5154 - Tema 2

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Tema 2: Arquitectura del Computador

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  • 1. Programación III Tema 2 Arquitectura del Microprocesador Decanato de Ciencias U.C.L.A.
  • 2. Arquitectura del Procesador • Contenido – Microprocesadores – Componentes del procesador: • Unidad de Control • Unidad Aritmético-lógica • Registros – propósitos general – propósito específico – Caché L1. – Buses • Externos • Internos • Tipos de Buses: Datos, Dirección y Control.
  • 3. Arquitectura del Procesador • Un poco de historia.. Con la aparición de las computadoras personales (PC) y la reducción en el costo de las mismas, el microprocesador se convirtió en uno de los dispositivos electrónicos más importantes en la historia de la electrónica. Básicamente, un microprocesador es un circuito electrónico de muy alta escala de integración, capaz de realizar una infinidad de tareas de forma repetitiva a velocidades muy altas. Esto se logra por medio de la lógica dictada por un conjunto de instrucciones que el microprocesador interpreta y ejecuta y que recibe el nombre de programa.
  • 4. Arquitectura del Procesador • Un poco de historia.. Desde su aparición en 1971 el microprocesador ha sufrido una gran cantidad de cambios, todos ellos hacia el lado de aumentar su capacidad y velocidad de procesamiento. Para poder utilizar todo el potencial que encierra un microprocesador, es necesario conocer y comprender su lenguaje natural, esto es: el lenguaje ensamblador.
  • 5. Arquitectura del Procesador • El lenguaje ensamblador.. El lenguaje ensamblador es la forma más básica de programar un microprocesador para que éste sea capaz de realizar las tareas o los cálculos que se le requieran. El lenguaje ensamblador es conocido como un lenguaje de bajo nivel, esto significa que nos permite controlar el 100 % de las funciones de un microprocesador, así como los periféricos asociados a éste.
  • 6. Arquitectura del Procesador • El lenguaje ensamblador.. A diferencia de los lenguajes de alto nivel, por ejemplo quot;Pascalquot;, el lenguaje ensamblador no requiere de un compilador, esto es debido a que las instrucciones en lenguaje ensamblador son traducidas directamente a código binario y después son colocadas en memoria para que el microprocesador las tome directamente. Aprender a programar en lenguaje ensamblador no es fácil, se requiere un cierto nivel de conocimiento de la arquitectura y organización de las computadoras, además del conocimiento de programación en algún otro lenguaje
  • 7. Arquitectura del Procesador • El lenguaje ensamblador.. Ventajas del lenguaje ensamblador: – Velocidad de ejecución de los programas – Mayor control sobre el hardware de la computadora Desventajas del lenguaje ensamblador: – Repetición constante de grupos de instrucciones – No existe una sintaxis estandarizada – Dificultad para encontrar errores en los programas (bugs)
  • 8. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Con la aparición de los circuitos integrados, la posibilidad de reducir el tamaño de algunos dispositivos electrónicos se vio enormemente favorecida. Los fabricantes de controladores integrados, calculadoras y algunos otros dispositivos comenzaron a solicitar sistemas integrados en una sola pastilla, esto dio origen a la aparición de los microprocesadores
  • 9. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Microprocesadores de 4 bits En 1971, una compañía que se dedicaba a la fabricación de memorias electrónicas lanzó al mercado el primer microprocesador del mundo. Este microprocesador fue el resultado de un trabajo encargado por una empresa que se dedicaba a la fabricación de calculadoras electrónicas. El 4004 era un microprocesador de 4 bits capaz de direccionar 4096 localidades de memoria de 4 bits de ancho. Este microprocesador contaba con un conjunto de 45 instrucciones y fue ampliamente utilizado en los primeros videojuegos y sistemas de control.
  • 10. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Microprocesadores de 8 bits Con la aparición de aplicaciones más complejas para el microprocesador y el gran éxito comercial del 4004, Intel decidió lanzar al mercado un nuevo microprocesador, el 8008, éste fue el primer microprocesador de 8 bits. Las características de este microprocesador fueron: – Capacidad de direccionamiento de 16 Kb – Memoria de 8 bits – Conjunto de 48 instrucciones
  • 11. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Este microprocesador tuvo tanto éxito, que en cosa de dos años su capacidad de proceso fue insuficiente para los ingenieros y desarrolladores, por lo cual en 1973 se liberó el 8080. Este microprocesador fue una versión mejorada de su predecesor y las mejoras consistieron en un conjunto más grande de instrucciones, mayor capacidad de direccionamiento y una mayor velocidad de procesamiento. Finalmente, en 1977, Intel anunció la aparición del 8085. Este era el último microprocesador de 8 bits y básicamente idéntico al 8080. Su principal mejora fue la incorporación del reloj temporizador dentro de la misma pastilla.
  • 12. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Microprocesadores de 16 bits En 1978, Intel lanzó al mercado el 8086 y un poco más tarde el 8088. Estos dos microprocesadores contaban con registros internos de 16 bits, tenían un bus de datos externo de 16 y 8 bits respectivamente y ambos eran capaces de direccionar 1Mb de memoria por medio de un bus de direcciones de 20 líneas. Finalmente apareció el 80286. Este era el último microprocesador de 16 bits, el cual era una versión mejorada del 8086. El 286 incorporaba una unidad adicional para el manejo de memoria y era capaz de direccionar 16Mb en lugar de 1Mb del 8086.
  • 13. Arquitectura del Procesador • Historia de los procesadores Microprocesadores de 32 bits El 80386 marco el inicio de la aparición de los microprocesadores de 32 bits. Estos microprocesadores tenían grandes ventajas sobre sus predecesores, entre las cuales se pueden destacar: direccionamiento de hasta 4Gb de memoria, velocidades de operación más altas, conjuntos de instrucciones más grandes y además contaban con memoria interna (caché) de 8Kb en las versiones más básicas.
  • 14. Arquitectura del Procesador Elementos del Microprocesador
  • 15. Arquitectura del Procesador Elementos del Microprocesador A. UNIDAD DE ENTRADA Permite el acceso de datos codificados que provienen de usuarios humanos, de dispositivos externos o de otros computadores. B. UNIDAD DE MEMORIA Permite el almacenamiento de programas y datos, para la consulta posterior de estos últimos o para su proceso inmediato. Está organizada en ubicaciones con capacidad para una palabra. C. UNIDAD ARITMETICO-LOGICA Realiza las operaciones que se requieren en el proceso de los datos. D. UNIDAD SALIDA Envía los datos procesados de vuelta al mundo exterior. E. UNIDAD DE CONTROL Coordina las acciones de las demás unidades restantes
  • 16. Arquitectura del Procesador • La Unidad de Control Este elemento del microprocesador es el que se encarga de ejecutar las instrucciones. La unidad de ejecución comprende el conjunto de registros de propósito general, el registro de banderas y la unidad aritmético-lógica. • La Unidad Aritmético Lógica Conocida también como ALU, este componente del microprocesador es el que realmente realiza las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división) y lógicas (and, or, xor, etc.) que se obtienen como instrucciones de los programas.
  • 17. Arquitectura del Procesador • Buses internos (datos y direcciones) Los buses internos son un conjunto de líneas paralelas (conductores) que interconectan las diferentes partes del microprocesador. Existen dos tipos principales: el bus de datos y el bus de direcciones. El bus de datos es el encargado de transportar los datos entre las distintas partes del microprocesador; por otro lado, el bus de direcciones se encarga de transportar las direcciones para que los datos puedan ser introducidos o extraídos de la memoria o dispositivos de entrada y salida.
  • 18. Arquitectura del Procesador Tipos de Buses a. BUS UNICO  Todas las unidades están conectadas a este bus que es el único medio de interacción entre ellas.  Sólo dos unidades pueden comunicarse por vez.  Su ventaja es su bajo costo y su flexibilidad para comunicar dispositivos.  Su desventaja es su baja velocidad de operación. b. BUS MULTIPLE  La razón de incluir buses adicionales es la de aumentar la velocidad de transferencia a través de mayor paralelismo. Prof. Pedro Rodríguez La Torre Ciencias-Ucla
  • 19. Arquitectura del Procesador REGISTROS DEL COMPUTADOR Son dispositivos de almacenamiento de alta velocidad para uso temporal. Los de uso general pueden ser usados por el CPU y el programador. Los de uso específico sólo pueden ser usados por el procesador. A. REGISTRO DE INSTRUCCION (IR) Contiene la instrucción a ejecutar. B. CONTADOR DE PROGRAMA (PC) Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción. C. REGISTRO DE DIRECCIONES DE MEMORIA (MAR) Contiene la dirección de memoria hacia o desde la cual deben transferirse los datos. D. REGISTRO DE DATOS DE MEMORIA (MDR) Contiene los datos que deben escribirse o leerse en la dirección especificada en el MAR. El MDR se le llama también registro buffer de memoria (MBR). E. REGISTROS DE CONDICIONES Utiles en el manejo de operaciones aritmético- lógicas. Indican condiciones de signo, desbordamiento, acarreo, etc.
  • 20. Arquitectura del Procesador Fin de la clase
  • 21. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA Dispositivo electrónico de almacenamiento de programas y datos. CARACTERÍSTICAS 1. Modo de Retener la Información a. Memorias Permanentes o No-Volátiles Su contenido no puede borrarse b. Memorias No-Permanentes o Volátiles Su contenido se pierde al cortar el suministro de energía. 2. Modo de Lectura a. Memorias de Lectura Destructiva Al leer su contenido, éste se destruye. Requieren regeneración de dicho contenido. b. Memorias de Lectura No-Destructiva Su contenido permanece intacto después de una lectura.
  • 22. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA 3. Modo de Acceso a. Por Palabra  Su acceso es rápido.  Su tiempo de acceso es fijo.  Es utilizada en la memoria principal. b. Por Bloque  Su acceso es lento.  Su tiempo de acceso es variable de acuerdo a la ubicación de su contenido.  Es utilizada en la memoria secundaria. 4. Velocidad Tiempo que toma una operación de lectura o escritura. 5. Capacidad o Tamaño Cantidad de información que se puede guardar en memoria.
  • 23. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA RAM (Random Access Memory) Dispositivo de memoria en el cual se puede leer o escribir datos de manera directa. Es la memoria principal del computador. A. CARACTERISTICAS 1. Acceso Aleatorio Conocido también como acceso al azar o directo. 2. Operaciones de Lectura o Escritura Permite la lectura o escritura por igual. 3. Volatilidad Su contenido se pierde al apagar el equipo. 4. Velocidad de Acceso y Capacidad Su velocidad de acceso y capacidad varían según el equipo.
  • 24. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA RAM (Random Access Memory) B. TIPOS DE MEMORIA RAM 1. RAM ESTATICA  Memoria de semiconductor basada en celdas de tipo biestable que mantienen su contenido siempre que no se interrumpa la alimentación de energía.  Es más rápida que la dinámica pero consume mas energía.  Su diseño es simple aunque requiere de 4 a 6 transistores.  Es más costosa que la dinámica. 2. RAM DINAMICA (DRAM)  Memoria basada en un transistor de tipo MOS (Semiconductor de Oxido Metálico) que tiende a descargarse, por lo que debe ser refrescado periódicamente.  Necesita un solo transistor MOS pero requiere de un sistema adicional de refrescamiento.
  • 25. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA ROM (Read Only Memory)  Dispositivo de memoria que sólo permite la operación de lectura.  Grabada en el proceso de fabricación del circuito integrado.  Almacenamiento permanente (no volatil). Características  Acceso aleatorio.  Su contenido siempre es el mismo (no puede borrase).  Se usa para almacenar programas y rutinas de aplicación especifica.  Su aplicación principal es guardar programas de arranque de computadores.
  • 26. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA ROM (Read Only Memory) A. TIPOS DE MEMORIA ROM Algunos tipos de memoria ROM permiten la posibilidad de posteriores reprogramaciones, entre las que se cuentan: 1. MEMORIA PROM (Programable Read-Only Memory) • Memoria programable de sólo lectura. • La memoria virgen trae sólo unos (1’s) . • Puede programarse una sola vez agregando los ceros. • Esto se efectúa mediante un “Programador de ROM”.
  • 27. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA ROM (Read Only Memory) 2. MEMORIA EPROM (Erasable Programable Read-Only Memory) • Memoria de sólo lectura programable y borrable. • Debe ser retirada del sistema para ser borrada y reprogramada. • Puede borrarse mediante radiación ultravioleta. • Son programadas eléctricamente por el usuario. • Permiten sucesivas reprogramaciones. 3. MEMORIA EAPROM (Electrically Alterable Programable Read-Only Memory) • Memoria de sólo lectura programable y borrable. • Puede ser borrada y reprogramada estando en el sistema. • Puede ser borrada por palabra o por bloque. • Exige distintos y elevados niveles de tensión en el borrado. • Son las más costosas.
  • 28. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA SECUNDARIA Memoria auxiliar que permite el almacenamiento de • grandes cantidades de datos. • Utiliza dispositivos más económicos pero más lentos que los de la memoria principal. • Su contenido puede ser borrado cuando se desea hacerlo. • Es controlada por las unidades de entrada y salida. • El acceso del CPU a esta memoria es más complejo y más lento que cuando éste accesa la memoria principal.
  • 29. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA SECUNDARIA TIPOS DE MEMORIA SECUNDARIA A. DE ACCESO SECUENCIAL CINTA MAGNETICA (Tape) • Tira continua de plástico enrollada en un carrete (reel). • Es tratada con una capa de óxido de hierro que puede ser magnetizada. • Se encuentra también disponible en forma de cartuchos y cassettes para su uso en el computador. B. DE ACCESO DIRECTO DISCO MAGNETICO (Hard disk) • Plato magnético circular cubierto en ambas caras por material magnetizable como es el óxido de hierro. • Se encuentra girando mientras un cabezal de lectura/escritura se posiciona encima de su superficie.
  • 30. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA SECUNDARIA 1. DISCO MAGNETICO (Hard disk) En su organización se encuentran los siguientes elementos: a. Pista Círculo concéntrico en el que se registran los datos. b. Sectores Segmentos que dividen una pista. c. Cilindro Superficie imaginaria formada por todas las pistas colocadas una encima de la otra. d. Cabezal de lectura/escritura Se encarga de extraer o colocar los datos en el disco. Comunmente existe un cabezal por cada superficie del disco. e. Brazo móvil Está unido al cabezal de lectura/escritura. Recorre las pistas haciendo que el cabezal se mueva.
  • 31. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA SECUNDARIA 2. DISCO FLEXIBLE (Diskette) • Material plástico cubierto con óxido de hierro. • Fácil de almacenar y transportar. • Son producidos en tamaños de 5 ¼ y 3 ½ pulgadas. C. METODOS MODERNOS 1. RAM DISK • Tarjeta que contiene chips de RAM que se coloca en una ranura (slot). • El computador trata la tarjeta como si fuese un disk drive. • No son discos físicos pero funcionan como los diskettes.
  • 32. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA SECUNDARIA 2. DISCOS OPTICOS DE SOLO LECTURA (CD-ROM) • Funcionan muy similar a la memoria ROM. • Tecnología digital basada en un disco óptico de 4 ¾ pulgadas que puede almacenar hasta 540 Mb en un lado. • Esta tecnología está basada en rayos laser. 3. DISCOS OPTICOS BORRABLES • Existe también el disco óptico borrable al que se le puede escribir y leer datos. • Este tipo de disco óptico tiene una capa de material magnético sobre su superficie. Se les conoce también como discos óptico- magnéticos.
  • 33. Arquitectura del Procesador LA MEMORIA CACHÉ • Memoria auxiliar de gran velocidad y baja capacidad que se añade a los dispositivos para acelerar su funcionamiento y optimizar su rendimiento. • Localidad de Referencia: la mayor parte del tiempo de ejecución de muchos programas se dedica a pocas rutinas principales. • Almacenamiento Directo: Al escribir se actualizan la memoria RAM y la memoria cache. • Asociación de Bit Bandera: Al escribir se actualiza sólo la memoria cache y luego al cambiar la cache se actualiza la memoria RAM. • Al leer una palabra que no está en la memoria cache, ésta se puede llevar primero al cache y luego al CPU, aunque es más eficiente la “Carga Directa”, es decir enviarla primero al CPU y luego al cache.
  • 34. Arquitectura del Procesador Fin de la clase
  • 35. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL • Su misión prioritaria es tomar de la memoria principal la instrucción indicada por el Contador de Programa (PC) e incrementar el mismo, interpretar o decodificar dicha instrucción y ejecutarla. • Resuelve las situaciones anormales o de conflicto que ocurren en el computador y controlar o comunicarse con los periféricos. • En su funcionamiento utiliza las instrucciones, el Registro de Estado, el Contador de Períodos del Reloj y las señales de entrada y salida. • El código de operación de la instrucción le indica la operación a realizar y el modo de direccionamiento a utilizar, se localizan los operandos, se envían a la UAL si se necesita y se guarda el resultado. • El Registro de Estado guarda información de la operación anterior y de situaciones especiales (desbordamiento, errores de paridad, etc.) • Las señales de E/S permiten el diálogo con los periféricos.
  • 36. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL A. OPERACIONES ELEMENTALES • La ejecución de cada instrucción se descompone en una serie de pequeños pasos tales como lectura de un operando, incremento del Contador de Programa, ejecución de una operación aritmética, etc. • La ejecución de cada operación elemental activa un conjunto de señales de control que genera el Secuenciador. • En cada ciclo de máquina , generado por el reloj, el Secuenciador envía una serie de señales de control que realizan una o varias operaciones elementales que constituyen una microinstrucción. • Una instrucción de máquina consta de varias microinstrucciones, cuando se realiza la última de una instrucción, se recibe el código de operación de la siguiente instrucción y se repite el ciclo.
  • 37. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL Las operaciones elementales se clasifican en dos grupos: 1. OPERACIONES DE TRANSFERENCIA • Se seleccionan los elementos que participan, uno de los cuales actúa como origen y el otro como destino. • Se establece la ruta entre las salidas del origen y las entradas del destino. • Al final se envía al destino una señal para que se cargue con los datos del origen. 2. OPERACIONES DE PROCESO • Tienen un planteamiento básico idéntico a las de transferencia, con la diferencia fundamental de que los datos del origen se hacen pasar por un operador en su vía hacia el destino.
  • 38. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL B. TIPOS DE UNIDAD DE CONTROL 1. EN LOGICA CABLEADA • Construida mediante compuertas lógicas y siguiendo métodos clásicos de diseño lógico. • Sus circuitos están dotados de una gran velocidad, lo que la hace más rápida que la Lógica Almacenada o Microprogramada. • Estos circuitos son muy complejos y costosos. • Las modificaciones posteriores son muy difíciles de realizar. • Este diseño es utilizado en computadores muy potentes. • Con las modernas técnicas de diseño computarizado de circuitos de Muy Alta Escala de Integración (VLSI) se resuelven la mayor parte de las dificultades del diseño de la Lógica Cableada.
  • 39. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL 2. EN LOGICA ALMACENADA O MICROPROGRAMADA • Las señales de control son almacenadas en una memoria ROM llamada Memoria de Control. • La información de las señales de control de un período se les denomina microinstrucción. • El conjunto de microinstrucciones que forman el cronograma de una instrucción es llamado microprograma. • Al conjunto de microprogramas de una máquina se le denomina Firmware o Microcódigo. a. CARACTERISTICAS • Memoria de Control con capacidad suficiente para almace-nar el Firmware o Microcódigo completo de la máquina. • Poseer un procedimiento para hacer corresponder a cada instrucción de máquina con su microprograma. • Mecanismo para ir leyendo las sucesivas microinstrucciones y saltar a un nuevo microprograma al final del actual.
  • 40. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL b. SECUENCIAMIENTO EXPLICITO • Las microinstrucciones pueden estar desordenadas ya que cada una de ellas contiene la dirección de la siguiente. • La desventaja es el espacio utilizado para el secuenciamiento. c. SECUENCIAMIENTO IMPLICITO • Consiste en tener ordenadas las microinstrucciones de cada microprogama consecutivamente en la Memoria de Control. • De esta forma se obtiene un considerable ahorro de memoria. • Para que cada microinstrucción corresponda con su microprograma se introduce un traductor entre el código de operación y el multiplexor de la Memoria de Control. • Dicho traductor reside también en memoria ROM.
  • 41. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL MANEJO DE INSTRUCCIONES • Una instrucción al ejecutarse requiere de una serie pasos continuos y repetidos. • El CPU analiza que es lo que se va a hacer (Tiempo de Instrucción). • Luego, se ejecuta la instrucción(Tiempo de Ejecución). • Realizados los pasos anteriores es lo que se llama Ciclo de Máquina. • Los Ciclos de Máquina están definidos por el reloj del computador. • Según el número de operandos, el formato de la instrucción será: 1. SIN OPERANDOS: Sólo el código de operación. 2. CON UN SOLO OPERANDO: Código de operación y operando 1. 3. CON DOS OPERANDOS: Código de operación y operandos 1 y 2.
  • 42. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL A. FASE DE BUSQUEDA • La Unidad de Control (UC) mueve el contenido del Contador de Programa (PC), (que tiene la dirección de la siguiente instrucción) al Registro de Dirección de Memoria (MAR) y luego el contenido del MAR es transferido al registro de selección de memoria. • La UC envía una orden de lectura a la memoria principal, la cual efectúa la operación utilizando la dirección almacenada en el registro de selección de memoria. • Efectuada la lectura, la instrucción queda en el registro de palabra en memoria, luego la UC mueve el contenido de este registro al Registro de Buffer de Memoria (MBR). La UC analiza su contenido y al detectar que es una instrucción lo pasa al Registro de Instrucción (IR).
  • 43. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL B. FASE DE DECODIFICACION Y EJECUCION • La UC interpreta la instrucción contenida en el IR, es decir determina la operación a realizar. • Luego la UC analiza el código de operación, si se trata de una operación de proceso se buscan los operandos y se procede a la ejecución de la instrucción, de lo contrario se hace sólo la ejecución. C. FASE DE PREPARACION PROXIMA INSTRUCCION • El PC se autoincrementa en el número de palabras que ocupa la instrucción que acaba de ejecutar y apunta a la siguiente instrucción.
  • 44. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL D. INSTRUCCION DE RUPTURA DE SECUENCIA Estas instrucciones llamadas también de bifurcación o de salto, alteran la secuencia normal de ejecución del programa haciendo que la instrucción de salto sea seguida, no por la instrucción almacenada en la dirección consecutiva, sino por una instrucción cuya dirección viene indicada por la propia instrucción de salto. 1. INSTRUCCION DE SALTO CONDICIONAL Si se cumple una determinada condición, el PC se carga con la dirección de salto, en caso contrario el PC se incrementa en el número de palabras que ocupa la instrucción que recien se ejecutó para apuntar a la siguiente instrucción.
  • 45. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE CONTROL D. INSTRUCCION DE RUPTURA DE SECUENCIA 2. INSTRUCCION CON RETORNO Guardan la dirección de la siguiente instrucción y así poder retornar al punto donde se produjo la bifurcación. Se usan en las llamadas a subrutinas. E. RELOJ DE SINCRONIZACION  La mayoría de los computadores digitales poseen un funcionamiento sincrónico, gobernado por un oscilador o reloj general.  El reloj es un circuito que emite una serie de impulsos de un ancho y separación definidos con precisión.  Los intervalos de este reloj representan la temporización básica del sistema, ya que determinan el menor tiempo que puede durar una operación elemental.  La duración de un tiempo elemental determinado por el reloj maestro se denomina Tiempo de Ciclo de Reloj o Período.  Durante cada ciclo tiene lugar alguna actividad básica, por ejemplo, la ejecución de una microinstrucción.
  • 46. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA A. DESCRIPCION FUNCIONAL  Es la encargada de realizar en el computador las operaciones con los datos de acuerdo con el programa en curso.  La Unidad de Control envía a la UAL las direcciones donde están los datos a procesar, donde colocar el resultado, así como también el código que selecciona la operación que se debe hacer. B. ESTRUCTURA 1. OPERADORES Circuitos que realizan funciones aritméticas o lógicas. 2. BANCO DE REGISTROS GENERALES Sirven para almacenar los datos. Contiene de 8 a 16 registros. 3. ACUMULADOR En él se deposita el resultado que origina el operador.
  • 47. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA 4. SEÑALIZADORES DE ESTADO Biestables que contienen las condiciones de la última operación, tales como cero, negativo, acarreo , desbordamiento, etc. 5. SECUENCIADOR Genera las señales necesarias para desarrollar las diversas microinstrucciones que conforman la instrucción. Puede ser Cableado, compuesto por circuitos lógicos o Programado, el cual tiene una pequeña memoria que contiene un microprograma. C. CARACTERISTICAS 1. REALIZA CALCULOS Efectúa las operaciones básicas: suma, resta, multiplicación y división. 2. DECIDE Establece operaciones lógicas para la toma de decisiones y el resultado de la comparación puede ser verdadero o falso. 3. CONTROLA Analiza y selecciona el código de la operación a realizar (lógico o aritmético).
  • 48. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA 4. SEÑALIZADORES DE ESTADO Biestables que contienen las condiciones de la última operación, tales como cero, negativo, acarreo , desbordamiento, etc. 5. SECUENCIADOR Genera las señales necesarias para desarrollar las diversas microinstrucciones que conforman la instrucción. Puede ser Cableado, compuesto por circuitos lógicos o Programado, el cual tiene una pequeña memoria que contiene un microprograma. C. CARACTERISTICAS 1. REALIZA CALCULOS Efectúa las operaciones básicas: suma, resta, multiplicación y división. 2. DECIDE Establece operaciones lógicas para la toma de decisiones y el resultado de la comparación puede ser verdadero o falso. 3. CONTROLA Analiza y selecciona el código de la operación a realizar (lógico o aritmético). 4. ALMACENA TEMPORALMENTE Guarda temporalmente en sus registros los datos de entrada y de salida.
  • 49. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA D. TIPOS DE OPERACIONES 1. ARITMETICAS Suma, resta, cambio de signo, complemento a dos, etc. 2. LOGICAS Determina si un dato es negativo, igual al segundo, etc. 3. DESPLAZAMIENTOS Se corren los bits de una palabra o registro de derecha a izquierda o viceversa. a. DESPLAZAMIENTO LOGICO Los valores de los extremos se completan con ceros según la dirección del desplazamiento. b. DESPLAZAMIENTO ARITMETICO Similar al lógico sólo que se realiza sobre números en complemento y manteniendo el signo de la cantidad. c. DESPLAZAMIENTO CONCATENADO Afecta a dos elementos concatenados (dos registros o un registro y un biestable, por ejemplo) d. DESPLAZAMIENTO CIRCULAR Los bits que se vacían en un extremo se rellenan con los que salen por el otro. En este caso no hay pérdida de datos.
  • 50. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA D. TIPOS DE OPERACIONES 4. RUPTURA DE SECUENCIA Hacen que el computador cambie el flujo normal de ejecución y tome instrucciones de otro bloque de memoria. 5. COMPARACION Se resta el segundo número a comparar del primero, lo cual afecta el registro de estado, sin modificar dichos números. Luego se consulta el registro de estado para saber si los números son iguales, el primero menor que el segundo, etc.
  • 51. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA Un computador debe tener capacidad para enviar y recibir datos hacia y desde otros dispositivos. Debe entonces contar con los mecanismos para: 1. Seleccionar los dispositivos en las operaciones de E/S. 2. La transferencia hacia y desde un dispositivo. 3. Sincronización de las operaciones de E/S. A. DIRECCIONAMIENTO DE DIPOSITIVOS DE E/S Comúnmente un computador tiene conectados multiples dispositivos de E/S, por lo cual se requiere un medio para seleccionar cada uno de ellos para que participen en las operaciones de E/S. Esto se puede lograr con un bus de E/S de tres grupos de líneas para la transmisión de direcciones, señales de control y datos. A cada dispositivo se le asigna un código de identificación o dirección con el cual puede ser seleccionado.
  • 52. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA B. TRANSFERENCIA DE DATOS 1. E/ S CONTROLADA POR PROGRAMA O PROGRAMADA Con este método una instrucción de E/S provoca la transferencia de una palabra de datos o un caracter. La transferencia involucra un registro del controlador del periférico y un registro del CPU o una posición de memoria. Requiere que el CPU participe en forma continua. Se utilizan las señales de dirección, de datos y de control. En los dispositivos de E/S de alta velocidad este método es completamente inoperante puesto que se requiere transferir grandes bloques de datos y además muchos de estos dispositivos funcionan sincronizados por un reloj de frecuencia fija independiente del CPU.
  • 53. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA 2. ACCESO DIRECTO A MEMORIA (DMA) Este método utiliza un circuito especial de control o controlador de DMA que permite la transferencia de un bloque de datos directamente entre el dispositivo y la memoria, independientemente del CPU. Requiere un registro contador para generar la dirección de memoria, otro para llevar el conteo de palabras, otro para almacenar la función que se va a realizar y otro como buffer de datos entre la memoria y el dispositivo de E/S. Cuando se dispone de un bus único, se puede utilizar un controlador de DMA dedicado a un periférico de E/S. Cuando se tiene buses múltiples, un controlador de DMA “flotante” puede manejar más de un dispositivo de E/S.
  • 54. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA C. SINCRONIZACION El computador debe estar en capacidad de poder coordinar sus actividades con las de los dispositivos externos conectados a él. 1. ESCRUTINIO La condición presente de cada dispositivo de E/S se indica por uno o más bits de información. El bit más importante es el bit “ready” (listo) y se utiliza cuando el dispositivo está listo para una transferencia. Para una operación de E/S en un dispositivo, el programa deberá primero consultar los bits de condición del mismo.
  • 55. Arquitectura del Procesador LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA C. SINCRONIZACION 2. INTERRUPCIONES Pueden considerarse como bifurcaciones externas al programa en ejecución, provocadas por señales que provienen del exterior del CPU. El objetivo de una interrupción es reclamar la atención del CPU sobre un hecho externo, solicitando que se ejecute una rutina específica que trate adecuadamente ese evento. En una interrupción ocurren dos etapas: a. DIALOGO DE SEÑALES: Necesario para que el CPU acepte la interrupción y haga la bifurcación a la rutina apropiada. b. TRATAMIENTO DE LA INTERRUPCION: Consiste en la ejecución de la rutina respectiva.
  • 56. Arquitectura del Procesador BIBILIOGRAFIA Prof. Robiro Asuaje. Nociones Fundamentales ➔ sobre Arquitectura y Organización de Computadores Pedro de Miguel y José Ma. Angulo ➔ Arquitectura de Computadores C. Hamacher, Z. Vranesic y S. Zaky ➔ Organización de Computadoras