organizacion y arquitectura del computador

Organizacin y Arquitectura de Computadores

Componentes del Computador y Bus del Sistema

Por: Ing. Julio Azaa

ulo*Universidad Nacional Federico VillarrealFacultad de Ingeniera Industrial y Sistemas

Arquitectura de Computadores

Organizacin del ComputadorComponentes de computador y BusesMemoriaEntrada/Salida

BibliografaOrganizacin y Arquitectura de Computadores, William StallingCaptulo IIArquitectura de Computadores*Contenidos


Captulo IIArquitectura de Computadores*Alternativas HW y SW


Captulo IIArquitectura de Computadores*Dentro de la CPU hay un conjunto de registros que ofrecen un nivel de memoria mas rapido y pequeo 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 aplicacin como los del sistema; los registros normalmente disponibles son:Registro de datos.Registros de direccion.Registro indicePuntero de segmento.Puntero depila

Registros del procesador


Captulo IIArquitectura de Computadores*Componentes de Alto nivel


Captulo IIArquitectura de Computadores*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 instruccin(IR)Program status word(PSW) contiene codigos de condicion junto con otras informaciones de estado.Signo. SupervisorCero. Igualdad.Acarreo. Se produce acarreo mas alla del bit mas significativo.Desbordamiento.Habilitar/Inhabilitar interrupciones.


Captulo IIArquitectura de Computadores*Registros del procesador(cont.)El procesador lee una instruccin de la memoria(se incrementa el PC).La instruccin 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 operacin artmetica o logica sobre los datos. Control: La instruccin pide se altere la secuencia de ejecucion.Ejemplo: El uP lee una instruccin 149 (PC=150) esta especifica que la siguienteinstruccion sea la de la ubicacin 182, el UP debe ajustar entonces el PC=182


Captulo IIArquitectura de Computadores*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 instruccin dedica 4 (16 codigos de operacin diferentes)bits para el codigo de operacin y 12(4096=4K palabras) bits para direccionar la memoria directamente.

Registros internos de la CPU: Contador de progarma(PC):direccion de la instruccin a ser leida.Registro de instruccin(IR):Instruccin que esta ejecutandoseAcumulador(AC): Almacenamiento temporal

Cod . Op.S0 3 4 15Direccion0 1 15 Magnitud


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejemplo(cont.)Lista parcial de los codigos de operacin: 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 2300301302940941MemoriaRegistros de la CPUPCACIR3 0 01 9 4 0El procesador contiene 300, la direccion de la primera instruccin.


Captulo IIArquitectura de Computadores*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 2300301302940941MemoriaRegistros de la CPUPCACIR3 0 01 9 4 00 0 0 3


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejemplo(cont.)Se incrementa el PC y se lee la instruccin siguiente......



Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejemplo(cont.)El contenido anterior del acumuladory el contenido dela ubicacin 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 2300301302940941MemoriaRegistros de la CPUPCACIR3 0 11 9 4 00003 + 0002 = 00050 0 0 5


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejemplo(cont.)Se incrementa el PC y se lee la instruccin siguiente.......



Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejemplo(cont.)El contenido de AC se almacena en la ubicacin 941.Son 3 ciclos de instruccin (c/u consta de un ciclo de lectura y otro de ejecucion)......



Captulo IIArquitectura de Computadores*Funcionamiento del Computador


Tipos de InstruccionesLa instruccin captada se almacena en el registro de instruccin(IR). El CPU interpreta la instruccin que puede ser en general delsiguiente 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 mdulo de E/S.Procesamiento de datos El CPU debe realizar alguna operacin aritmtica o lgica con los datos.Control Alteracin de la secuencia de ejecucin.

Una instruccin puede implicar una combinacin de las acciones anteriores.

Captulo IIArquitectura de Computadores*ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR


Ejecucin de un ProgramaCaptulo IIArquitectura de Computadores*

EJECUCION DE UN PROGRAMA


Captulo IIArquitectura de Computadores*

Diagrama de Estados Ciclos de Instruccin


Programa Generada por alguna condicin como resultado de la ejecucin de una instruccin (desbordamiento, divisin por cero, instruccin no existente o acceso fuera del espacio de memoria).Temporizacin Generada por un temporizador interno al procesador para realizar una funcin de manera regular.E/S Generada por un controlador de E/S para indicar fin de operacin sin error o avisar una condicin de error.Fallo del hardware Generada por un fallo como deficiencia en alimentacin o error de paridad.Captulo IIArquitectura de Computadores*

Interrupciones



Ejecucin de Interrupciones


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejecucin de I. con E/S corta


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejecucin de I. con E/S larga


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ejecucin de Instruccin con Interrupciones


Captulo IIArquitectura de Computadores*Estados del ciclo de Instruccin con interrupcin


Captulo IIArquitectura de Computadores*Tratamiento de Interrupciones


Captulo IIArquitectura de Computadores*Deshabilitar interrupcionesDefinir PrioridadesInterrupciones mltiples


Captulo IIArquitectura de Computadores*Secuencia temporal convarias interrupciones


Una computadora est constituida por un conjunto de unidades o mdulos de 3 tipos elementales (CPU, memoria y E/S) que se comunican entre s.Los conjuntos de lneas que conectan los diversos mdulos se denomina estructura de interconexin. El diseo de la estructura depende de los intercambios que se deban producir.Memoria Est constituido por palabras de la misma longitud, cada una de ellas con una nica direccin numrica.Mdulo de E/S Funcionalmente es similar a la memoria. Hay dos tipos de operaciones (lectura y escritura), puede controlar ms de un dispositivo externo. CPU Lee instrucciones y datos, escribe datos una vez que los ha procesado, y utiliza ciertas seales para controlar el funcionamiento del sistema.

Captulo IIArquitectura de Computadores*Estructuras de Interconexin


La estructura de interconexin debe dar cobertura a los siguientestipos de transferencias:

Memoria - CPU El CPU lee una instruccin 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 travs de un mdulo de E/S.CPU - E/S El CPU envo datos al dispositivo de E/S.Memoria - E/S y vicersa Se utiliza el acceso directo a memoria (DMA), no se pasa a travs del CPU.

Captulo IIArquitectura de Computadores*Tipos de transferencias


Captulo IIArquitectura de Computadores*Mdulos de la Computadora


Un bus es un mecanismo de interconexin entre distintas unidades funcionalesMedio de transmisin compartidoEst compuesto por varias lneas donde cada lnea es capaz de transmitir seales binarias 1 o 0El bus principal es el Bus del sistema que conecta CPU con memoria y con mdulos de E/SCaptulo IIArquitectura de Computadores*Interconexin con Buses


Lneas/bus de datos: camino para transferir datosentre el resto de componentes de un computador.Su anchura (nmero de lneas elctricas) suele seruna potencia de dos (8=2^3, 16=2^4, 32=2^5, 64=2^6, ...).Lneas/bus de direcciones: designan laposicin/direccin de los datos. Son salidas de laCPU/procesador y determinan capacidad dedireccionamiento.Lneas/bus de control: controlan el acceso y uso delas lneas/buses anteriores.

Captulo IIArquitectura de Computadores*Estructura del Bus



BUSES


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

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

Bus de arquitectura tradicionalBus de altas prestaciones.

Captulo IIArquitectura de Computadores*Jerarqua de Buses


Captulo IIArquitectura de Computadores*Tradicional


Captulo IIArquitectura de Computadores*Elementos de diseo del bus


Tipos de buses

Las lneas de los buses se dividen en:

1. Dedicadas.- Usa lneas separadas para direcciones y datos

2. Multiplexadas.-Usa las mismas lneas

Mtodo de arbitraje.- el control del bus puede necesitar mas de un mdulo

3. Centralizado.- Un nico dispositivo asigna tiempos en el bus

4. Distribuido.- Cada mdulo puede controlar el acceso al bus

Temporizacin.- forma de controlar los tiempos en el bus

5. Sincrnico.- la presencia de un evento est determinada por la presencia de un reloj

6. Asincrnico.- la presencia de un evento en el bus es consecuencia y depende de que se produzca un evento previo no precisan la existencia de una seal de reloj

Captulo IIArquitectura de Computadores*Conti


Anchura del bus

Direccin.-el ancho de este bus afecta a la capacidad del sistema

Datos.- mientras mas ancho es el bus de datos, mayor es el nmero de bits que se transmiten a la vez

Tipo de transferencia de datos:

Lectura

Escritura

Lectura-modificacin-escritura

Lectura despus de escritura

Bloque

Captulo IIArquitectura de Computadores*Temporizacin Sncrona


Captulo IIArquitectura de Computadores*Temporizacin Asncrona


Captulo IIArquitectura de Computadores*CENTRALIZADODISTRIBUIDOArbitraje


Captulo IIArquitectura de Computadores*Transferencia datos


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ancho


Captulo IIArquitectura de Computadores*Multiplexado/demultiplexado


Captulo IIArquitectura de Computadores*Opciones del Bus


Captulo IIArquitectura de Computadores*Ancho de Banda del Bus



ORGANIZACIN DE BUSES


*****Ejecucin programa-instrucciones almacenadas en memrois****Mecanismo que permite a mdulos de E/Sinterrumpir la secuencia normal deprocesamientoPor que interumporPorgrama. Overflow, divisin por ceroTemporizacin: multitareaE/S: para indicar la finalizacin normal de una operacinFallo de Hw: error de paridad de memoria*******Deshabilitar interrupciones El procesador ignorar las interrupciones mientras seprocesa otra interrupcin Las interrupciones quedan pendientes y sonrechequeadas una vez que la primera interrupcin hasido procesada Las interrupciones son manejadas en secuencia

Definir prioridades(gerarqua) Interrupciones de baja prioridad pueden serinterrumpidas por las de mayor prioridad Una vez que se ha procesado la interrupcin de mayorprioridad, se retorna a la interrupcin previa

**Mdulo de E/S Funcionalmente es similar a la memoria. Hay dos tipos de operaciones (lectura y escritura), puede controlar ms de un dispositivo externo. Cada unas de las interfaces es referida por un puerto al cual se le asigna una direccin.CPU Lee instrucciones y datos, escribe datos una vez que los ha procesado, y utiliza ciertas seales para controlar el funcionamiento del sistema. Puede recibir seales de interrupcin.****De 50 a 100 lneas cada lnea tiene una funcin particular--dividen en tres grupos*********GRADO DE PARALELISMO*Multiplexada: Cuando el tipo de info q lleva el bus no siempre es el mismo, unas veces lleva datos otras llevas por las misma Lneas direcciones ***

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