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[ Arquitectura de Computadores ] ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR

[ Arquitectura de Computadores ] ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR. IIC 2342 Semestre 2005-2 Domingo Mery. Präsentation. D.Mery 1 Arquitectura de Computadores.

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[ Arquitectura de Computadores ] ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR

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  1. [ Arquitectura de Computadores ]ORGANIZACIÓN DEL COMPUTADOR IIC 2342 Semestre 2005-2 Domingo Mery Präsentation D.Mery 1 Arquitectura de Computadores

  2. 3.1. Máquina de von Neumann • 3.2 Unidad de control • 3.3 Fetch, decodificación, ejecución • 3.4 Conjunto de instrucciones • 3.5 Programación en assembler • 3.6 Formatos de instrucción • 3.7 Modos de direccionamiento • 3.8 Mecanismos de subrutinas • 3.9 E/S e interrupciones [ Índice ] D.Mery 2 Arquitectura de Computadores Präsentation

  3. 3.1. Máquina de von Neumann • 3.2 Unidad de control • 3.3 Fetch, decodificación, ejecución • 3.4 Conjunto de instrucciones • 3.5 Programación en assembler • 3.6 Formatos de instrucción • 3.7 Modos de direccionamiento • 3.8 Mecanismos de subrutinas • 3.9 E/S e interrupciones [ Índice ] D.Mery 3 Arquitectura de Computadores Präsentation

  4. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejemplo: ¿Cómo sumar el contenido de la posición 867 con el contenido de la posición 562 y almacenar el resultado en la posición 778? Memoria de 1024  8 D.Mery 4 Arquitectura de Computadores Präsentation

  5. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejemplo: ¿Cómo sumar el contenido de la posición 867 con el contenido de la posición 562 y almacenar el resultado en la posición 778? + Memoria de 1024  8 D.Mery 5 Arquitectura de Computadores Präsentation

  6. Máquina von Neumann [ Organización ] • Solución: • Leer en la memoria la posición 867 output Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 Dirección 867 Read D.Mery 6 Arquitectura de Computadores Präsentation

  7. Máquina von Neumann [ Organización ] • Solución: • Leer en la memoria la posición 867 • Almacenar lo leído en un registro externo output AC Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 7 Arquitectura de Computadores Präsentation

  8. Máquina von Neumann [ Organización ] • Solución: • Leer en la memoria la posición 867 • Almacenar lo leído en un registro externo • Leer en la memoria la posición 562 output AC Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 Dirección 562 Read D.Mery 8 Arquitectura de Computadores Präsentation

  9. Máquina von Neumann [ Organización ] • Solución: • Leer en la memoria la posición 867 • Almacenar lo leído en un registro externo • Leer en la memoria la posición 562 • Sumar lo leído con el registro externo output sumador AC Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 9 Arquitectura de Computadores Präsentation

  10. Máquina von Neumann [ Organización ] • Solución: • Leer en la memoria la posición 867 • Almacenar lo leído en un registro externo • Leer en la memoria la posición 562 • Sumar lo leído con el registro externo • Almacenar la suma en la posición 778 input sumador Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 Dirección 778 Write D.Mery 10 Arquitectura de Computadores Präsentation

  11. Máquina von Neumann [ Organización ] Solución general: Unidad de aritmética y lógica Unidad de control Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 11 Arquitectura de Computadores Präsentation

  12. Máquina von Neumann [ Organización ] Solución general: El programa le da instrucciones a la Unidad Central. Ejemplo: 00100001 110110011 significa leer en la memoria 110110011 y almacenar la lectura en el registro AC de la ALU. Unidad de aritmética y lógica Unidad de control Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 12 Arquitectura de Computadores Präsentation

  13. Máquina von Neumann [ Organización ] Solución general: El programa le da instrucciones a la Unidad Central. Ejemplo: 00100001 110110011 significa leer en la memoria 110110011 y almacenar la lectura en el registro AC de la ALU. Unidad de aritmética y lógica Unidad de control Significa leer y almacenar en AC Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 13 Arquitectura de Computadores Präsentation

  14. Máquina von Neumann [ Organización ] Solución general: El programa le da instrucciones a la Unidad Central. Ejemplo: 00100001 110110011 significa leer en la memoria 110110011 y almacenar la lectura en el registro AC de la ALU. Unidad de aritmética y lógica Unidad de control Significa lo que se debe leer: 110110011 = 867 Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 14 Arquitectura de Computadores Präsentation

  15. Máquina von Neumann [ Organización ] Solución general: El programa le da instrucciones a la Unidad Central. Ejemplo: 00100001 110110011 significa leer en la memoria 110110011 y almacenar la lectura en el registro AC de la ALU. Unidad de aritmética y lógica Unidad de control Decoder & Read/Write Memoria de 1024  8 D.Mery 15 Arquitectura de Computadores Präsentation

  16. Máquina von Neumann [ Organización ] • Principios: • Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura-escritura. • Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considera el tipo del de dato contenido en la misma. • La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no se que dicha secuencia se modifique explícitamente). D.Mery 16 Arquitectura de Computadores Präsentation

  17. Máquina von Neumann [ Organización ] Estructura D.Mery 17 Arquitectura de Computadores Präsentation

  18. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles • 1000 x 40 bit words • Binary number • 2 x 20 bit instructions Palabra número 0 1 39 Signo Palabra instrucción 0 8 19 20 28 39 Codop Dirección Codop Dirección D.Mery 18 Arquitectura de Computadores Präsentation

  19. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles Palabra instrucción 0 8 19 Codop Dirección • La parte codop (los primeros 8 bits) especifican cuál instrucción será ejecutada. • La parte de la dirección (los 12 bits restantes) especifican cuál de las 1000 posiciones de memoria está implicada en la instrucción. Esta parte es denominada X. D.Mery 19 Arquitectura de Computadores Präsentation

  20. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles • Set of registers (storage in CPU) • Memory Buffer Register (MBR) • Memory Address Register (MAR) • Instruction Register (IR) • Instruction Buffer Register (IBR) • Program Counter (PC) • Accumulator (AC) • Multiplier Quotient (MQ) D.Mery 20 Arquitectura de Computadores Präsentation

  21. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura máquina von Neumann (CC) D.Mery 21 Arquitectura de Computadores Präsentation

  22. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura MBR: Memory Buffer Register Contiene una palabra que debe ser almacenada en la memoria, o es usado para recibir una palabra procedente de la memoria. (CC) D.Mery 22 Arquitectura de Computadores Präsentation

  23. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura MAR: Memory Adress Register Especifica la dirección en memoria de la palabra que va a ser escrita o leída en MBR. (CC) D.Mery 23 Arquitectura de Computadores Präsentation

  24. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura IR: Instruction Register Contiene los 8 bits del código de operación de la instrucción que se va a ejecutar. (CC) D.Mery 24 Arquitectura de Computadores Präsentation

  25. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura IBR: Instruction Buffer Register Empleado para almacenar temporalmente la instrucción contenida en la parte derecha de una palabra en memoria. (CC) D.Mery 25 Arquitectura de Computadores Präsentation

  26. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura PC: Program Counter Contiene la dirección de la próxima pareja de instrucciones que van a ser captadas de la memoria. (CC) D.Mery 26 Arquitectura de Computadores Präsentation

  27. Máquina von Neumann [ Organización ] Detalles de la estructura AC y MQ: Accumulator y Multiplier Quotient Se emplean para almacenar operandos y resultados de operaciones de la ALU temporalmente. Por ejemplo, el resultado de multiplicar dos números de 40 bits es un número de 80 bits; los 40 bits más significativos se almacenan en AC y los menos significativos se almacenan en MQ. (CC) D.Mery 27 Arquitectura de Computadores Präsentation

  28. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE TRANSFERENCIA DE DATOS: • Se transfieren datos entre la memoria y los registros de la ALU o entre dos registros de la ALU. D.Mery 28 Arquitectura de Computadores Präsentation

  29. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE SALTO INCONDICIONAL: • Normalmente, la unidad de control ejecuta instrucciones secuencialmente en la memoria. Las instrucciones de salto pueden cambiar este orden (ej. Operaciones repetitivas). D.Mery 29 Arquitectura de Computadores Präsentation

  30. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE SALTO CONDICIONAL: • El salto depende de una condición, esto permite puntos de decisión. D.Mery 30 Arquitectura de Computadores Präsentation

  31. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE ARITMÉTICA: • Son las operaciones realizadas por la ALU. D.Mery 31 Arquitectura de Computadores Präsentation

  32. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE ARITMÉTICA: • Son las operaciones realizadas por la ALU. ¿Cómo se implementan por hardware? D.Mery 32 Arquitectura de Computadores Präsentation

  33. Circuitos sincrónicos [ Sistemas Digitales ] shift register a la derecha = divisioón entre dos Q Q Q Q D D D D CK CK CK CK D.Mery 33 Arquitectura de Computadores Präsentation

  34. Circuitos sincrónicos [ Sistemas Digitales ] shift register a la izquierda = multiplicación por dos Q Q Q Q D D D D CK CK CK CK D.Mery 34 Arquitectura de Computadores Präsentation

  35. Máquina von Neumann [ Organización ] • INSTRUCCIONES DE MODIFICACIÓN DE DIRECCIONES: • Permite que la ALU haga operaciones con las direcciones y las inserte en instrucciones almacenadas en memoria. Esto permite una considerable flexibilidad de direccionamiento en un programa. D.Mery 35 Arquitectura de Computadores Präsentation

  36. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que sume el número almacenado en la posición 867 más el número almacenado en la posición 562. El resultado de la suma (sin considerar acarreo) se debe almacenar en la posición 778. D.Mery 36 Arquitectura de Computadores Präsentation

  37. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que sume el número almacenado en la posición 867 más el número almacenado en la posición 562. El resultado de la suma (sin considerar acarreo) se debe almacenar en la posición 778. LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a AC ADD M(562) %AC  AC + M(562) STOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778 D.Mery 37 Arquitectura de Computadores Präsentation

  38. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que sume el número almacenado en la posición 867 más el número almacenado en la posición 562. El resultado de la suma (sin considerar acarreo) se debe almacenar en la posición 778. LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a AC ADD M(562) %AC  AC + M(562) STOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778 D.Mery 38 Arquitectura de Computadores Präsentation

  39. Máquina von Neumann [ Organización ] ¿Cómo se almacena el programa? LOAD M(867) 00000001 001101100011 ADD M(562) 00000100 001000110010 STOR M(778) 00100001 001100001010 D.Mery 39 Arquitectura de Computadores Präsentation

  40. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que divida el número almacenado en la posición 867 por 8. El resultado de la división (sin considerar el resto ni la parte fraccionaria) se debe almacenar en la posición 778. D.Mery 40 Arquitectura de Computadores Präsentation

  41. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que divida el número almacenado en la posición 867 por 8. El resultado de la división (sin considerar el resto ni la parte fraccionaria) se debe almacenar en la posición 778. LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a AC RSH % divide el acumulador entre dos RSH % divide el acumulador entre dos RSH % divide el acumulador entre dos STOR M(778) % transfiere AC a la memoria 778 D.Mery 41 Arquitectura de Computadores Präsentation

  42. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que compare el número almacenado en la posición 867 con el número almacenado en la posición 562. Si el primero es menor que el segundo copiar el contenido de la memoria 500 en la memoria 501, de lo contrario se almacena en 501 el contenido de 867 menos el contenido de 562. D.Mery 42 Arquitectura de Computadores Präsentation

  43. Máquina von Neumann [ Organización ] Ejercicio: Escribir un programa que compare el número almacenado en la posición 867 con el número almacenado en la posición 562. Si el primero es menor que el segundo copiar el contenido de la memoria 500 en la memoria 501, de lo contrario se almacena en 501 el contenido de 867 menos el contenido de 562. 1. LOAD M(867) % transfiere el contenido de 867 a AC 2. SUB M(562) % AC  AC - M(562) 3. JUMP +M(3,28:39) % salta si AC ≥ 0 (i.e. M(867)≥ M(562)) 4. LOAD M(500) % transfiere el contenido de 500 a AC 5. STOR M(501) % transfiere AC a la memoria 501 En la posición derecha de 3 debe estar almacenado 5, de esta manera la tercera instrucción salta a la dirección 5 si AC ≥ 0. D.Mery 43 Arquitectura de Computadores Präsentation

  44. 3.1 Máquina de von Neumann • 3.2 Unidad de control • 3.3 Fetch, decodificación, ejecución • 3.4 Conjunto de instrucciones • 3.5 Programación en assembler • 3.6 Formatos de instrucción • 3.7 Modos de direccionamiento • 3.8 Mecanismos de subrutinas • 3.9 E/S e interrupciones [ Índice ] D.Mery 44 Arquitectura de Computadores Präsentation

  45. Unidad de control [ Organización ] Computador periféricos Unidad Central de Proceso CPU Memoria Principal Sistema de interconexión Computador Entrada Salida Líneas de comunicación D.Mery 45 Arquitectura de Computadores Präsentation

  46. Unidad de control [ Organización ] Ejemplo: Bus de Direcciones Bus de Control Memoria Periféricos CPU Principal Memoria Secundaria Bus de Datos D.Mery 46 Arquitectura de Computadores Präsentation

  47. Unidad de control [ Organización ] Ejemplo: D.Mery 47 Arquitectura de Computadores Präsentation

  48. Unidad de control [ Organización ] CPU Computer Unidad Aritmética y Lógica I/O Registros System Bus CPU Interconexión Interna de la CPU Memory Unidad de Control D.Mery 48 Arquitectura de Computadores Präsentation

  49. Unidad de control [ Organización ] Unidad de Control CPU Lógica Secuencial ALU Control Unit Internal Bus Unidad de control de registros y decodificadores Registers Memoria de control D.Mery 49 Arquitectura de Computadores Präsentation

  50. Unidad de control [ Organización ] Unidad de Control CPU Lógica Secuencial ALU • La unidad de control controla el funcionamiento de la CPU: • controla las transferencias de datos desde hacia la CPU y • controla la ALU. Control Unit Internal Bus Unidad de control de registros y decodificadores Registers Memoria de control D.Mery 50 Arquitectura de Computadores Präsentation

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