Estructura de la Memoria

La memoria está compuesta por un determinado número de celdas, capaces de almacenar un dato o una instrucción y colocadas en forma de tablero de ajedrez. En lugar de tener 64 posibles posiciones donde colocar piezas, tienen n posiciones. No solo existe un "tablero" sino que existen varios, de esta forma la estructura queda en forma de tablero de ajedrez tridimensional .

Memoria: La memoria de la computadora es un arreglo de circuitos electrónicos capaces de mantener la polaridad de sus elementos por el tiempo que se encuentre encendida la computadora. Usualmente se le conoce como RAM (Memoria de acceso aleatorio).

En la memoria se alojan los programas que se están ejecutando y generalmente los datos que deben utilizar esos programas. Dentro de los programas que debe ejecutar la computadora, el principal de ellos es el sistema operativo.

El sistema operativo es un programa de computadora que se encarga de administrar los recursos del sistema de cómputo. Otros programas son los compiladores, traductores, demonios (programas que se ejecutan sin que se entere el usuario y que constantemente están revisando una tarea específica), etcétera.

Direccionamiento

Los ordenadores utilizan técnicas de direccionamiento con los siguientes fines: – Dar versatilidad de programación al usuario, proporcionando facilidades tales como índices, direccionamientos indirectos, etc., esta versatilidad sirve para manejar estructuras de datos complejas como vectores, matrices, etc. – Reducir el número de bits del campo de operando.Es tal la importancia de los modos de direccionamiento que la potencia de una maquina se mide tanto por su repertorio de instrucciones como por la variedad de modos de direccionamiento que es capaz de admitir.Implícito:En este modo de direccionamiento no es necesario poner ninguna dirección de forma explícita, ya que en el propio código de operación se conoce la dirección del (de los) operando(s) al (a los) que se desea acceder o con el (los) que se quiere operar.Un ejemplo de este tipo de direccionamiento lo podemos encontrar en la arquitectura de acumulador (AC) donde siempre hay un parámetro implícito y este es el AC. Finalizando y dejando este modo de direccionamiento generalizado para las arquitecturas más usuales, se remarca que también se puede encontraren la arquitectura con registros de propósito general, por ejemplo con órdenes como set c, que pone a 1 el registro c (acarreo).1. Inmediato:En la instrucción está incluido directamente el operando.En este modo el operando es especificado en la instrucción misma. En otras palabras, una instrucción de modo inmediato tiene un campo de operando en vez de un campo de dirección.El campo del operando contiene el operando actual que se debe utilizaren conjunto con la operación especificada en la instrucción. Las instrucciones de modo inmediato son útiles para inicializar los registros en un valor constante.Cuando el campo de dirección especifica un registro del procesador, la instrucción se dice que está en el modo de registro.

entre otros.

Conexión memoria - Procesador

La conexión entre la memoria y el procesador debe permitir que se realicen las operaciones de lectura y escritura de la forma descrita en la . Para ello son necesarios dos buses. El primero para que la memoria reciba la dirección del procesador, y el segundo para que el procesador envíe a la memoria el dato a escribir o que la memoria envíe al procesador el dato a leer. Además de estos dos buses el procesador debe notificar a la memoria el tipo de operación. 

Dado el número de bits del bus de direcciones se puede deducir el tamaño de la memoria. ¿Se puede cambiar el tamaño de la memoria de un ordenador? A la vista de las conexiones que se muestran en esto no es factible. El bus de direcciones es un conjunto de señales fijo y por tanto cambiar el tamaño de memoria significaría cambiar este número. Si un ordenador duplica su memoria RAM necesita un bit adicional en su bus de direcciones.

Los buses se implementan como pistas de metal en un circuito impreso y sus extremos se conectan a los puertos de entrada del procesador y la memoria, por lo que añadir un bit más al bus es una operación extremadamente compleja. Sin embargo, en los equipos actuales sí se ofrece la posibilidad de aumentar la memoria disponible mediante la inserción de circuitos adicionales. Esto es posible porque el bus de direcciones tiene más bits de los que son necesarios y además, el procesador comprueba que las direcciones de memoria utilizadas están dentro del rango correcto.

En general, en un procesador, el número de bits de los que consta el bus de direcciones es un parámetro fundamental de su arquitectura y no puede ser modificado. Por ejemplo, en la arquitectura IA-32, el bus de direcciones es de 32 bits, con lo que se pueden direccionar hasta un máximo de 4 gigabytes de memoria. En realidad, el procesador puede trabajar con un subconjunto de las direcciones posibles, es lo que se denomina “memoria real” del ordenador frente a la “memoria posible” que representa la memoria máxima que permite direccionar la anchura del bus de direcciones.

FUNCIONAMIENTO DEL ORDENADOR

FUNCIONAMIENTO DEL ORDENADOR

Luego de haber estudiado los componentes de la CPU la interfaz de buses se encarga de  recuperar la información las instrucciones desde la memoria, la unidad de recuperación que se encarga de indicar q instrucciones tiene q leer, la unidad de decodificación Se encarga de separar la instrucción en sus partes elementales, la unidad de control que coordinar todas las actividades, la unidad aritmética que se encarga de las operaciones sobre los datos.

FACTORES DE RENDIMIENTO DE LA CPU

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Preguntas.

1. Defina el  rendimiento de un sistema computacional.

Se define como:

• Tiempo de ejecución. Tiempo entre que llega y sale una tarea.
• Throughput. Cantidad de trabajo hecho en un tiempo dado.

2. ¿Cuales son los factores que intervienen en el rendimiento del CPU?

• La frecuencia de la CPU
•  Núcleos de una CPU
• Velocidad del reloj
• Arquitectura
• Los Benchmark
• Ley de Amdahl

3. ¿Que es la frecuencia de la CPU?
Es el número de ciclos que puede realizar en un segundo. 

4. ¿Que pasaría si aumenta la frecuencia?
Mientras mayor sea este valor, más rápido se desempeñará la CPU
5. ¿Que son los Núcleos de una CPU?
 Es el número de procesamiento disponibles para que un procesador realice. 
6. ¿Como se podrían realizar mas tareas  en un procesador?
Aumentando el número de núcleos físicos de un procesador.

7.¿Que es la Velocidad de  reloj?

Es un medio por el cual se puede comparar el rendimiento entre microprocesadores de una misma familia.

8. Como se mide la Velocidad del reloj.
Se mide en Mhz.
9. ¿Que son los Mhz?
Son transmisiones en millones de ciclos por segundo.

10.¿Que  es la Arquitectura?

Es la capacidad de realizar varias tareas a la vez y el número de bits de la computadora.

11. ¿Que intervienen en una arquitectura de un CPU?
Intervienen 2 factores:

• La capacidad de realizar tareas a la vez.
• El número de bits.

12. ¿Que son los BENCHMARKS?
Es una aplicación destinada a medir el rendimiento de un ordenador o de algún elemento del mismo. 


13. ¿Que pueden hacer los BENCHMARKS?
Puede facilitarnos todas las especificaciones técnicas de un ordenador.
14.¿ Que establece LA LEY DE AMDALH?
Establece que la mejora obtenida en el rendimiento al utilizar algún modo de ejecución más rápido está limitada por la fracción de tiempo que se pueda utilizar ese modo más rápido. 
15. ¿Que define LA LEY DE AMDALH?
Define la ganancia de rendimiento o aceleración  que puede lograrse al utilizar una característica particular. 

Factores de rendimiento del CPU

Los factores de rendimiento  del CPU.

La CPU (Central Processing Unit - Unidad de procesamiento central) es un chip que realiza prácticamente todos los cálculos dentro de un sistema informático. La "velocidad" de una CPU está determinada por tres factores. 

1. La frecuencia de la CPU es el número de ciclos que puede realizar en un segundo. Mientras mayor sea este valor, más rápido se desempeñará la CPU en comparación a los miembros de su propia familia de procesamiento.
2. La memoria caché es la cantidad de memoria disponible dentro del chip para que un procesador almacene instrucciones de ejecución y datos actuales. Mientras mayor sea este valor dentro de un procesador, menor será el tiempo de espera para que la información sea accesible desde la memoria principal del sistema.
3.  Por último, la cantidad de núcleos de una CPU es el número de núcleos de procesamiento disponibles para que un procesador realice tareas. Mientras mayor sea el número de núcleos físicos que tenga un procesador, más tareas se podrán ejecutar de forma simultánea. Esto reduce el retraso del programa y permite que las operaciones complejas se dividan en tareas más pequeñas.

Los principales factores que influyen en el rendimiento del procesador de un ordenador son:

a) Velocidad del reloj:  se mide en Mhz (millones de ciclos por segundo).

b) Arquitectura: en la arquitectura de un ordenador intervienen dos cosas, por un lado, la capacidad de realizar tareas a la vez y, por otro, la longitud de palabra (número de bits en cada golpe).

c) Número de procesadores: dependiendo del número de procesadores de un ordenador éste podrá realizar varias tareas simultáneamente o en paralelo. En el mercado nos podemos encontrar con procesadores multiproceso, multicore (dual core o quad core), mutlhilo (multihreading o hyperthreading).

Los Benchmark.

Es un conjunto de procedimientos (programas de computación) para evaluar el rendimiento de un ordenador. Hay cuatro categorías generales de pruebas de comparación :

• Pruebas aplicaciones-base (application-based) las ejecuta y las cronometra.

• Pruebas playback (playback test), las cuales usan llamadas al sistema durante actividades especificas de una aplicación(Ej.: Llamados a gráficos o uso del disco) y las ejecuta aisladamente.

• Prueba sintética (synthetic test) , la cual enlaza actividades de la aplicación en subsistemas específicos.

• Prueba de inspección (inspection tests), la cual no intenta imitar la actividad de la aplicación, sino que las ejecuta directamente en los subsistemas específicos.

Es una aplicación destinada a medir el rendimiento de un ordenador o de algún elemento del mismo. Para ello se somete a la máquina a una serie de cargas de trabajo o estímulos de distinto tipo con la intención de medir su respuesta ante ellos. De esta forma se puede estimar bajo qué tareas o estímulos un determinado ordenador se comporta de una manera fiable y efectiva o por el contrario se muestra ineficiente.

Esta información es muy útil a la hora de seleccionar una máquina para realizar tareas determinadas en el proceso de postproducción y creación del producto audiovisual, pudiendo elegir la mas adecuada para un proceso determinado.

El benchmark también es útil para estimar el nivel de obsolescencia de un sistema o en qué aspectos técnicos puede ser mejorado su rendimiento, por medio de actualizaciones.

Por otro lado el benchmark puede facilitarnos todas las especificaciones técnicas de un ordenador junto con su rendimiento ante los diferentes estímulos lo que permite realizar comparativas entre diferentes sistemas atendiendo a sus especificaciones técnicas y su rendimiento. Las comparativas son útiles para determinar que características técnicas son las idóneas para conseguir un rendimiento óptimo en una tarea específica. 

Ley de Amdahl.

El aumento de rendimiento que puede obtenerse al mejorar alguna parte de una computadora puede calcularse utilizando la Ley de Amdahl. 

La Ley de Amdahl establece que la mejora obtenida en el rendimiento al utilizar algún modo de ejecución más rápido está limitada por la fracción de tiempo que se pueda utilizar ese modo más rápido. 

La Ley de Amdahl define la ganancia de rendimiento o aceleración (speedup) que puede lograrse al utilizar una característica particular. 

Supongamos que podemos hacer una mejora en una máquina que cuando se utilice aumente su rendimiento. La aceleración es la relación:

Alternativamente

La aceleración nos indica la rapidez con que se realizará una tarea utilizando una máquina con la mejora con respecto a la máquina original. La Ley de Amdahl nos da una forma rápida de calcular la aceleración, que depende de dos factores:

1. La fracción del tiempo de cálculo de la máquina original que pueda utilizarse para aprovechar la mejora. Por el ejemplo, si 20 segundos del tiempo de ejecución puede utilizar la mejora de un programa que toma 60 segundos en total, la fracción es 20 /60. Este valor, que se llama Fracción mejorada, es siempre menor o igual que 1.
2. La optimización lograda por el modo de ejecución mejorado; es decir, cuánto más rápido con la que se ejecutaría la tarea si solamente se utilizase el modo mejorado. Este valor es el tiempo del modo original con respecto al tiempo del modo mejorado. Si el modo mejorado toma 2 segundos para alguna porción de programa que puede usar el modo completamente mientras que el modo original tomaba 5 segundos para la misma porción de programa, la mejora es 5/2. Este valor es siempre mayor que 1 y se llama Aceleración mejorada.

El tiempo de ejecución utilizando la máquina original con el modo mejorado será el tiempo empleado utilizando la parte no mejorada de la máquina más el tiempo empleado utilizando la parte mejorada.

Tiempo de respuesta de un Procesador.

Mide el tiempo desde que un proceso entra en el estado de preparado (porque se crea o porque se desbloquea) hasta que entra en ejecución. Sólo tiene sentido en sistemas interactivos. Lo denotaremos tr.

Productividad de un Procesador.

En lo que respecta a la gestión de procesos, mide el número de programas que 

se ejecutan por unidad de tiempo. Incluye otras muchas características que afectan el rendimiento del sistema, como por ejemplo la velocidad del procesador, que habrá que compensar si se comparan máquinas con distinto hardware. 

El tiempo que tarda un programa en ser ejecutado por un computador puede ser difícil de 
medir, debido a los Sistemas Operativos Multitarea y a los dispositivos de E/S, que tienen tiempos 
de respuesta que son independientes de la frecuencia de reloj del ordenador. Por ello es necesario 
diferenciar entre el tiempo que tarda una CPU en ejecutar el código de un programa, el tiempo que 
utiliza el S.O. para realizar sus tareas, y el tiempo necesario para acceder a los dispositivos de E/S. 
El tiempo de ejecución de un programa lo dividiremos en las siguientes componentes: 
• Tiempo de respuesta 
• Tiempo de CPU 
A su vez, el tiempo de CPU lo dividimos en: 
• Tiempo de CPU utilizado por el usuario. 
• Tiempo de CPU utilizado por el S.O. 
Tiempo de respuesta Es el tiempo necesario para completar una tarea, incluyendo los accesos 
al disco, a la memoria, las actividades de E/S y los gastos del S.O. Es el tiempo que percibe el 
usuario. 
Tiempo de CPU Es el tiempo que tarda en ejecutarse un programa, sin tener en cuenta el 
tiempo de espera debido a la E/S o el tiempo utilizado para ejecutar otros programas. Se divide 
en: 
Tiempo de CPU utilizado por el usuario. Es el tiempo que la CPU utiliza para ejecutar el 
programa del usuario. No se tiene en cuenta el tiempo de espera debido a la E/S o el tiempo 
utilizado para ejecutar otros programas 
Tiempo de CPU utilizado por el S.O. Es el tiempo que el S.O. emplea para realizar su 
gestión interna.

Rendimiento relativo de un Procesador.

—Como rendimiento y tiempo de ejecución son recíprocos, incrementar el rendimiento hace 
decrecer el tiempo de ejecución. Para evitar confusiones entre los términos «incrementar» y 
«decrementar», habitualmente se dice «mejorar el rendimiento» o «mejorar el tiempo de 
ejecución» para hacer referencia a un incremento del rendimiento y una disminución del 
tiempo de ejecución.

Tiempo y reloj de un Procesador.

Un chip utiliza un reloj de impulsos eléctricos para ejecutar o procesar las instrucciones que le llegan. Es decir, todos los elementos del chip permanecen en reposo a la espera del impulso de reloj, para ejecutar la operación que corresponde en cada momento. De esta forma las operaciones se realizan sincrónicamente, es decir, de forma ordenada y ningún dispositivo se anticipa a otro.Según esto, mientras mayor sea la velocidad de reloj que admita el micro, mayor será la velocidad en la ejecución de las operaciones. Por lo tanto junto al juego de instrucciones, que mide la potencia del microprocesador, es importante también considerar la frecuencia de reloj.

Ciclos de reloj de un Procesador.

El microprocesador se conecta a un circuito, normalmente basado en un cristal de cuarzo, capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Este reloj, en la actualidad, genera miles de MHz. El reloj es la señal utilizada para sincronizar las cosas dentro de una computadora. Todos los tiempos se miden en términos de ciclos. Por ejemplo, una memoria con una latencia de 5, significa que ésta tardará cinco ciclos completos para comenzar a entregar los datos.
Dentro de un micro. Todas las instrucciones demoran un cierto número de ciclos para ejecutarse. Por ejemplo, dada una instrucción puede demorarse siete ciclos para ejecutarse. Sin importar el micro, lo interesante es que el procesador sabe cuántos ciclos tomará cada instrucción (ROM con microcódigo). Así, si éste tiene dos instrucciones a ejecutar y sabe que la primera demorará siete ciclos, éste automáticamente comenzará la ejecución de la próxima instrucción en el octavo ciclo.

Procesadores i7

Es una familia de procesadores de ocho núcleos de la arquitectura Intelx86-64, lanzados al comercio en 2003. Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la microarquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel es una familia de procesadores de ocho núcleos de la arquitectura Intel x86-64, lanzados al comercio en 2003. Los Core i7 son los primeros procesadores que usan la microarquitectura Nehalem de Intel y es el sucesor de la familia Intel Core 2. El identificador Core i7 se aplica a la familia inicial de procesadores1 2 con el nombre clave Bloomfield.3

Las memorias y placas base aptas para Core i7 serán vendidos antes del lanzamiento por algunos proveedores. El identificador Core i7 se aplica a la familia inicial de procesadores con el nombre clave Bloomfield.

Procesadores Phenom x6

Valor sin igual con varios núcleos con los procesadores AMD Phenom™ II. Proporcionan Ultimate Visual Experience™ para un entretenimiento de alta definición, un rendimiento multitarea avanzado e innovaciones en el ahorro de energía que permiten equipos más pequeños y fríos, y con mayor eficiencia energética.

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