Unidad 3 (copy)

Computadora

Maquina digital (se maneja con señales eléctricas y la info se representa por medio de 2 valores: 0 y 1) y sincrónica (todas las operaciones internas se realizan en instantes de tiempos definidos y controlados por un reloj central), con capacidad de cálculo numérico y lógico (por medio de la ALU), controlada por programa (Unidad de Control) y con comunicación con el mundo exterior (mediante el módulo E/S que permite conectar dispositivos periféricos, con los que puede realizar operaciones de entrada y salida de datos.

Arquitectura

Atributos visibles al programador (conjunto de instrucciones, número de bits usados para representación de datos, mecanismos de E/S, técnicas de direccionamiento).

Organización

Es cómo son implementados (señales de control, interfaces, tecnología de memoria)

Estructura

Modo en el cual los componentes se relacionan entre si

Componentes de la computadora

CPU

Unidad de Control

Función

Operación de los componentes individuales como parte de la estructura.

1. Movimiento de Datos (ej. teclado a pantalla): Transfiere datos de un lugar a otro dentro de la memoria o entre registro, por ejemplo MOV.

2. Almacenamiento de datos (ej. descarga de internet a disco): Guarda datos en memoria para su posterior uso, por ejemplo STORE.

3. Procesamiento de datos: a) Procesamiento de/hacia almacenamiento(ej. actualización de estados bancarios): Transfiere datos entre la memoria y la CPU para su procesamiento, por ejemplo ADD, SUB (inst, aritméticas) o b) procesamiento desde almacenamiento a E/S (ej. impresión de estados bancarios): Transfiere datos desde la memoria a dispositivos de entrada/salida, por ejemplo IN/OUT

4. Control: Gestiona el flujo de ejecución del programa y las operaciones de control de la CPU, por ejemplo instrucciones de salto (JMP,JZ) o de interrupción.

Arquitectura Von Neumann

Introdujo el concepto de programa almacenado.

1. Unidad Central de Procesamiento (CPU): Realiza operaciones lógicas y aritméticas, y coordina las actividades del sistema.

2. Memoria Central Compartida: Memoria accesible por posición almacenando tanto datos como instrucciones del programa en la misma memoria.

3. Bus de Datos y de Direcciones: Permite la transferencia de datos y direcciones entre la CPU y la memoria. El tamaño de unidades de datos o instrucciones está fijado por el ancho de bus que comunica a la memoria con la CPU, lo que puede ser un problema ya que si se tiene que acceder a una dirección más grande que el bus se requieren múltiples accesos para manejar instrucciones más complejas y al tener un único bus, no se puede buscar una nueva instrucción hasta que no finalice la que está en curso.

4. Unidad de Control: Gestiona la ejecución de instrucciones y la secuencia de operaciones.

5. Instrucciones Almacenadas: Las instrucciones y datos del programa se almacenan en la memoria, lo que permite la programación almacenada.

6. Secuencialidad: Las instrucciones se ejecutan una tras otra en secuencia, aumentando así la velocidad del programa).

Programación de hardware

Programación en software

Programa

Es una secuencia de pasos, se hace una operación aritmética/lógica en c/paso y diferentes señales de control se necesitan para c/operación, la UC saca información de cada instrucción es por ello que las instrucciones son auto contenidas (tiene que estar toda la información de esa tarea en la instrucción).

Bus

Es un medio de comunicación compartido (van a todos los dispositivos). Ejemplo: un bus de 32 bits son 32 canales separados de 1 bit c/uno. Solo un dispositivo pueden transmitir con éxito en un momento dado. A c/línea o canal se le asigna una función particular.

La mayoría de los computadores utilizan varios buses usualmente organizados jerárquicamente.

Interconexión de un sistema de cómputo

Fisicamente es un conjunto de conductores eléctricos paralelos. El sistema de cómputo está constituido por la memoria, la CPU y E/S y estos necesitan poder conectarse entre sí, es por ello que se usa la interconexión la cual es a través de un bus.

Interconexión de un sistema de cómputo: Funcionamiento

Si un módulo desea enviar un dato:

1) Obtiene uso del bus

2) Transfiere el dato a través del bus

Si un módulo quiere pedir un dato a otro módulo:

1) Obtiene uso del bus

2) Transfiere la petición al otro módulo mediante las líneas/canales de control y dirección apropiadas

3) espera que el otro módulo le envíe el dato

Bus de datos

“Camino” para transmitir datos entre los módulos. Generalmente consta de 8,16 o 32 líneas diferentes (anchura de bus). C/linea puede transportar 1 bit a la vez y el número de líneas determina cuántos bits se pueden transferir al mismo tiempo.

Ej. el bus tiene 8 bits de anchura y la instrucción 16 bits, entonces la CPU debe acceder a memoria 2 veces x ciclo de instrucción.

Bus de direcciones

Se utilizan para designar la fuente o el destino del dato situado en el bus de datos. El ancho de bus determina la máxima capacidad de memoria del sistema.

Ejemplo: la CPU quiere leer una palabra de datos de la memoria, entonces sitúa la dirección de la palabra en el bus de direcciones.

Bus de control

Se utilizan para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones. Las señales de control transmiten tanto órdenes (operaciones a realizar) como información de temporización (validez de los datos y las direcciones). Estas señales pueden ser:

• Lectura/escritura de memoria o E/S

• Selección/habilitación

• Clk

• Pedido de interrupción

Funcionamiento CPU

La instrucción se almacena temporalmente en un registro de la CPU llamado IR (registro de instrucciones). El bloque de control puede “leer” el IR y así saber qué hacer, dónde están los operandos y dónde poner el resultado.

El PC (contador de programa) cuando el programa va a ser ejecutado contiene la dirección de la primer instrucción y alcanzada esta, se incrementa el PC para apuntar a la siguiente instrucción.

La CPU tiene registros internos de propósito general y son lugares de almacenamiento temporario (D0,D1,…,D4)

La CPU interactúa con la memoria a través de un par de registros “ocultos” al programador: MAR (registro de dirección de memoria) y MBR (registro de dato de memoria). Ambos están conectados a los buses respectivos.

La CPU tiene otros registros que permiten almacenar direcciones para brindar flexibilidad (A0,A1,…,A5).