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1.1.3. Arquitectura de los computadores: Harvard y Von Neumann Arquitectura de Harvard

Howard Aiken construyó en Harvard un computador electromecánico denominado Mark-1. A la Mark-1le siguió una máquina de relés, la Mark-11, y un par de máquinas de tubos de vacío, la Mark-111 y la Mark-1V. Estas últimas fueron construidas después de las primeras máquinas de programa almacenado. Debido a que tenían memorias separadas para instrucciones y datos, las máquinas fueron consideradas como reaccionarias por los defensores de los computadores de programa almacenado. El término arquitectura Harvard fue acuñado para describir este tipo de máquina. Aunque claramente diferente del sentido original, este término se utiliza hoy para aplicarlo a las máquinas con una sola memoria principal pero con caches de datos e instrucciones separadas. Pág. 26 Arquitectura de Computadores John L. Hennessy David A. Patterson El término proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores. Una de las memorias contiene solamente las instrucciones del programa (Memoria de Programa), y la otra sólo almacena datos (Memoria de Datos). Ambos buses son totalmente independientes lo que permite que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Como los buses son independientes éstos pueden tener distintos contenidos en la misma dirección y también distinta longitud. También la longitud de los datos y las instrucciones puede ser distinta, lo que optimiza el uso de la memoria en general. Para un procesador de Set de Instrucciones Reducido, o RISC (Reduced Instrucción Set Computer), el set de instrucciones y el bus de memoria de programa pueden diseñarse de tal manera que todas las instrucciones tengan una sola posición de memoria de programa de longitud. Además, al ser los buses independientes, la CPU puede acceder a los datos para completar la ejecución de una instrucción, y al mismo tiempo leer la siguiente instrucción a ejecutar. Ventajas de la arquitectura Harvard – Instrucciones y datos de distinto largo – Memorias de distinto tamaño • Bits de direccionamiento distintos – Memorias con distinta tecnología – Disminuyo el cuello de botella en el acceso a memoria – En controladores embebidos: • RAM para los datos

• ROM para las instrucciones Arquitectura de Von Neumann

La máquina de von Neumann tenía cinco partes básicas: la memoria, la unidad aritmética lógica, la unidad de control y el equipo de entrada y salida. La memoria constaba de 4096palabras, cada una de las cuales contenía 40 bits que podían ser 0 o 1. Cada palabra contenía dos instrucciones de 20 bits O bien un entero con signo de 40 bits. Ocho bits de cada instrucción estaban dedicados a indicar el tipo de instrucción, y 12 bits se dedicaban a especificar una de las 4096 palabras de memoria. Dentro de la unidad de aritmética lógica había un regi stro interno específico de 40 bits llamado acumulador. Una instrucción típica sumaba una palabra de la memoria al acumulador almacenaba el contenido del acumulador en la memoria. La máquina no tenía aritmética de punto flotante porque von Neumann pensaba que cualquier matemático competente debería poder seguir mentalmente la pista al punto decimal (en realidad el punto binario). Más o menos en las mismas fechas en que von Neumann estaba construyendo la máquina IAS, investigadores de MIT también estaban construyendo una computadora. A diferencia de IAS, ENIAC y otras máquinas de su clase, que empleaban palabras largas y estaban diseñadas para manipulación pesada de números, la máquina del MIT, Whirlwind 1, tenía palabras de 16 bits y estaba diseñada para el control en tiempo real. Este proyecto dio pie a la invención de la memoria de núcleo s magnéticos por Jay Forrester, y finalmente a la primera minicomputadora comercial. Pág. 17 -20 Tanenbaum, Andrew S.- Organización de Computadoras. Un Enfoque Estructurado. Cuarta Edición. México, Prentice Hall, 2000 Objetivos para la creación de los Sistemas Operativos. Un sistema operativo es un programa que, desde el punto de vista del programador, añade varias instrucciones y funciones nuevas, más allá de lo que el nivel ISA proporciona. Normalmente, el sistema operativo se implementa casi totalmente en software, pero no existe una razón teórica para no colocarlo en hardware, como se hace normalmente con

las microprogramas (cuando están presentes). Usaremos el acrónimo OSM (Operating System Machines para referimos al nivel que el sistema operativo implementa, el nivel de máquina de sistema operativo, que se muestra en la figura 61. El objetivo fundamental de los sistemas de computación es ejecutar los programas de los usuarios y facilitar la resolución de sus problemas. El hardware se construye con este fin, pero como este no es fácil de utilizar, se desarrollan programas de aplicación que requieren ciertas operaciones comunes. Otros objetivos son:  Transformar el complejo hardware de una computadora a una máquina accesible al usuario.  Lograr el mejor uso posible de los recursos.  Hacer eficiente el uso del recurso.

Pág. 403-404 Tanenbaum, Andrew S.- Organización de Computadoras. Un Enfoque Estructurado. Cuarta Edición. México, Prentice Hall, 2000...