UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA FACULTAD DE INGENIERÍA INDUSTRIAL Y DE SISTEMAS UNIDAD DE POSTGRADO: MAESTRIA EN INGENIERÍA DE SISTEMAS ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR Y SISTEMAS OPERATIVOS 2020-1 PRIMERA PRACTICA CALIFICADA Nombres y Apellidos: José Fernando Espinoza León _________________________________________________________________ 1. (2p) El computador ha evolucionado vertiginosamente en aproximadamente 70 años desde su aparición, indique tres factores que han permitido esta evolución a nivel de hardware. Adicionalmente adjunte un diagrama de bloques del computador, describa la función de cada uno de los bloques. Las Computadoras desde su creación han venido evolucionando desde que se concibió la primera generación denominada”Tubo de Vacio” en el año del 1951 al 1958 hasta la actualidad en que nos encontramos en la 5ta generación denominada “Inteligencia Artificial” concebida asi desde el año 1981. Entre los 3 factores que han permitido esta evolución a nivel de hardware podemos mencionar: Mayor velocidad. ✔ Mayor miniaturización de los elementos y mayor capacidad de memoria. ✔ Multiprocesador. ✔ Se considera que la 6ta generación podria denominarse la era de las Computadoras Inteligentes basadas en redes neuronales artificiales. DIAGRAMA EN BLOQUES DEL COMPUTADOR La PC dispone en el interior de su gabinete de los elementos fundamentales para su funcionamiento: microprocesador, memorias y unidades de discos. Para estar en contacto con el exterior, posee dispositivos de entrada y salida. Su diagrama en bloques es: Unidad Central de Procesos o Central Processing Unit: (CPU). Es la encargada de realizar el proceso con los datos e instrucciones. En la actualidad la CPU viene integrada en un solo circuito conocido con el nombre de microprocesador. En definitiva, un microprocesador es un circuito integrado capaz de ejecutar programas y controlar las unidades necesarias, para dicha ejecución. Dispone de dos bloques principales: a) Unidad Aritmética y Lógica o Arithmetic Logic Unit: (ALU) Es donde se realizan las operaciones de los datos. b) Unidad de Control: Tiene como misión supervisar todo el proceso, para lo cual recibe una señal eléctrica de sincronismo, de un circuito llamado reloj o clock. Memoria: Es cualquier lugar capaz de contener datos, programas y/o resultados de procesos. Se las puede clasificar de la siguiente manera: a) Memoria Central: Todo computador viene provisto de fábrica con una memoria central, también llamada memoria principal o memoria interna, que está constituida por las memorias RAM y ROM, las cuales cumplen funciones diferentes: a1) RAM (Random Access Memory) Es la memoria que contiene de forma temporaria el programa, los datos y los resultados que están siendo utilizados por el usuario del computador. Este tipo de memoria es volátil, es decir, pierde su contenido cuando se apaga el computador. a2) ROM (Read Only Memory) Esta memoria viene grabada de fábrica con una serie de programas que son indispensables para el funcionamiento del computador, por lo que solamente puede ser leída por el usuario y no escrita. Este tipo de memoria no es volátil. b) Memoria auxiliar: La memoria auxiliar, también llamada memoria secundaria, se usa para almacenar datos, información y cada uno de los programas que se van a necesitar en el computador. Puede ser magnética (como el caso del disco duro) u óptica (como el caso del CD-ROM). Buses: Todas las partes del computador anteriormente citadas deberán estar relacionadas entre sí; para ello, el mismo dispone de vías de comunicación llamadas comúnmente bus. Un bus necesita tener perfectamente definidas sus características en los siguientes aspectos: - conexión mecánica: son los conectores (o "enchufes") utilizados; - conexión eléctrica: son las señales eléctricas utilizadas (significado, valores de las tensiones, tiempos de establecimiento, etc.); - protocolo de comunicación: son las reglas que deben seguirse para establecer una comunicación. De esta forma, cualquier dispositivo de entrada/salida cuyo bus se adapte a las especificaciones mecánicas, eléctricas y al protocolo de comunicación de la CPU, podrá conectarse a la misma para establecer una comunicación. En el computador se distinguen: Bus de Direcciones: Es un conjunto de líneas unidireccionales que salen de la CPU, y seleccionan los dispositivos de entrada/salida o la posición de la memoria con la que va a trabajar. Bus de Datos: Es un conjunto de líneas bidireccionales para el intercambio de datos, instrucciones y resultados entre la CPU y los dispositivos de entrada/salida o la memoria, (que previamente han sido seleccionados por el bus de direcciones). Bus de Control: Es un conjunto de líneas de entrada y/o salida de la CPU, que permiten coordinar todas las operaciones del computador (no está dibujado en el esquema, ya que serían varias líneas uniendo todas las partes del computador). Dispositivos de entrada/salida o periféricos: Por medio de los mismos se ingresan los datos e instrucciones al computador y se obtienen los resultados del proceso. 2. (3p) Usted ejecutó el programa AIDA 64 en su equipo de cómputo, obtuvo un reporte que identifica las características de cada una de las unidades que constituyen su unidad. Se solicita describir de forma detallada el reporte que obtuvo, adjuntar una descripción de cada elemento obtenido. Para la identificación de las diferentes caractersticas de cada una de las unidades de mi equipo informático – BENCHMARKING, NO he usado Software Privativo AIDA, en su lugar he usado los siguientes software análogos: ✔ Hardinfo ✔ Neofetch ✔ hdparm ✔ Lshw ✔ Cpuinfo ✔ Linea de comandos en el Sistema Operativo GNU/Linux. Modelo del Sistema Compatible BIOS del Sistema INSYDE 1.50 Memoria Total 6 GiB Procesador Genuine Intel Intel(R) Pentium® P6100 @ 2.00GHz , 2 cores, 2x 1999,0 MHz, Clocks: 933,00 – 1999,00 MHz 1x Procesador de Gráficos VGA compatible controller - Intel Corporation Bus 001 Device 003: ID 0bda:0138 Realtek Semiconductor Corp. RTS5138 Bus 002 Device 004: ID 0951:1665 Kingston Technology Digital DataTraveler SE9 64GB Ethernet controller: Qualcomm Atheros AR8152 v1.1 Fast Ethernet Network controller: Qualcomm Atheros Dispositivos de Almacenamiento físicos Adaptador de Red AR9285 Wireless Network Adapter (PCI-Express) Plataforma (x32/x64) 64 bits Chequeando el Software, tomar los siguientes datos: Unidad Sistema de Archivos Ext4 Longitud máxima del nombre de archivo 255 Bytes por sector 512 Geometría CHS 16363 x 16 x 63 Calcular el tamaño del Disco Duro: Tamaño del disco duro: Marca del disco: Características del S.O. 320GB Toshiba - TOSHIBA MK3265GS Unidad Nombre del S. O. Debian GNU/Linux 10 (buster) x86_64 Memoria máxima 1 TB Número total de procesos en memoria 128 Subprocesos totales Tarjeta madre 1672 Fabricante Intel Modelo Velocidad del bus frontal DMI: TOSHIBA Satellite C650/Portable 100 MHz. Ancho de banda máximo de bus 400 MBps Memoria máxima 16GB Fabricante de memoria Kingston Aqui alguna de las capturas de algunas de las herramientas utilizadas para la identificación de carácteristicas de mi equipo - BENCHMARKING: HERRAMIENTAS BENCHMARKING ➢ HARDINFO DE SOFTWARE LIBRE UTILIZADAS PARA ➢ LSHW ➢ NEOFETCH ➢ TkGate 3. (3p) La Ley de Moore fue escrita por el ingeniero Gordon Moore en 1965, cuando era director de los laboratorios Fairchild Semiconductor (fue el co-fundador de Intel). Fue el primero en observar una tendencia en los primeros días de la microelectrónica que definiría la estrategia a seguir por todos los fabricantes de la industria en cuanto a la cadencia de integración de transistores en los circuitos integrados. Inicialmente, el enunciado decía que “el número de transistores por unidad de superficie en circuitos integrado se duplicará cada año”, luego en 1975, modificó su propia ley para aumentar esta cadencia a cada dos años. Equivocadamente, mucha gente cree que este periodo es de 18 meses debido a que el ejecutivo de Intel, David House, hizo tal afirmación, pero hay que tener en cuenta que ese dato no forma parte de la Ley de Moore. Se le solicita describa brevemente la propuesta de la Ley de Moore considerando el aspecto tecnológico desde el inicio de los transistores a la fecha. La extensión de la Ley de Moore es que los ordenadores, los componentes que funcionan en ordenadores y la potencia informática se vuelven más pequeños y rápidos con el tiempo, a medida que los transistores de los circuitos integrados se vuelven más eficientes. Los transistores son simples interruptores electrónicos de encendido y apagado integrados en microchips, procesadores y pequeños circuitos eléctricos. Cuanto más rápido procesan las señales eléctricas, más eficiente se vuelve un ordenador. Hoy en día, todos los procesadores de consumo están hechos de silicio, el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre, después del oxígeno. Pero el silicio no es un conductor perfecto, y los límites a la movilidad de los electrones que lleva imponen un límite duro en cómo puedes densamente embalar los transistores de silicio. Los transistores de silicio alcanzan actualmente los 14 nanómetros, y aunque algunos diseños de chips de 10 nanómetros llegarán pronto al mercado, se ha llegado a la conclusión de que para cumplir con la Ley de Moore durante un largo período de tiempo, las empresas tendrán que crear materiales más nuevos y mejores para que sean la base de los ordenadores de la próxima generación. Gracias a la nanotecnología, algunos transistores son más pequeños que un virus. Estas estructuras microscópicas contienen moléculas de carbono y silicio alineadas de manera perfecta que ayudan a mover la electricidad a lo largo del circuito más rápido. Hasta ahora, la Ley de Moore ha demostrado ser correcta, una y otra vez, y como resultado de ello se ha dicho durante mucho tiempo que es responsable de la mayoría de los avances en la era digital, desde PCs hasta superordenadores, debido a su uso en la industria de los semiconductores para guiar la planificación a largo plazo y establecer objetivos para la investigación y el desarrollo. La Ley de Moore es una ley de economía, no física. Indica que cada nuevo chip tendrá el doble de transistores y por lo tanto calculará la capacidad de la generación anterior para el mismo costo de producción. Esta sencilla regla ha impulsado todos los avances en la revolución tecnológica durante más de medio siglo y sigue definiendo los límites cada vez mayores de la tecnología actual, permitiéndonos tomar conceptos como la inteligencia artificial y los vehículos autónomos, y hacerlos realidad. 4. (3p) Los microprocesadores Intel han evolucionado desde el 80286 hasta el Intel Core i9. Se solicita identificar y describir las unidades internas del procesador Intel de su preferencia. PARA EQUIPO DE ESCRITORIO: PARA EQUIPOS PORTÁTILES.: AMD 5. (2p) En un cuadro comparativo resalte cinco diferencias entre las arquitecturas CISC y RISC. RISC y CISC son las caracterizaciones de conjuntos de instrucciones de computadora que forman parte de la arquitectura de computadora; difieren en complejidad, instrucción y formatos de datos, modos de direccionamiento, registros, especificaciones de códigos de operación y mecanismos de control de flujo, etc. Bases para la comparación RISC CISC Enfásis en Software Hardware Incluye Un solo reloj Multi-reloj Formatos de instruccion formato fijo (32 bits) Formatos variables (16-64 bits cada instrucción). Velocidad de reloj 50-150 MHz 33-50 MHz Ciclos por instrucción Ciclo único para todas las in- IPC entre 2 y 15. strucciones y un CPI promedio <1.5. Control de la CPU Cableado sin memoria de con- Microcodificado mediante trol. memoria de control (ROM). Tamaño del conjunto de in- Pequeña strucciones Grande 6. (1p) En el curso usted investigó un tema que posteriormente expuso. En esta oportunidad se le indicar cinco puntos más relevantes que identificó. El tema que me toco investigar es sobre Computadoras Analogas y los puntos relevantes fueron. a) LÍMITES DE TIEMPO Y DE EXACTITUD. En un proceso industrial los autómatas programables digitales controlan perfectamente toda la producción y gestionan, sin ningún tipo de fallo, desde la primera hasta la última operación de una fábrica moderna. b) Regulador y visualizador de procesos analógicos. Los motores y todos los sistemas de accionamiento se ponen en marcha o se detienen con tan sólo un bit de información. La orden de marcha y paro llega, prácticamente de forma instantánea, a cualquier elemento de la producción. c) Procesamiento analógico-digital y digital-analógico. Las señales de realimentación de las máquinas: temperatura, velocidad, presión, etc., son de tipo analógico y deben ser convertidas a digital para poder ser procesadas y, nuevamente, la respuesta en forma digital será convertida en analógica para reenviar la información a la máquina o a una pantalla visualizadora. Esta operación no es instantánea, necesita un tiempo. Este tiempo lo hemos asumido como despreciable. Pero los procesos no se están controlando en tiempo real. Desde que el mundo es digital, el concepto de tiempo real ha sido relativizado. Por otra parte, la señal analógica “leída” al ser convertida a digital debe ser “troceada”, lo que implica que la señal digital es una aproximación a la señal leída. Después de ser tratada debe volver a ser analógica, con lo que la señal de respuesta será otra aproximación de la señal real. Estos errores se convierten en irrelevantes a base de aumentar la resolución en bits de las señales digitales. Es decir, utilizamos “fuerza bruta” para solucionar el problema. d) VUELTA A LA ELECTRÓNICA ANALÓGICA. Actualmente ya nadie se plantea que la electrónica analógica pueda tener un futuro en el mundo actual. Como muy poca gente se plantea que un vehículo eléctrico pueda superar en prestaciones al motor de combustión interna. Sin embargo, el motor eléctrico es superior en prestaciones al de combustión y la electrónica analógica es superior en prestaciones a la electrónica digital. El problema es dar con el “chip” adecuado. e) FUTURAS APLICACIONES. Con la implementación de los memristor la electrónica y, sobre todo, la informática van a experimentar un avance más que significativo. Los memristores pueden formar transistores, aunque son mucho más pequeños. Pero, sobre todo, pueden ser formados como memoria de estado sólido no volátil, que permitiría una mayor densidad de datos que los discos duros con tiempos de acceso similares a la DRAM, sustituyendo ambos componentes. Como es un dispositivo analógico, no sólo podría almacenar bits ("1"s y "0"s), sino bytes o cadenas de bytes en el mismo espacio. Esto significa que, actualmente, para almacenar un dato necesitamos una serie de celdas de memoria que para un número en coma flotante, por ejemplo, es de 32 bits. Utilizando los memristor, sólo haría falta un memristor para ese mismo dato. Con este sistema, el tamaño de almacenamiento de las memorias aumentaría 32 veces. Para el desarrollo de un futuro procesador analógico el memristor facilitaría la labor de programar el valor de las resistencias en los AO de los calculadores, por lo que su implementación se podría realizar con relativa sencillez y su programación seguiría los estándares que se utilizan actualmente para los procesadores digitales. 7. (1p) Si su computador tiene una memoria principal de almacenamiento temporal de 8 GB. Se solicita determinar el número de líneas del bus de direcciones que administra la memoria. Adjuntar el rango de direcciones que le corresponde a la memoria expresada en hexadecimal. Podria direccionar directamente 4 gigabytes de memoria principal . Lima, 06 de julio del 2020
