1 Asignación Nro. 1 Arquitectura del Computador TI – PI

Asignación Nro. 1
Arquitectura del Computador TI – PI
Parte I
El estimulo para la computadora electrónica fue la Segunda Guerra Mundial. Durante la primera parte de
la guerra, submarinos alemanes hacían estragos entre la armada británica. Los almirantes alemanes
enviaban órdenes por radio hasta los submarinos, pero eran interceptadas por los ingleses. El problema
era que los mensajes se codificaban mediante un aparato llamado Enigma.
A principios de la guerra, los espías británicos lograron adquirir una maquina Enigma de los espías
polacos, quienes la habían robado a los alemanes. Sin embargo, se requería un número abrumador de
cálculos para decodificar un mensaje, y esto tenia que hacerse inmediatamente después de
interceptarse el mensaje para que sirviera de algo. Para decodificar estos mensajes, el gobierno
estableció un laboratorio supersecreto que construyo una computadora electrónica llamada Colossus. El
famoso matemático Alan Turing ayudo a diseñar esta maquina, la cual entro en operación en 1943.
Ademas de estimular la construcción de Colossus, la guerra también afectó la computación es Estados
Unidos. El resultado de esto fue la construcción de ENIAC (Electronic Numerical Integrator And
Computer). Esta maquina fue diseñada y construida bajo la supervisión de John Mauchly y John Eckert
en la Universidad de Pensilvania, y fue el primer computador electrónico de propósito general del
mundo.
El BRL (Balistics Research Laboratory, Laboratorio de Investigación Balística) del Ejército, una agencia
responsable del desarrollo de tablas de tiro y de trayectoria para nuevas armas, tenia dificultades para
elaborarlas con exactitud y dentro de un plazo de tiempo razonable. Sin estas tablas de tiro, las nuevas
armas y piezas de artillería eran inútiles para los artilleros. EL BRL empleo a mas de 200 personas, la
mayoría mujeres, que utilizando calculadoras de mesa resolvían las ecuaciones balísticas necesarias.
La preparación de las tablas para una sola arma le habría llevado a una persona muchas horas, incluso
días.
Mauchly, un catedrático de Ingeniería Eléctrica de la Universidad de Pensilvania, y Eckert, uno de sus
alumnos de licenciatura, propusieron construir un computador de propósito general usando tubos de
vacío para utilizarlo en las aplicaciones de la BRL. En 1943 esta propuesta fue aceptada por el ejercito y
se comenzó a trabajar en al ENIAC. La maquina que construyeron era enorme, pesaba 30 toneladas,
ocupaba 15000 pies cuadrados y contenía mas de 18000 tubos al vacío. Cuando funcionaba consumía
140 Kilovatios de potencia y podía efectuar 5000 sumas por segundo.
El ENIAC era una maquina decimal y no binaria. Es decir, los números estaban representados de forma
decimal y no binaria. Se termino en 1946, demasiado tarde para ser utilizado durante la guerra. En su
lugar, su primera misión fue realizar una serie de cálculos complejos que se usaron para ayudar a
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determinar la viabilidad de la bomba de hidrogeno. Además, se le permitió a Eckert y Mauchly realizar
un curso en el que describieron su proyecto a sus colegas científicos, lo cual, marco el principio del
auge del interés en construir computadoras.
El uso de la ENIAC para una función distinta de aquella para la que fue construido demostró su
naturaleza de propósito general. Así, 1946 marcó el comienzo de la nueva era de los computadores
electrónicos, culminando años de esfuerzo. El ENIAC siguió funcionando bajo la dirección del BRL hasta
1955, cuando fue desmontado.
Parte II
Mientras Eckert y Mauchly trabajaban en la EDVAC, una de las personas que participaron en el
proyecto ENIAC, John Von Neumann, acudió al IAS (Institute of Advanced Studies, Instituto de Estudios
Avanzados) de Princeton para construir su propia versión de EDVAC, la maquina IAS. Von Neumann
fue un genio del calibre de Leonardo da Vinci; hablaba muchos idiomas, era experto en las ciencias
físicas y en matemáticas, y recordaba perfectamente todo lo que había escuchado, visto o leído. Podía
citar de memoria el texto exacto de libros que había leído hacia años. Cuando se intereso por las
computadoras, era uno de los matemáticos más eminentes del mundo.
Una cosa que pronto fue obvia para el, era que cargar y modificar programas para el ENIAC con un gran
número de interruptores era lento, tedioso e inflexible. Este proceso podría ser más fácil si el programa
se representa en una forma adecuada para ser guardado en la memoria del computador junto con los
datos. Von Neummann también percibió que la aritmética decimal en serie utilizada por la ENIAC podía
ser sustituida por aritmética binaria. De esta forma un computador podría conseguir sus instrucciones
leyéndolas de la memoria, y se podría hacer o modificar un programa colocando los valores en una
zona de memoria. Esta es idea conocida como concepto del programa – almacenado. La estructura
general del computador IAS fue la siguiente:
→ Como el dispositivo es principalmente un computador, tendrá que realizar las operaciones
aritméticas elementales muy frecuentemente. Estas son la suma, la resta, la multiplicación y la
división. Es por tanto razonable que contenga elementos especializados solo en estas
operaciones. Esta parte puede denominarse CA (Central Arthmetical).
→ El control lógico del dispositivo, es decir, la secuenciación adecuada de las operaciones debe
ser realizado eficientemente por un órgano de control central. Los órganos de control general
que se ocupan de que se lleven a cabo las instrucciones específicas se denominan CC (Central
Control).
→ Cualquier dispositivo que realice secuencias largas y complicadas de operaciones debe tener
una memoria considerable. Esta parte se denomina M (Memoria).
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→ El dispositivo tiene que estar dotado con la habilidad de mantener contacto de entrada y salida
con medios específicos de este tipo. El medio será llamado medio de grabación exterior del
dispositivo R (Recording)
→ El dispositivo debe tener órganos para transferir información a partir de R hacia CA y CC. Estos
órganos forman su entrada, que viene a ser la parte específica denominada I (Input).
→ El dispositivo debe tener órganos para transferir información a partir de sus partes especificas
CA y CC hacia R. estos órganos forman su salida, que viene a ser la parte especifica O
(Output).
Parte III
Un circuito digital es en el que solo están presentes dos valores lógicos. Por lo regular, una señal entre
0 y 1 voltio (por ejemplo el 0 binario) y una señal entre 2 y 5 voltios representa el otro valor (por ejemplo
el 1 binario). No se permiten valores fuera de estos dos intervalos. Diminutos dispositivos electrónicos,
llamados compuertas, pueden calcular diversas funciones con estas señales de 2 valores.
En la figura a) se muestra un transistor bipolar (el circulo) incorporado a un circuito sencillo. Este
transistor tiene tres conexiones con el mundo exterior: el colector, la base y el emisor. Cuando el voltaje
de entrada Vin es menor que cierto valor critico, el transistor se apaga. Esto hace que la salida del
circuito, Vout, adquiera un valor cercano a VCC, un voltaje regulado externamente, que suele ser de +5
voltios para este tipo de transistor.
Cuando Vin excede el valor critico, el transistor se enciende, lo que hace que Vout se baje a tierra (por
convención, 0 voltios).
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El aspecto importante es que cuando Vin es bajo, Vout es alto y viceversa. Así, este circuito es un
inversor que convierte un 0 lógico en un 1 lógico, y un 1 lógico en un 0 lógico. El resistor (la línea en
zigzag) es necesario para limitar la cantidad de corriente que el transistor absorbe y evitar que se
queme. El tiempo necesario para conmutar de un estado a otro suele ser de unos cuantos
nanosegundos. En la figura b), dos transistores se han conectado en serie. Si V1 y V2 son altos, ambos
transistores conducirán y Vout bajará. Si cualquiera de las dos entradas es baja, el transistor
correspondiente se apagará y la salida será alta. En otras palabras, Vout será bajo si y solo si tanto V1
como V2 son altos.
En la figura c) los dos transistores están conectados en paralelo, no en serie. En esta configuración, si
cualquiera de las entradas es alta, el transistor correspondiente se encenderá y ocasionará que la salida
vaya a tierra. Si ambas entradas son bajas, la salida se mantendrá alta.
Preguntas:
¿Qué diferencia se puede notar entre el computador Colossus y el computador ENIAC según el ámbito
o propósito para que fueron usados? Valor: 0,5 Puntos
¿El computador ENIAC toma todas las características enunciadas en el concepto de Computador
estudiado en clase? Valor: 0,5 Puntos
¿Cuáles eran las características del computador ENIAC en cuanto a tamaño y consumo de energía?
Valor: 0,5 Puntos
¿Según Von Neumann, cuales eran las dificultades que presentaba el computador ENIAC? Valor: 1
Punto
¿Es posible comparar o equiparar la estructura del computador IAS diseñado por Von Neumann con las
funciones básicas del computador estudiadas en clase? Valor: 1 Punto
¿A que tipos de compuertas lógicas corresponderían las situaciones señaladas en las figuras a), b) y c)?
Valor: 1,5 Puntos
Fecha de Entrega: Domingo 12 / 10 / 2010
Máximo 2 personas por grupo
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