes, corrientes o resistencias, etc.

Computadoras Digitales.- Son aquellas que operan con datos numéricos o que se encuentran representados de forma digital. Estas computadoras procesan los datos en valores digitales (0s y 1s). Dan los resultados con mayor precisión y a una gran velocidad

Computadoras Hibridas.- Incorporan la característica de medición de las computadoras análogas y la característica de conteo de una computadora digital.

En la arquitectura Harvard los buses de instrucciones y datos están físicamente separadas.

El termino proviene de la computadora Harvard Mark1 que almacenaba las instrucciones sobre cintas perforadas (de 24 bits de ancho) y los datos en interruptores electromagnéticos.

En la arquitectura Von Neumann el CPU no puede hacer procesos simultáneos de lectura o escritura de datos desde o hacia la memoria. Ya que las instrucciones y los datos usan el mismo sistema de buses.

Esta arquitectura se refiere a cualquier computadora con un programa almacenado.

Posee un solo canal de comunicación para cada componente. Lo que ocasiona un cuello de botella.

En esta arquitectura no puede ocurrir una extracción de instrucción y una operación de datos al mismo tiempo ya que comparten un canal (bus) común.

Grace Hopper Murray estaba trabajando en la Mark II en Harvard.
EL 9 de Septiembre de 1945 la maquina estaba teniendo problemas.
La investigación mostro que una polilla había quedada atrapada en el relevador # 70 en el panel F

Es el acrónimo de Electronic Discrete Variable Automatic Computer – Computadora Automática Electrónica de Variables Discretas
A diferencia de la ENIAC, no era decimal, sino binaria, y tuvo el primer programa diseñado para ser almacenado.
Este diseño se convirtió en estándar de arquitectura para la mayoría de las computadoras modernas.

Howard Aiken en 1937 propuso una maquina de calculo automático. IBM y Harvard acordaron construirla.
El Mark I empleaba señales electromagnéticas para mover las partes mecánicas.
Esta máquina era lenta (tomaba de 3 a 5 segundos por cálculo) e inflexible (la secuencia de cálculos no se podía cambiar); pero ejecutaba operaciones matemáticas básicas y cálculos complejos de ecuaciones sobre el movimiento parabólico.

Fue diseñado por Konrad Zuse entre 1935 y 1936.
Se construyó entre 1936 y 1938
Y fue destruida junto con sus planos durante el bombardeo aliado de Berlín en 1943.
Era una calculadora mecánica basada en el sistema binario operaba con electricidad y era programable.

Una máquina de Turing es un dispositivo que manipula símbolos sobre una tira de cinta de acuerdo a una tabla de reglas.
A pesar de su simplicidad, una máquina de Turing puede ser adaptada para simular la lógica de cualquier algoritmo de computador y es particularmente útil en la explicación de las funciones de una CPU dentro de un computador

Las tarjetas perforadas en un tiempo ayudaron a la automatización de la oficina y la computación.
Ayudaron a la transición de realizar operaciones aritméticas a procesar datos.
Las perforaciones en la tarjetas pueden representar cualquier tipo de información.

Por años las computadoras fueron humanas.
Personas de bajos salarios que hacían operaciones matemáticas sencillas: sumas, restas, divisiones, multiplicaciones como parte de un equipo de cómputo que hacia operaciones más complejas.
Su humilde trabajo trajo muchos avances en la ciencia, industria y en la invención de las computadoras , que los reemplazaron.

Se usó en el censo de 1890 de Estados Unidos.
Se utilizaron 60 millones de tarjetas.
Los diales llevaban el conteo de las tarjetas y las perforaciones.
El sorteador a la derecha se activaba de acuerdo a las perforaciones en las tarjetas, lo que permitía llevar estadísticas detalladas.

Comenzó con una caja de madera para pasta, unas brochetas para carne y ligas.
Término convirtiendo en el primer prototipo comercial de la primera calculadora con teclado el Comptómetro.
Patentado en 1887 por Dorr E Felt de entonces 24 años.
Al presionar las teclas se activaba el mecanismo y al terminar de presionar todas se revelaba el resultado.

1872 Frank Baldwin inventa la calculadora de dientes y levas.
Los dientes del 0 al 9 sobresalían de un disco de acuerdo a la posición de la leva.
El número de dientes presionados indicaban el número al darle vuelta a la leva.

Reconocida como la primer programadora de computadoras, gracias a los programas que desarrollo para la Máquina Analítica de Charles Babbage.
Entre sus notas sobre la Máquina Analítica se encontró lo que se reconoce como el primer algoritmo para ser procesado por una máquina.
Ada se considero a sí misma una analista, un concepto moderno para la época.

Charles Babbage en 1822 presenta su disertación “Los principios teóricos de la máquina para calcular tablas” en la Real Sociedad Astronómica de Inglaterra. Comienza a buscar fondos para construir su máquina.

La Máquina Analítica tenía:
-Dispositivos de entrada basados en tarjetas perforadas
-Un procesador aritmético que calculaba números
-Una unidad de control, que determinaba que tarea debía ser realizada
-Un mecanismo de salida -Una memoria para almacenar los números hasta ser procesados

En 1671 Leibniz expande las ideas de Pascal en la pascalina y diseña su maquina de cálculo “Step Reckoner”.
Realiza las multiplicaciones con la idea de sumas y acarreos y además calcula raíces cuadradas.
En 1673 construye la máquina de cálculo, el diseño es tan bueno que es la base de las calculadoras por 275 años.

Blaise Pascal Inventa para él la “roue pascaline”, la rueda de pascal o pascalina.
Es considerada una de las calculadoras más antiguas.
Inicialmente solo realizaba sumas, pero en el transcurso de 10 años le agregó mejoras y pudo hacer restas.

Turing creó 7 diseños de su máquina.
6 diseños fueron experimentos conceptuales.
El diseño 5 (en la foto) se terminó de construir en 1950

En permitir que el contenido de la memoria de instrucciones sea accesado como si fueran datos.

ENIAC - 1945 Fue construida en la Universidad de Pensilvania por John Presper Eckert y John William Mauchly.
Ocupaba una superficie de 167 m² y operaba con un total de 17 468 válvulas electrónicas o tubos de vacío.
Podía realizar cerca de 5,000 sumas y 300 multiplicaciones por segundo.
Activa hasta 1955 cuando se daño por la caída de un rayo.

Mapa mental Elaborado por: Santiago Andrew De La O Ramirez