PRESENTACION DEL COMPUTADOR.

4. El Pasado El Computador Los precursores Ábaco Máquina de Leibniz Máquina analítica Pascalina

5. El Computador ENIAC 1946 El Pasado

6. El Computador ENIAC 1946 El Pasado

7. El Computador ESPAÑA 1954 El Pasado

8. El Computador Esta foto es falsa pero refleja las ideas de la época. Supuesta predicción hecha en 1954 sobre el aspecto de un computador personal en 2004 El Pasado

9. El Computador “ Where a calculator on the ENIAC is equipped with 18,000 vaccuum tubes and weighs 30 tons, computers in the future may have only 1,000 vaccuum tubes and perhaps weigh 1.5 tons.” Popular Mechanics, March 1949 “ Mientras que el ENIAC está equipado con 18.000 válvulas de vacío y pesa 30 toneladas, los computadores del futuro pueden tener sólo 1.000 válvulas de vacío y quizás pesen 1.5 toneladas” El Pasado

10. El Computador Es evidente que la previsión no fue muy acertada… ¿Por qué se alejaron tanto de la realidad? Principalmente por la revolución tecnológica que supusieron el transistor y la integración de circuitos a gran escala. El Pasado

11. El Computador ENIAC en un chip 1997 El Pasado Tecnología de 500 nm 7,44 mm 5,29 mm

12. El Computador El Pasado El grado de integración ha ido en aumento: ENIAC en un chip 1997 Tecnología de 500 nm Intel Core i7 2008 Tecnología de 45 nm Tecnología de 8 µ m = 8000 nm Intel 4004 1971

13. Cabello humano 100 µm Pero . . . ¿de qué tamaños estamos hablando? El Computador El Pasado Tecnología de 8 µm (1971)

14. El Computador El Pasado Bacteria Escherichia Coli 1 µm x 3 µm Pero . . . ¿de qué tamaños estamos hablando? Tecnología de 500 nm (1997) Tecnología de 8 µm (1971) . . . y sigue aumentando el grado de integración. Virus HIV 100 nm Tecnología de 45 nm (2008)

15. El Computador Intel 4004 1971 El Pasado

16. El Computador Intel 4004 El Pasado

17. El Computador Intel 4004 El Pasado

18. El Computador Intel 4004 El Pasado

19. El Computador Intel 4004 Generador de 8 fases de reloj Decodificación de instrucciones ALU Registros índice Pila y contador de programa El Pasado

21. El Computador Intel Core i7 2008 El Presente

22. El Computador Intel Core i7 2008 El Presente

23. El Computador Intel Core i7 2008 El Presente Núcleos Caché L3 común

24. El Computador Núcleos Caché L3 común Intel Core i7 2008 El Presente

25. El Computador Núcleos Caché L3 común Intel Core i7 2008 El Presente Unidades de Ejecución Caché L1 de datos Caché L2 Planificador de ejecución fuera de orden Decodificación Caché L1 de instrucciones Predicción de salto

26. El Computador Intel Core i7 2008 El Presente Núcleos Caché L3 común

27. El Computador POWER 7 (IBM 2010) El Presente Ceramic module

30. El Computador CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Presente

31. El Computador CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Presente

32. El Computador CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Presente

33. El Computador CELL (Sony-Toshiba-IBM) El Presente

35. El Computador Niveles de máquina Lenguaje ensamblador Sistema operativo Máquina convencional Lenguajes de alto nivel Es lo que define la “arquitectura” Estructura Básica

36. El Computador Soporte de los niveles Interpretación Programa fuente Nivel 2 Intérprete Nivel 1 Estructura Básica

37. El Computador Soporte de los niveles Traducción Programa fuente Nivel 2 Traductor Nivel 1 Programa objeto Estructura Básica

38. El Computador Soporte de los niveles Traducción Estructura Básica Programa fuente Nivel 2 Traductor Nivel 1 Programa objeto Traductor Ensamblador: 1 instrucción fuente  1 instrucción objeto Compilador: 1 instrucción fuente  varias instrucciones objeto

43. El Computador Taxonomía de Flynn Estructura Básica SISD Flujo de instrucciones Simple Múltiple SIMD MISD MIMD Flujo de datos Múltiple Simple

44. El Computador Arquitectura de Von Newman Estructura Básica CPU MEMORIA E/S

45. El Computador Chipset típico CPU Puente Norte (MCH) Puente Sur (ICH) Tarjeta Gráfica Memoria Principal Ratón Teclado Disco USB FSB Estructura Básica

46. El Computador Chipset para Intel Core i7 Estructura Básica

47. Placa base de Intel Core i7 X58 ICH10 CPU El Computador Estructura Básica

48. Placa base de Intel Core i7 El Computador CPU ICH10 X58 Estructura Básica

50. El Computador : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa Tiempo de ejecución Rendimiento Rendimiento = 1 Tiempo de ejecución

51. El Computador Si Tiempo de ejecución de A < Tiempo de ejecución de B diremos que A es n veces más rápido que B, siendo… Rendimiento : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa A : xor r4,r1 move r4,r5 sub r1,r2 : Programa B n = Tiempo de ejecución de B Tiempo de ejecución de A Rendimiento de A Rendimiento de B =

52. Ecuación de rendimiento del procesador El Computador C iclos P or I nstrucción I : Instrucciones ejecutadas T : Periodo del reloj F : Frecuencia del reloj Rendimiento CPI = Ciclos de reloj para el programa Número de instrucciones ejecutadas : move r1,r2 add r3,r4 move r1,r5 : Programa T ej. = I x CPI x T = I x CPI F

53. Permite calcular la ganancia en el rendimiento que obtendríamos al mejorar una parte del computador. Establece que la ganancia está limitada por la fracción de tiempo en la que puede ser utilizada la mejora. Seguidamente vamos a definir algunos conceptos a partir de los cuales definiremos la ley. El Computador Ley de Amdhal Rendimiento

54. El Computador Nos indica el aumento de rendimiento o mejora del tiempo de ejecución tras haber introducido la mejora. Aceleración (speedup) Rendimiento S = Rendimiento con la mejora Rendimiento sin la mejora S = Tiempo de ejecución sin la mejora Tiempo de ejecución con la mejora

55. El Computador Indica cuantas veces es más rápida la parte mejorada respecto a la versión sin la mejora. Indica la parte del tiempo total de ejecución que puede ser reducida mediante la mejora. Fracción mejorable Mejora Rendimiento F = Tiempo que se puede mejorar Tiempo total M = Tiempo sin mejora Tiempo con mejora

56. El Computador El nuevo tiempo de ejecución se puede calcular como: Con lo que la aceleración tras la mejora será: Rendimiento (1 - F) + S = T Antiguo T Nuevo = F M 1 T nuevo = 1 M T Antiguo x (1 - F) + F

59. El Computador Ejemplo de SPEC Rendimiento

60. El Computador Rendimiento

61. El Computador Rendimiento

62. El Computador Rendimiento

63. El Computador Rendimiento

64. El Computador Rendimiento

65. El Computador Rendimiento

66. El Computador Rendimiento

67. El Computador Rendimiento

68. El Computador El resto son indicaciones sobre las opciones de compilación usadas, flag de optimización, etc … Rendimiento

70. Disipación de Potencia El Computador La disipación de calor es uno de los grandes problemas en el diseño de los procesadores y de los circuitos integrados en general. El calor es generado por la potencia disipada y ésta ha ido en aumento con el paso de los años: 0,45 W 160 W

72. El Computador El aumento de la superficie de disipación se obtiene acoplando estructuras de materiales que conduzcan fácilmente el calor y una gran superficie. Disipación de Potencia

73. El Computador La rápida renovación del aire se logra acoplando ventiladores a las estructuras de disipación. Disipación de Potencia

74. El Computador En casos extremos se utilizan métodos más sofisticados: Disipación de Potencia Refrigeración por agua Célula Peltier Hielo seco

75. El Computador Disipación de Potencia Potencia total disipada Potencia dinámica + Potencia de cortocircuito Potencia estática +

76. El Computador Se produce por la conmutación de los transistores. P d = A x C x V 2 x F A : Coeficiente de actividad C : Capacidad V : Voltaje de funcionamiento F : Frecuencia de conmutación Disipación de Potencia Potencia dinámica

77. El Computador Es debida a la corriente que fluye durante un tiempo t entre la alimentación y la tierra cuando las puertas conmutan. P c = A x t x V x I c A : Coeficiente de actividad t : Tiempo V : Voltaje de funcionamiento I c : Corriente de cortocircuito Disipación de Potencia Potencia de cortocircuito

78. El Computador Es provocada por la corriente de pérdida que fluye por el transistor aunque éste no funcione. P e = V x I e V : Voltaje de funcionamiento I e : Corriente estática de fuga Disipación de Potencia Potencia estática Aunque es muy pequeña, adquiere la suficiente importancia cuando el número de transistores es elevado.