Elementos y caracteristicas de la Arquitectura de Von Neuman y Harvard PDF

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Mediante un ensayo descriptivo sobre las arquitecturas de Von Neumann y Harvard se podrá evidenciar la perfecta comprensión de los conceptos que se han estudiado y que son referentes a los sistemas computacionales....

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Tarea 2 Conocer los elementos y características de la arquitectura de Von Neumann y Harvard

Realizado por: Daniela Alexandra Ordoñez Betancour Código: 1006843213 Jeyson Fernando Nieto Roldán Código: 1123329948 Yimerson Aimar Gonzalez muñoz código: 1006947204 Grupo: 301302_32

Entregado A: Alvaro Javier Gomez Tutor:

Universidad Nacional Abierta y a Distancia (UNAD) Escuela de Ciencias Básicas Tecnología e Ingeniería Ingeniería de Sistemas Orito Putumayo

Introducción

El conocimiento adecuado de los conceptos propios de la arquitectura de computadores es indispensable para comprender y entender el funcionamiento de todos los sistemas que están en acción, dicho conocimiento será posible mediante el estudio de la temática adecuada de que se trata esta fase, una manera más conveniente de aplicar todos lo aprendido es la realización de un mapa conceptual que sintetice la estructura y funcionamiento de la computadora. Mediante un ensayo descriptivo sobre las arquitecturas de Von Neumann y Harvard se podrá evidenciar la perfecta comprensión de los conceptos que se han estudiado y que son referentes a los sistemas computacionales.

Objetivos Objetivo General: Comprender la organización, arquitectura y funcionamiento de los computadores, basados en la arquitectura de Von Neumann y Harvard sus características, así como la breve historia de los computadores. Objetivos Específicos 

Conocer y reforzar conceptos fundamentales respectivos a la unidad 1 de arquitectura de computadores.



Realizar mapa mental referente la máquina de Von Neumann y Harvard recalcando las características al igual que sus ventajas y desventajas.



Representar los enfoques funcional y estructural de la arquitectura de un computador en un mapa conceptual.



Conocer de manera general cómo ha evolucionado el concepto y la estructura del computador a lo largo del tiempo.



Conocer los dos tipos de organizaciones de un computador más habituales: Von Neumann y Harvard.

Daniela Alexandra Ordoñez Betancour Link del mapa conceptual: https://lucid.app/lucidchart/invitations/accept/8c7c7b4e-2566-44cc-bf9b-4909a4d7f1b2

Jeyson Fernando Nieto Roldán Enlace del diagrama:

https://lucid.app/lucidchart/invitations/accept/43112808-9c8e-4ce2-bd9b-e8c23bd46406

Yimerson Aimar Gonzalez muñoz Link del mapa: https://cmapscloud.ihmc.us:443/rid=1WNTG37SX-23ZK6KL-34CPYH

ENSAYO Autora: Daniela Alexandra Ordoñez Betancour Arquitectura de Von Neumann: Los ordenadores actuales se basan en el modelo de Von Neuman. Este modelo define la computadora como un cuadro de subsistemas compuesto por:     

Memoria: Es el área de almacenamiento donde los programas y los datos se almacenan durante el procedimiento. Unidad lógica aritmética: Es donde se realizan los cálculos aritméticos y las operaciones lógicas. Unidad de control: Determina las operaciones de la memoria, de la unidad lógica y de la unidad de entrada/salida. Unidad de Entrada: Es el que acepta los datos de entrada desde el exterior del computador. Unidad de Salida: Es el encargado de enviar resultados del procesamiento al exterior.

El modelo de Von Neumann establece que los programa deben almacenarse en la memoria, esto a diferencia del modelo de las primeras computadoras ya que en estas solo se almacenaban en la memoria los datos básicos del programa. En las computadoras actuales se almacenan en la memoria tanto los programas como sus datos correspondientemente. Lo que implica que tanto los datos como los programas deben tener el mismo formato, los cuales se guardan como una secuencia de unos y ceros.

Un Programa en el modelo de Von Neumann se conforma de un numero finito de instrucciones, en las cuales la unidad de control trae una instrucción de la memoria, la interpreta y luego la ejecuta, estas instrucciones pueden requerir que la unidad de control salte a algunas instrucciones previas o anteriores. Arquitectura de Harvard: La arquitectura de Harvard cuenta con dos memorias separadas, una memoria para los programas y otra para los datos, y estas solo son accesibles a través de distintos buses. Para acceder a la memoria de programas se cuenta con un bus de datos de 14bits y para acceder a la memoria de datos se cuenta con un bus independiente de 8bits. Esto mejora el ancho de banda a comparación de la arquitectura tradicional de Von Neumann, que como se mencionó anterior mente esta solo utiliza una sola memoria para los programas y los datos, y a las cuales se acceden por el mismo bus. Esta separación permite que el procesador pueda acceder de forma separada y simultáneamente a las dos memorias. El procesador dispone de un sistema de conexión independiente para acceder a la memoria de instrucciones y a la memoria de datos, por lo cual permite que una instrucción sea ejecutada mientras que la siguiente es extraída, también permite que tanto los datos como los programas puedan tener diferentes formatos y características. En este modelo de arquitectura debe haber un mapa de direcciones de instrucciones y un mapa de direcciones de datos separados.

Modelo de Harvard

Hay dos tipos de computadores que utilizan la arquitectura de Harvard, estos son: 



Los microprocesadores: Es un sistema encargado de controlar el funcionamiento de un dispositivo. Como, por ejemplo: Controlar las funciones de un electrodoméstico. El DSP (Procesador de señales digitales): Es un dispositivo capaz de procesar en tiempo real señales procedentes de diferentes fuentes.

ENSAYO

Autor; Jeyson Fernando Nieto Roldán La arquitectura de Von Neumann es caracterizada por los procesadores que poseen el mismo dispositivo de almacenamiento en donde coexisten tanto datos como instrucciones. Las instrucciones y los datos son almacenados en el mismo formato dentro de la misma memoria, lo que quiere decir que las instrucciones son datos y comparten el mismo bus de datos en su transmisión. La ventaja de este tipo de arquitectura es que es eficiente en la utilización de la memoria, pero su desventaja es que los tipos de datos no pueden ser reconocidos sin ambigüedad. La arquitectura Harvard esencialmente posee una diferencia muy marcada con respecto a la arquitectura Von Neumann, la cual es que los procesadores utilizan dispositivos de almacenamiento físicamente separados para el manejo de instrucciones y datos. Limitaciones de esta arquitectura: las principales limitaciones que se encuentra con la arquitectura de Von Neumann son: Limitaciones de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas, también se puede observar que otra de las litaciones que tienen esta clase de arquitectura es la limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y a otros, lo cual impide super poner ambos tiempos de acceso. En el diseño de la estructura de una máquina de Von Neumann se puede reconocer ciertos datos importantes a tener en cuenta, pues en 1946 Von Neumann y sus colegas empezaron en el Instituto para Estudios Avanzados para Princeton el diseño de un nuevo computador de programa almacenado, el computador IAS, es el prototipo de toda una subsecuencia de computadores de uso general, con estas características muy revolucionarias: una memoria principal que alacena tanto datos como instrucciones y además se le diseñó una unidad aritmético – lógica ( ALU) capaz de hacer operaciones con datos binarios, una unidad de control capaz de interpretar las instrucciones en memoria y a partir de ahí provocar su ejecución y también se le integró un equipo de entrada salida (E/S) el cual sería dirigido por la unidad de control.

La arquitectura Harvard El modelo de la arquitectura de Harvard tiene gran diferencia con respecto al modelo de Von Neumann, se pueden encontrar ciertas características como por ejemplo que este modelo se diferencia principalmente por que las instrucciones de los datos que se comunican con la unidad central de proceso, se encuentran divididas en dos memorias separadas, llevando de esta manera a que se utilicen distintos buses de información. Al contrario del modelo de la arquitectura de Von Neumann este modelo que platea Harvard no requiere de la ambigüedad para poder reconocer los datos, no es tan suficiente en la utilización de la memoria. En el modelo de Harvard se puede observar que los elementos como instrucciones y datos son almacenados en caches diferentes que hace que el rendimiento del equipo mejore, aun así, se tiene el inconveniente entonces de que es necesario dividir la cantidad de memoria caché entre los dos. Para resumir un poco la forma en que se basa la arquitectura de Harvard se puede decir que, se almacenan en caches diferentes las instrucciones y los datos, esto para optimizar el rendimiento en la unidad, también que a raíz de esta división en su procesamiento se efectúa un desmejoramiento en la funcionalidad dado que tiene que dividir las memorias caches entre los dos procesos (funciona muy bien cuando la frecuencia de lecturas de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma), también se debe decir que esta arquitectura utiliza un Procesador de Señal Digital (DSP) que incide en el procesamiento de audio y video.

En el siguiente cuadro comparativo se visualiza de manera más específica las características que hacen particulares estas arquitecturas, que son objeto de estudio en esta fase.

ARQUITECTURA

ARQUITECTURA

HARVARD NEUMANN Año 1945

Año 1947

ENIAC

MARKI

La CPU se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan los códigos de instrucción de programa, como los datos que serán.

Tiene un bus separado para el programa y otro para los datos. Así se evita el problema del cuello de la botella de Von Neumann.

Memoria de datos

Memoria RAN

Memoria de instrucciones

Memoria RON

Fecha de creación

Primera computadora

Estructura

Memoria

Memoria CACHE BUSES

Bus de datos

Bus de datos

Bus de direcciones

Bus de direcciones

Bus de control

Tipo Computadoras

de Supercomputadoras

Supercomputadoras

Semejanzas

Guardan información

Guardan información

Diferencias

Un solo bus de datos Solo dos buses comunica es la más independientes mayor utilizada, aunque la más velocidad, aunque no tan utilizada. lenta.

ENSAYO Autor: Yimerson Aimar Gonzalez muñoz Arquitectura de Von Neumann. Fue un matemático estadunidense de origen húngaro quien estableció las bases de funcionamiento de los procesadores actuales. Los primeros ordenadores necesitaban del recableado completo cuando se trataba de darles nuevas instrucciones, que se realizaba a través de un panel similar a las centralitas telefónicas manejadas por operadoras. Estos datos se conservaban en dos estados (0 o 1) de una serie de relés la programación consistía en hacer conexiones a través del panel electrónico. Principio de funcionamiento La idea que planteo fue almacenar el programa junto con los datos, de esta forma se evitaba las conexiones cuando se quería ejecutar un nuevo programa en nuestro ordenador. Disponía de las siguientes partes: Memoria central: Almacena el programa y los datos referidos al programa Unidad Central de Procesos: Se encarga de la ejecución del programa Periféricos: Para el almacenamiento o para operaciones de entradas y salidas Buses: Estructura de interconexión entre todas las partes que forman esta arquitectura

Arquitectura de Harvard. La principal diferencia con la arquitectura Von Neumann es que la arquitectura Harvard dispone de dos memorias. Una para los datos y otra para las instrucciones

Tiene una ventaja evidente. Permite leer en paralelo los datos y las instrucciones, así, cuando se está leyendo la instrucción se puede estar leyendo al mismo tiempo los datos relativos a esa instrucción. Sin embargo, presenta una desventaja y es que puede ocurrir que falte memoria de uno de los tipos y falte del otro. Esto ha hecho que se difunda más la arquitectura Von Neumann. Se puede establecer otra clasificación teniendo en cuenta el conjunto de instrucciones que son la arquitectura RISC y la CISC la arquitectura de los procesadores es el juego de instrucciones. Este aspecto es importante porque dicho juego define el diseño físico del conjunto, dado que hay que establecer las correspondientes características hardware para que las instrucciones se puedan ejecutar de forma correcta.

Teniendo en cuenta todo esto el problema del diseño desde el punto de vista del juego de instrucciones nos da lugar a dos posibles soluciones: Arquitectura CISC: Del inglés Complex instruction Set Computer, es decir Computadoras con un conjunto de instrucciones complejo. Arquitectura RISC: Del inglés Reduced instruction Set Computer, es decir Computadoras con un conjunto de instrucciones reducido.

Conclusiones de las lecturas de la Unidad 1. Daniela Ordoñez

Con las investigaciones realizadas se identificó claramente cuáles son los componentes, el funcionamiento y las características de la arquitectura de Von Neumann y la arquitectura de Harvard. También se identificó a través del mapa conceptual los enfoques funcional y estructural de una computadora. En el modelo de Von Neumann podemos concluir que este es el que establece el estándar de los componentes esenciales de una computadora, ya que una computadora física debe incluir los cuatro componentes definidos por este modelo. Una característica de este modelo es que estableció que en la memoria se almacenen tanto los programas como los datos, esto porque antiguamente solo se almacenaban los datos básicos de los programas. En el modelo de Harvard podemos concluir que este no es muy utilizado en los computadores de propósito general, sino que se utiliza para aplicaciones específicas. Una característica es que a diferencia del modelo de Von Neuman, este utiliza dos memorias separadas, una para los programas y otra para los datos.

Yeison Nieto

Yimerson Gonzalez

Como parte del aprendizaje al realizar esta actividad ha sido conocer que la interesante estructura que desarrolló la máquina de Von Neumann presenta la unidad aritmética – lógica (ALU), la cual es capaz de hacer operaciones con datos binarios y también que esta estructura utiliza una memoria principal para almacenar los datos y las instrucciones que se ingresan. De igual forma fue posible comprender que en la estructura de Harvard, una de las cosas en las que esta se diferencia de la anterior es el hecho de que las instrucciones y los datos que se ingresan son almacenados en caches separadas lo que hace que el rendimiento sea mejor. Gracias a la realización de esta actividad pude comprender un poco más a fondo el procesamiento de computador a la de procesar datos ingresados por un usuario, pude determinar cuál es el recorrido que hacer por cada uno de los procesos Memoria central Unidad Central de Procesos Periféricos Buses Haciendo un énfasis de la actividad puedo concluir que la arquitectura de Von Neumann y Harvard fueron indispensables para el desarrollo tecnológico porque con ello lograron que las futuras generaciones limitaran e implementaran un modelo donde no se requieran grandes procesos en la introducción de nuevos programas o datos en una computadora.

Conclusiones de la actividad Daniela Ordoñez

Yeison

Mediante la realización de esta actividad me ha sido posible

Nieto

comprender ciertas características y particularidades bastantes interesantes de las dos arquitecturas que para esta fase son objeto de estudio, como por ejemplo que, gracias a la arquitectura de Von Neumann fue posible desarrollar una computadora la cual se convertiría en ser una de las primeras máquinas en usar memoria RAM, demostrando de esta manera las desventajas del uso de programas almacenados en memoria.

Yimerson Gonzalez

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