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Arquitectura de Computadores Capitulo II
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Arquitectura de Computadores Capitulo II

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Componentes del Computador y Bus del Sistema …

Componentes del Computador y Bus del Sistema
Ponente: Ing. Greyson Alberca Prieto

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  • 1. Organización y Arquitectura de Computadores
    CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN
    ESCUELA:
    Ing. Greyson Alberca Prieto
    PONENTE:
    I BIMESTRE
    BIMESTRE:
    Octubre– Febrero 2009
    CICLO:
    UNIDAD
    VIDEOCONFERENCIAS
  • 2. CAPÍTULO II
    “Componentes del Computador y Bus del Sistema”
    ulo
    2
  • 3. Organización y Arquitectura de Computadores
    CAPÍTULO II
    “Componentes del Computador y Bus del Sistema”
    Por: Greyson Alberca
    ulo
    3
  • 4. Contenidos
    Organización del Computador
    Componentes de computador y Buses
    Memoria
    Entrada/Salida
    Bibliografía・Organización y Arquitectura de Computadores, William Stalling
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    4
  • 5. Alternativas HW y SW
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    5
  • 6. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    6
    Registros del procesador
    Dentro 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.
    • 7. 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.
    • 8. Registros de direccion.
    • 9. Registro indice
    • 10. Puntero de segmento.
    • 11. Puntero depila
  • Componentes de Alto nivel
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    7
  • 12. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    8
    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).
    • 13. Registro de instrucción(IR)
    • 14. Program status word(PSW) contiene codigos de condicion junto con otras informaciones de estado.
    • 15. Signo. Supervisor
    • 16. Cero. Igualdad.
    Acarreo. Se produce acarreo mas alla del bit mas significativo.
    • Desbordamiento.
    • 17. Habilitar/Inhabilitar interrupciones.
  • Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    9
    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.
    • 18. Procesadro-A/S: Se transfieren datos desde o hacia un dispositivo de periferico(entre el procesador y un modulo de E/S).
    • 19. Tratamiento de datos:El procesador realiza alguna operación artmetica o logica sobre los datos.
    • 20. 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
  • 21. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    10
    Ejemplo
    Sea una maquina hipotetica cuyas caracteristicas son :
    • El procesador tiene un unico registro de datos el Acumulador(AC).
    • 22. Tanto las instrucciones como los datos son de 16 bits de longitud.
    • 23. 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.
    • 24. Registros internos de la CPU:
    • 25. Contador de progarma(PC):direccion de la instrucción a ser leida.
    • 26. Registro de instrucción(IR):Instrucción que esta ejecutandose
    • 27. Acumulador(AC): Almacenamiento temporal
    0 3 4 15
    Cod . Op.
    Direccion
    0 1 15
    S
    Magnitud
  • 28. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    11
    Ejemplo(cont.)
    • Lista parcial de los codigos de operación:
    • 29. 0001 = Cargar de la memoria la acumulador.
    • 30. 0010 = Almacenar el AC en memoria.
    • 31. 0101 = Sumar al AC el contenido de la memoria
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 0
    300
    5 9 4 1
    AC
    301
    2 9 4 1
    1 9 4 0
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 2
    941
    El procesador contiene 300, la direccion de la
    primera instrucción.
  • 32. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    12
    Ejemplo(cont.)
    • Los primeros 4 bits del IR indican que se cargara el AC, los 12 bits restantes indican la direccion.
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 0
    300
    5 9 4 1
    AC
    0 0 0 3
    301
    2 9 4 1
    1 9 4 0
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 2
    941
  • 33. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    13
    Ejemplo(cont.)
    Se incrementa el PC y se lee la instrucción siguiente
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 1
    300
    5 9 4 1
    AC
    0 0 0 3
    301
    2 9 4 1
    5 9 4 1
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 2
    941
  • 34. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    14
    Ejemplo(cont.)
    El contenido anterior del acumuladory el contenido dela ubicación 941 se suman y el resultado se almacena en el AC
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 1
    300
    5 9 4 1
    AC
    0 0 0 5
    301
    2 9 4 1
    1 9 4 0
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0003 + 0002 = 0005
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 2
    941
  • 35. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    15
    Ejemplo(cont.)
    Se incrementa el PC y se lee la instrucción siguiente.
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 2
    300
    5 9 4 1
    AC
    0 0 0 5
    301
    2 9 4 1
    2 9 4 1
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 2
    941
  • 36. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    16
    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)
    Registros de la CPU
    Memoria
    1 9 4 0
    PC
    3 0 2
    300
    5 9 4 1
    AC
    0 0 0 5
    301
    2 9 4 1
    1 9 4 0
    302
    IR
    .
    .
    .
    .
    .
    .
    0 0 0 3
    940
    0 0 0 5
    941
  • 37. Funcionamiento del Computador
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    17
  • 38. 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.
    • 39. CPU-ES Transferir datos a o desde el exterior mediante transferencias entre el CPU y un módulo de E/S.
    • 40. Procesamiento de datos El CPU debe realizar alguna operación aritmética o lógica con los datos.
    • 41. Control Alteración de la secuencia de ejecución.
    Una instrucción puede implicar una combinación de las acciones anteriores.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    18
  • 42. Ejecución de un Programa
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    19
  • 43. Diagrama de Estados ciclos de instrucción
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    20
  • 44. 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.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    21
  • 45. Ejecución de Interrupciones
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    22
  • 46. Ejecución de I. con E/S corta
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    23
  • 47. Ejecución de I con E/S larga
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    24
  • 48. Ejecución de I. con Interrupciones
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    25
  • 49. Estados del ciclo de Inst. con interrupción
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    26
  • 50. Tratamiento de Interrupciones
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    27
  • 51. Interrupciones múltiples
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    28
    Deshabilitar interrupciones
    Definir Prioridades
  • 52. Secuencia temporal con varias interrupciones
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    29
  • 53. 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.
    • 54. 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.
    • 55. CPU Lee instrucciones y datos, escribe datos una vez que los ha procesado, y utiliza ciertas señales para controlar el funcionamiento del sistema.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    30
  • 56. 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.
    • 57. CPU - Memoria El CPU escribe un dato en la memoria.
    • 58. E/S - CPU El CPU lee datos de un dispositivo de E/S a través de un módulo de E/S.
    • 59. CPU - E/S El CPU envío datos al dispositivo de E/S.
    • 60. Memoria - E/S y vicersa Se utiliza el acceso directo a memoria (DMA), no se pasa a través del CPU.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    31
  • 61. Módulos de la Computadora
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    32
  • 62. 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
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    33
  • 63. Estructura del Bus
    Líneas/bus de datos: camino para transferir datos
    entre el resto de componentes de un computador.
    Su anchura (número de líneas eléctricas) suele ser
    una potencia de dos (8=2^3, 16=2^4, 32=2^5, 64=2^6, ...).
    Líneas/bus de direcciones: designan la
    posición/dirección de los datos. Son salidas de la
    CPU/procesador y determinan capacidad de
    direccionamiento.
    Líneas/bus de control: controlan el acceso y uso de
    las líneas/buses anteriores.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    34
  • 64. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    35
  • 65. 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.
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    36
  • 66. Tradicional
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    37
  • 67. Tradicional
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    38
  • 68. Elementos de diseño del bus
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    39
  • 69. Conti…
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    40
  • 70. Temporización Síncrona
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    41
  • 71. Temporización Asíncrona
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    42
  • 72. Temporización Asíncrona
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    43
  • 73. Arbitraje
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    44
    CENTRALIZADO
    DISTRIBUIDO
  • 74. Transferencia datos
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    45
  • 75. Ancho
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    46
  • 76. Multiplexado/demultiplexado
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    47
  • 77. Opciones del Bus
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    48
  • 78. Ancho de Banda del Bus
    Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    49
  • 79. Capítulo II
    Arquitectura de Computadores
    50
  • 80. más
    UTPL
    SER
    DECIDE
    UNIDAD
    VIDEOCONFERENCIAS