Tipos de Arquitecturas de Computadores

Descripción de los tipos de arquitecturas de computadores obviando a las arquitecturas clásicas (Von Neumann y Harvard).
Respuesta a ¿Que otros tipos de arquitecturas de computadores existen?.

Arquitecturas de Computadores Segmentadas.

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce, buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo.

El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

Otra aportación frecuente que aumenta el rendimiento del computador es el fomento del paralelismo implícito, que consiste en la segmentación del procesador (pipe-line), descomponiéndolo  en etapas para poder procesar una instrucción diferente en cada una de ellas y trabajar con varias a la vez.

La arquitectura en pipeline (basada en filtros) consiste en ir transformando un flujo de datos en un proceso comprendido por varias fases secuenciales, siendo la entrada de cada una la salida de la anterior .

En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución.

Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes.

Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute.

Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía proviene el nombre en inglés: Pipelining o entubamiento.

Esta arquitectura es muy común en el desarrollo de programas para el intérprete de comandos, ya que se pueden concatenar comandos fácilmente con tuberías.

También es una arquitectura muy natural en el paradigma de programación funcional, ya que equivale a la composición de funciones matemáticas. 

Arquitecturas de computadores de Multiprocesamiento

Se trata de un tipo de arquitectura de ordenadores en que dos o más procesadores comparten una única memoria central.

Se caracteriza por el hecho de que varios microprocesadores comparten el acceso a la memoria y periféricos de I/O, normalmente conectados por un bus común.

Se conocen como simétricos, ya que ningún procesador toma el papel de maestro y los demás de esclavos, sino que todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y periféricos y ambos son administrados por el sistema operativo, es decir, compiten en igualdad de condiciones por dicho acceso, de ahí la denominación "simétrico".

Los sistemas multiprocesos simétricos permiten que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin importar su localización en memoria; con un propicio soporte del sistema operativo, estos sistemas pueden mover fácilmente tareas entre los procesadores para garantizar eficientemente el trabajo.

Una computadora de este tipo se compone de microprocesadores independientes que se comunican con la memoria a través de un bus compartido.

Dicho bus es un recurso de uso común. Por tanto, debe ser arbitrado para que solamente un microprocesador lo use en cada instante de tiempo.

Si las computadoras con un solo microprocesador tienden a gastar considerablemente tiempo esperando a que lleguen los datos desde la memoria, este sistema no mejora ni empeora, lo que sí es que hay varios parados en espera de datos.

Cuando se desea incrementar el desempeño más allá de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj),  se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.

Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:

SISO - (Single Instruction, Single Operand) computadoras independientes.

SIMO - (Single Instruction, Multiple Operand) procesadores vectoriales.

MISO - (Multiple Instruction, Single Operand) no implementado.

MIMO - (Multiple Instruction, Multiple Operand) Sistemas de multiprocesamiento, Clusters

Procesadores Vectoriales: Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos.