Arquitectura de computadores
De Wikipedia, la enciclopedia libre
 |
Este artÃculo o sección sobre informática necesita ser wikificado con un formato adecuado a las convenciones de estilo de Wikipedia. Por favor, edÃtalo para cumplir con ellas. No elimines este aviso hasta que lo hayas hecho. ¡Colabora wikificando! |
La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.
También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.
La segmentación de instrucciones es similar al uso de una cadena de montaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de varias etapas de producción antes de tener el producto terminado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área especÃfica de la lÃnea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnologÃa es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors.
Un pipeline processor está compuesto por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales.
Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos o información para uso externo.
Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguientes aspectos:
- Almacenamiento de operandos en la CPU: dónde se ubican los operandos aparte de la memoria.
- Número de operandos explÃcitos por instrucción: cuántos operandos se expresan en forma explÃcita en una instrucción tÃpica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3.
- Posición del operando: Puede cualquier operando estar en memoria?, o deben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU. Cómo se especifica la dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles)
- Operaciones: Qué operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones.
- Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican.
[editar] Almacenamiento de operandos en la CPU
La diferencia básica está en el almacenamiento interno de la CPU. Las principales alternativas son:
- [Pila]
- Acumulador
- Conjunto de registros
- CaracterÃsticas
En una arquitectura de acumulador un operando está implÃcitamente en el acumulador siempre leyendo e ingresando datos. (Ej: calculadora Standard)
En la arquitectura de pila no es necesario nombrar a los operandos ya que estos se encuentran en el tope de la pila. (Ej: calculadora de pila HP)
La Arquitectura de registros tiene solo operandos explÃcitos (es aquel que se nombra) en registros o memoria.
Ventajas de los diferentes tipos de Arquitecturas
- Pila : Modelo sencillo para evaluación de expresiones (notación polaca inversa). Instrucciones cortas pueden dar una buena densidad de código.
- Acumulador: Instrucciones cortas. Minimiza estados internos de la máquina. (unidad de control sencilla)
- Registro: Modelo más general para el código de instrucciones parecidas. Automatiza generación de código y la reutilización de operandos. Reduce el tráfico a memoria. Un computador actualmente tiene como estándar 32 registros. El acceso a los datos es más rápido.
Desventajas de los diferentes tipos de Arquitecturas
- Pila: A una pila no se puede acceder aleatoriamente. Esta limitacion hace difÃcil generar código eficiente. Tambien dificulta una implementación eficente, ya que la pila llega a ser un cuello de botella.
- Acumulador: Como el acumulador es solamente almacenamiento temporal, el tráfico de memoria es el más alto en esta aproximación.
- Registro: Todos los operadores deben ser nombrados, conduciendo a instrucciones más largas.