ARQUITECTURA DE ORDENADORES

ARQUITECTURA DESDE VON NEWMAN HASTA SKYLAKE

El modelo de ordenador más difundido es el conocido como “modelo Von Neumann”, pues fue dicho matemático quien en 1945 postuló el esquema que siguen hoy en día la mayor parte de los ordenadores (con modificaciones y evolucionado). El modelo es una evolución de máquina analítica propuesta por Charles Babbage en 1834, donde los programas se introducían cableando “manualmente” las conexiones entre las distintas partes del ordenador, ofreciendo muy poca flexibilidad.

La idea de Von Neumann consiste en conectar permanentemente las unidades de la computadora, de modo que todo el ordenador está coordinado por un control central. Para evitar tener que cablear las unidades cada vez que se quería ejecutar un nuevo programa, se ideó un método donde tanto las instrucciones que forman los programas como los datos que utilizan éstos se almacenan en una memoria.


Los diferentes elementos físicos que componen un ordenador podemos dividirlos, según la tarea que realizan, en las siguientes unidades funcionales:
-La Unidad Central de Proceso (CPU) que constituye el núcleo central del ordenador, es el que gobierna el funcionamiento de los demás componentes y realiza las operaciones básicas.
-La Memoria principal es el lugar donde se almacena la información (datos e instrucciones).
-Los buses son los medios (cables o pistas en circuitos impresos e integrados) encargados de transferir la información de un lugar a otro del ordenador.
-Los periféricos son los elementos que se encargan de la comunicación con el usuario (teclado, ratón, monitor, etc.) o con otros equipos informáticos (tarjetas de red).

MICROPROCESADOR

En los ordenadores actuales, la CPU básica está implementada en un chip que llamamos microprocesador o procesador, aunque en ordenadores avanzados la CPU está compuesta por varios procesadores. El microprocesador es por tanto el elemento físico que realiza las operaciones asignadas a la CPU.




Internamente, los procesadores contienen unos circuitos electrónicos básicos denominados transistores. Un circuito integrado es una pequeña pastilla de silicio que, con la tecnología actual, pueden llegar a incluir miles de millones de transistores. El procesador de un ordenador es un circuito integrado. La enorme cantidad de transistores que utiliza hoy día un procesador hace que genere mucho calor por lo que se suele colocar un ventilador encima del mismo para ayudar a eliminarlo.

EVOLUCIÓN

A lo largo de las décadas de los años 1960 y 1970, las computadoras hicieron, en general, tanto más pequeñas como rápidas, lo que llevó a algunas evoluciones en su arquitectura. Por ejemplo, el mapeado en memoria de E/S permitió que los dispositivos de entrada y salida sean tratados de la misma como la memoria.16 Un único bus de sistema podría ser utilizado para proporcionar un sistema modular con un menor coste. A veces esto se denomina "racionalización" de la arquitectura.17 En las décadas siguientes, los microcontroladores sencillos serían algunas veces omitir características del modelo a menor costo y tamaño. Las computadoras más grandes añaden características para un mayor rendimiento.

COMO FUNCIONABAN

¿Y cómo trabajarían estos primeros computadores? Mediante el sistema binario. Se trata de un sistema de numeración con un funcionamiento similar al decimal al que estamos acostumbrados los seres humanos, pero utilizando únicamente el 0 y el 1.

El procesador dispone de una serie de circuitos electrónicos que son utilizados por los algoritmos, ideados por el ser humano para afrontar problema.

¿Qué es, entonces, un algoritmo?
Un algoritmo es una secuencia de órdenes o instrucciones que se dictan en un cierto orden. Es necesario que cada paso esté muy bien definido y que se siga un orden estricto para que la máquina sea capaz de ejecutarlo sin problemas.

MICROARQUITECTURA



La trayectoria de datos intubada (pipelined datapath) es el diseño más común de la trayectoria de datos en la microarquitectura de hoy. Esta técnica se usa en la mayoría de losmicroprocesadores, microcontroladores, y DSPs modernos. La arquitectura entubada permite solapar diferentes instrucciones durante la misma ejecución, siendo algo muy similar a la línea de montaje de una fábrica. El intubado incluye varias etapas fundamentales en diseños de las microarquitecturas,3 como pueden ser la lectura de la instrucción (fetch), el decodificado de la instrucción, la ejecución, y la escritura (write back) de los resultados. Algunas arquitecturas incluyen otras etapas tales como acceso a la memoria. El diseño de las tuberías es una de las tareas centrales de la microarquitectura.

Las unidades de ejecución son también esenciales para la microarquitectura. Estas unidades incluyen las unidades aritmético lógicas (ALU), las unidades de coma flotante(FPU), las unidades de la lectura/escritura (load/store), la predicción de bifurcación, y SIMD. Estas unidades realizan las operaciones o los cálculos del procesador. La selección del número de unidades de ejecución, su latencia y rendimiento es otra de las tareas centrales del diseño microarquitectónico. El tamaño, latencia, el rendimiento y la conectividad de las memorias dentro del sistema son también decisiones de dicho diseño.

Las decisiones de diseño a nivel de sistema tales como incluir o no periféricos como controladores de memoria también pueden considerarse como partes del proceso de diseño microarquitectónico. Esto incluye decisiones sobre el nivel de desempeño y la conectividad de dichos periféricos.

A diferencia del diseño arquitectónico, donde lo que se pretende es lograr un nivel de desempeño óptimo, el diseño microarquitectónico presta una atención más cercana a otras necesidades. Puesto que las decisiones de diseño microarquitectónico afectan directamente a lo que va dentro de un sistema, se debe prestar atención a cosas como:

-Área/coste del chip
-Consumo de energía
-Complejidad de la lógica
-Facilidad de la conectividad
-Facilidad de fabricación
-Facilidad de la depuración
-Facilidad de hacer pruebas

SKYLAKE

Intel Skylake ya esta aquí, la sexta generación de procesadores ha sido presentada por completo en IFA. Más potentes y eficientes, estos son todos los modelos.IFA 2015 ha sido el escenario escogido por Intel para poner toda la carne en el asador. En su evento nos han presentado la que será la sexta generación de procesadores para ordenadores y dispositivos móviles: Intel Skylake.

En lugar de hacer un lanzamiento escalonado, Intel ha decidido lanzar todo al mismo tiempo, así que en su conferencia nos han mostrado todos los detalles de los nuevos procesadores Skylake para ordenadores de escritorio, portátiles, nuevos Core M para dispositivos móviles y hasta Intel Xeonpara gadgets Mobile, incluyendo nuevas características como RealSense 3D, seguridad TrueKey y las tecnologías Intel Wireless Display y Thunderbolt.Atrás queda la generación Broadwell, aunque se mantienen los procesos de producción a 14nm, pero se mejora la microarquitectura para conseguir un mayor rendimiento a un menor consumo. Ya conocimos los dos primeros, el i7 6700K y el i5 6600K, y ahora le damos la bienvenida al resto.