Arquitectura de Computadores Capitulo II

ESCUELA:

PONENTE:

BIMESTRE:

CICLO:

CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

I BIMESTRE

Ing. Greyson Alberca Prieto

Octubre – Febrero 2009UNIDA

DVIDEOCONFERENCIAS

Organización y Arquitectura de Computadores

CAPÍTULO II“Componentes del Computador y

Bus del Sistema”

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Organización y Arquitectura de Computadores

CAPÍTULO II“Componentes del Computador y

Bus del Sistema”

Por: Greyson Alberca

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Contenidos

1. Organización del Computador

2. Componentes de computador y Buses

3. Memoria

4. Entrada/Salida

Bibliografía ･ Organización y Arquitectura de Computadores, William Stalling

Capítulo II Arquitectura de Computadores

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Alternativas HW y SW


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Registros del procesadorDentro de la CPU hay un conjunto de registros que ofrecen un nivel de memoria mas rapido y pequeño que la memoria principal.• Registros visible al usuario.• Registros de control y de estado.El registro visible al usuario es aquel que puede ser referenciado por medio del lenguaje maquina que ejecuta el procesador; accesible a todos los programas tanto los de aplicación como los del sistema; los registros normalmente disponibles son:

• Registro de datos.

• Registros de direccion.

• Registro indice

• Puntero de segmento.

• Puntero depila

Componentes de Alto nivel


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Registros del procesador(cont.) Los registros de control y de estado se emplean para controlar las operaciones del procesador, la mayor parte de estos registros no son visibles para los usuarios , algunos pueden ser accesibles a las instrucciones de maquina ejecutadas en un modo de control.MAR: Memory Address Register.MBR: Memory Buffer Register.IOAR: Input Output Address Register.IOBR: Input Output Buffer Register.Ademas de estos los siguientes registros son esenciales en la ejecucion de instrucciones.• Contador de programa(PC).• Registro de instrucción(IR)• Program status word(PSW) contiene codigos de condicion junto

con otras informaciones de estado.• Signo. Supervisor• Cero. Igualdad.

Acarreo. Se produce acarreo mas alla del bit mas significativo.• Desbordamiento.• Habilitar/Inhabilitar interrupciones.


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Registros del procesador(cont.)El procesador lee una instrucción de la memoria(se incrementa el PC).La instrucción se carga en un registro del procesador (IR)• Procesador- memoria: Se transfiren datos a

memoria o viceversa.• Procesadro-A/S: Se transfieren datos desde o

hacia un dispositivo de periferico(entre el procesador y un modulo de E/S).

• Tratamiento de datos:El procesador realiza alguna operación artmetica o logica sobre los datos.

• Control: La instrucción pide se altere la secuencia de ejecucion.

Ejemplo: El uP lee una instrucción 149 (PC=150) esta especifica que la siguienteinstruccion sea la de la ubicación 182, el UP debe ajustar entonces el PC=182


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EjemploSea una maquina hipotetica cuyas caracteristicas son :• El procesador tiene un unico registro de datos el

Acumulador(AC).• Tanto las instrucciones como los datos son de 16

bits de longitud.• El formato de instrucción dedica 4 (16 codigos de

operación diferentes)bits para el codigo de operación y 12(4096=4K palabras) bits para direccionar la memoria directamente.

• Registros internos de la CPU: • Contador de progarma(PC):direccion de la instrucción a ser

leida.• Registro de instrucción(IR):Instrucción que esta ejecutandose• Acumulador(AC): Almacenamiento temporal

Cod . Op.

S

0 3 4 15Direccion

0 1 15 Magnitud


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Ejemplo(cont.)• Lista parcial de los codigos de operación:

• 0001 = Cargar de la memoria la acumulador.• 0010 = Almacenar el AC en memoria.• 0101 = Sumar al AC el contenido de la memoria

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 2

300

301

302

940

941

MemoriaRegistros de la CPU

PCAC

IR

3 0 0

1 9 4 0

El procesador contiene 300, la direccion de la primera instrucción.


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Ejemplo(cont.)• Los primeros 4 bits del IR indican que se cargara el

AC, los 12 bits restantes indican la direccion.

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 2

300

301

302

940

941


PCAC

IR

3 0 0

1 9 4 00 0 0 3


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Ejemplo(cont.)Se incrementa el PC y se lee la instrucción siguiente

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 2

300

301

302

940

941


PCAC

IR

3 0 1

5 9 4 10 0 0 3


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Ejemplo(cont.)El contenido anterior del acumuladory el contenido dela ubicación 941 se suman y el resultado se almacena en el AC

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 2

300

301

302

940

941


PCAC

IR

3 0 1

1 9 4 0

0003 + 0002 = 0005

0 0 0 5


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Ejemplo(cont.)Se incrementa el PC y se lee la instrucción siguiente.

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 2

300

301

302

940

941


PCAC

IR

3 0 2

2 9 4 10 0 0 5


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Ejemplo(cont.)El contenido de AC se almacena en la ubicación 941.Son 3 ciclos de instrucción (c/u consta de un ciclo de lectura y otro de ejecucion)

......

1 9 4 05 9 4 12 9 4 1

0 0 0 3 0 0 0 5

300

301

302

940

941


PCAC

IR

3 0 2

1 9 4 00 0 0 5

Funcionamiento del Computador


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Tipos de Instrucciones

La instrucción captada se almacena en el registro de instrucción

(IR). El CPU interpreta la instrucción que puede ser en general del

siguiente tipo:

CPU-Memoria Transferir datos del CPU a la memoria o viceversa.

CPU-ES Transferir datos a o desde el exterior mediante transferencias entre el CPU y un módulo de E/S.

Procesamiento de datos El CPU debe realizar alguna operación aritmética o lógica con los datos.

Control Alteración de la secuencia de ejecución.

Una instrucción puede implicar una combinación de las acciones anteriores.Capítulo II Arquitectura de

Computadores18

Ejecución de un Programa


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Diagrama de Estados ciclos de instrucción


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Interrupciones

Programa Generada por alguna condición como resultado de la ejecución de una instrucción (desbordamiento, división por cero, instrucción no existente o acceso fuera del espacio de memoria).

Termporización Generada por un temporizador interno al procesador para realizar una función de manera regular.

E/S Generada por un controlador de E/S para indicar fin de operación sin error o avisar una condición de error.

Fallo del hardware Generada por un fallo como deficiencia en alimentación o error de paridad.


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Ejecución de Interrupciones


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Ejecución de I. con E/S corta


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Ejecución de I con E/S larga


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Ejecución de I. con Interrupciones


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Estados del ciclo de Inst. con interrupción


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Tratamiento de Interrupciones


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Interrupciones múltiples


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Deshabilitar interrupciones

Definir Prioridades

Secuencia temporal con varias interrupciones


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Estructuras de Interconexión

Una computadora está constituida por un conjunto de unidades o módulos de 3 tipos elementales (CPU, memoria y E/S) que se comunican entre sí.Los conjuntos de líneas que conectan los diversos módulos se denomina estructura de interconexión. El diseño de la estructura depende de los intercambios que se deban producir.

Memoria Está constituido por palabras de la misma longitud, cada una de ellas con una única dirección numérica.

Módulo de E/S Funcionalmente es similar a la memoria. Hay dos tipos de operaciones (lectura y escritura), puede controlar más de un dispositivo externo.

CPU Lee instrucciones y datos, escribe datos una vez que los ha procesado, y utiliza ciertas señales para controlar el funcionamiento del sistema.


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Tipos de transferencias

La estructura de interconexión debe dar cobertura a los siguientes

tipos de transferencias:

Memoria - CPU El CPU lee una instrucción o dato desde la memoria.

CPU - Memoria El CPU escribe un dato en la memoria. E/S - CPU El CPU lee datos de un dispositivo de E/S a

través de un módulo de E/S. CPU - E/S El CPU envío datos al dispositivo de E/S. Memoria - E/S y vicersa Se utiliza el acceso directo a

memoria (DMA), no se pasa a través del CPU.


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Módulos de la Computadora


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Interconexión con Buses

Un bus es un mecanismo de interconexión entre distintas unidades funcionales

Medio de transmisión compartido Está compuesto por varias líneas donde

cada línea es capaz de transmitir señales binarias “1” o “0”

El bus principal es el “Bus del sistema” que conecta CPU con memoria y con módulos de E/S


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Estructura del Bus

Líneas/bus de datos: camino para transferir datosentre el resto de componentes de un computador.Su anchura (número de líneas eléctricas) suele seruna potencia de dos (8=2^3, 16=2^4, 32=2^5,

64=2^6, ...).Líneas/bus de direcciones: designan laposición/dirección de los datos. Son salidas de laCPU/procesador y determinan capacidad dedireccionamiento.Líneas/bus de control: controlan el acceso y uso delas líneas/buses anteriores.


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Jerarquía de Buses

Las prestaciones de un bus van disminuyendo a medida que se van conectando un mayor número de dispositivos.

Para optimizar el rendimiento de un bus se utilizan los buses organizados jerárquicamente, es por ello que tenemos:

ｷ Bus de arquitectura tradicional ｷ Bus de altas prestaciones.


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Tradicional


37

Tradicional


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Elementos de diseño del bus


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Tipos de buses Las líneas de los buses se dividen en:

Dedicadas.- Usa líneas separadas para direcciones y datos Multiplexadas.-Usa las mismas líneas

Método de arbitraje.- el control del bus puede necesitar mas de un módulo

Centralizado.- Un único dispositivo asigna tiempos en el bus Distribuido.- Cada módulo puede controlar el acceso al bus

Temporización.- forma de controlar los tiempos en el bus

Sincrónico.- la presencia de un evento está determinada por la presencia de un reloj

Asincrónico.- la presencia de un evento en e l bus es consecuencia y d epende de que se produzca un evento previo no precisan la ex istencia de una señal de reloj

Conti…


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Anchura del bus Dirección.-el ancho de este bus afecta a la capacidad del

sistema Datos.- mientras mas ancho es el bus de datos, mayor es el

número de bits que se transmiten a la vez Tipo de transferencia de datos:

Lectura Escritura Lectura-modificación-escritura Lectura después de escritura Bloque

Temporización Síncrona


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Temporización Asíncrona


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Temporización Asíncrona


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Arbitraje


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CENTRALIZADO

DISTRIBUIDO

Transferencia datos


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Ancho


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Multiplexado/demultiplexado


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Opciones del Bus


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Ancho de Banda del Bus


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