1. Diferentes niveles en la arquitectura de un computador. Máquinas virtuales 2. Máquinas...
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1. Diferentes niveles en la arquitectura de un computador.
Máquinas virtuales
2. Máquinas multinivel actuales.
3. Evolución histórica de las máquinas multinivel.
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Un computador digital es una máquina que puede resolver problemas ejecutando ciertas instrucciones.
Un programa es una secuencia de instrucciones.
Los circuitos electrónicos de cada computadora reconocen un conjunto limitado de instrucciones muy simples.
Lenguaje máquina es el conjunto de instrucciones básicas de una computadora.
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Utilizar lenguaje máquina es difícil y tedioso. Solución:
sea L1 el lenguaje máquina y L2 un lenguaje más fácil de utilizar
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programa en L2
programa en L1
compilación (compilador)
interpretación (intérprete)
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Se puede imaginar la existencia de una máquina virtual cuyo lenguaje máquina es L2.
Se pueden crear L3, L4... cada uno más fácil de utilizar.
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nivel n
nivel 3
nivel 2
nivel 1
Mn con Ln
M3 con L3
M2 con L2
M1 con L1
..
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• La mayoría de las máquinas actuales constan de 6 niveles.
• Los microprogramas son directamente ejecutados por el hardware.
Lenguajes de alto nivel
Lenguaje ensamblador
Sistema operativo
Máquina convencional
Microprogramación
Lógica digital
nivel 5
nivel 4
nivel 3
nivel 2
nivel 1
nivel 0
Traducción (compilador)
Traducción(ensamblador)
Interpretación (sistema operativo)
Interpretación (microprograma)
Ejecutados directamente
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Es el hardware de la máquina. El nivel inferior sería el nivel de dispositivo. En este nivel:
Puertas lógicas Circuitos integrados Circuitos combinacionales Circuitos aritméticos Relojes Memorias Microprocesadores Buses
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Existe un programa llamado microprograma. La función del microprograma es interpretar las
instrucciones del nivel 2. En algunas máquinas no existe el nivel de
microprogramación.
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Cada fabricante publica el “Manual de referencia del lenguaje máquina” para cada uno de los computadores.
Las instrucciones del nivel de máquina las interpreta el microprograma.
En las máquinas en las que no existe el nivel de microprogramación, las instrucciones del nivel de máquina son realizadas directamente por los circuitos electrónicos.
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La mayoría de las instrucciones de este nivel están también en el nivel 2 pero además tiene un nuevo conjunto de instrucciones, una organización diferente de la memoria, posibilidad de ejecutar 2 o más programas ...
Las nuevas instrucciones las interpreta el sistema operativo.
Las que son idénticas a las del nivel 2 las lleva a cabo el microprograma.
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Los niveles 4 y superiores son utilizados por los programadores de aplicaciones.
Los niveles inferiores están diseñados para ejecutar los intérpretes y traductores de los niveles superiores y son escritos por los programadores de sistemas.
El ensamblador es el programa que lleva a cabo la traducción de un programa del nivel 4.
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Los lenguajes de alto nivel son más fáciles de utilizar que los lenguajes de niveles inferiores.
Son utilizados por los programadores de aplicaciones.
Los traductores de programas en lenguaje de alto nivel pueden ser compiladores o intérpretes.
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Historia de la arquitectura de computadores◦ La arquitectura de los computadores ha ido
evolucionando a lo largo de la historia.◦ Se divide la historia en distintas etapas llamadas
generaciones.
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Tecnología: Computadores mecánicos o electromecánicos con muchas
limitaciones. Personas destacadas:
Blaise Pascal construyó en 1642 una máquina calculadora para sumar y restar.
Charles Babbage construyó en 1834 de propósito general (almacén, taller y sección de E/S). Contrató a Ada para la programación de la máquina.
Aiken construyó la Mark I en 1944, inspirado en los estudios de Babbage.
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Tecnología: Válvula electrónica de vacío.
Modelos: ENIAC (1946): 18.000 válvulas, 30 toneladas, 1400 m, 100
Kw, 5.000 sumas por segundo. EDSAC (1949): primer ordenador con programa almacenado. UNIVAC: primer ordenador comercial.
Personas destacadas: Jonh Von Neumann establece un modelo de la estructura de
un ordenador (memoria,U.A.L., U. de control y U. de E/S). Crea la idea de computador con programa almacenado.
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Modo de funcionamiento: Se programa en lenguaje máquina, propio de cada
máquina y muy complicado. Se desconocen los leng. de programación. No existe S.O. Se realiza el programa cableado, se solicita hora para la
máquina, se inserta el panel de conexiones en el computador para ejecutar el programa.
Se resolvían cálculos numéricos. A principios de los 50 se mejoró el procedimiento con las
tarjetas perforadas.
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Tecnología: Transistor (Bardeen-Brattain, 1947). Ventajas: menor
espacio, menor consumo, más barato y mayor fiabilidad. Esto hace disminuir el precio y tamaño de los computadores.
Modelos: PDP-1 de DIGITAL
Modo de funcionamiento: Lenguajes de alto nivel : FORTRAN, COBOL, ALGOL, PL/1.
Se escribe el programa en papel, se perfora en tarjetas, se lleva al operador, se recoge el listado de impresora.
Sistema de procesamiento por lotes (con S.O.)
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lectora detarjetas
Unidad de cinta
Unidades de cinta
de entrada
del sistema
de salida
Unidad de cinta
Impresora
1401 de IBM 7094 de IBM 1401 de IBM
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$JOB información
$FORTRAN
$LOAD$RUN
$ENDDatos del programa
ProgramaFortran
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Tecnología: Circuitos integrados SSI (hasta 100) y MSI (100-3000)
Modelos: IBM sistema 360 y PDP-8 (DIGITAL)
Modo de funcionamiento: Lenguajes de alto nivel BASIC y PASCAL S.O con multiprogramación:
División de la memoria. Procedimientos de spooling (operación simultánea de
periféricos conectados en línea). Tiempo compartido.
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Tecnología: Se integra la UCP en un sólo chip: el microprocesador. Circuitos integrados LSI (3000-30000) y VLSI (más de
30000) Modelos:
IBM PC (1981), IBM PC XT (1982), IBM PC AT (1984), IBM PS/2 (1987), VAX (DIGITAL,1980), CRAY X-MP (1983)
Modo de funcionamiento: Software fácil de usar. Sistemas operativos MS-DOS, UNIX.. Sistemas operativos de red y sistemas operativos
distribuidos.
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Tecnología: Circuitos con más de un millón de componentes. Nuevas arquitecturas: paralelismo. Tecnología óptica.
Modelos: CONNECTION MACHINE, máquina masivamente paralela.
Modo de funcionamiento: Inteligencia artificial y sistemas expertos.
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Los primeros computadores digitales (años 40) sólo tenían 2 niveles (convencional y lógica digital).
Los circuitos digitales eran voluminosos, poco confiables y difíciles de construir.
El nivel de microprogramación se añadió para: simplificar la electrónica facilitar la escritura de compiladores ejecutar los programas más rápidamente (ROM más rápida
que la RAM) en los 70 estaba plenamente difundido
En los 50 aparecieron los ensambladores y compiladores. En los 60 aparece el sistema operativo.
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Cuanto más complicado el lenguaje máquina, más grande, complicado y lento el microprograma (ya que necesitan procedimientos).
La velocidad de la memoria RAM se aumentó con el avance de la tecnología (memorias de semiconductores).
Es difícil escribir, depurar y mantener el microcódigo. A principios de los 80 se elimina el nivel de
microprogramación para dar paso a las máquinas RISC.
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