Funcionamiento Del Computador

HARDWARE ESPECÍFICO CÓMO INTERACTÚAN HARDWARE DE USO TODOS LOS GENERAL COMPONENTES COMPONENTES DEL COMPUTADOR CICLOS DE CAPTACIÓN Y EJECUCIÓN INTERRUPCIONES

Componentes del computador

TODOS LOS COMPUTADORES ACTUALES SE HA DISEÑADO BASÁNDOSE EN LOS CONCEPTOS DESARROLLADOS POR JOHN VON NEUMANN EN EL INSTITUTO DE ESTUDIOS AVANZADOS DE PRINCETON: LOS CONTENIDOS DE ESTA MEMORIA SE DIRECCIONAN INDICANDO SU POSICIÓN, SIN CONSIDERAR EL TIPO DE DATO CONTENIDO EN LA MISMA. LOS DATOS Y LAS LA EJECUCIÓN SE PRODUCE INSTRUCCIONES SE SIGUIENDO UNA SECUENCIA DE ALMACENAN EN UNA SOLA INSTRUCCIÓN TRAS INSTRUCCIÓN (A MEMORIA DE LECTURA Y NO SER QUE DICHA SECUENCIA SE ESCRITURA MODIFIQUE EXPLÍCITAMENTE). SE BASA EN 3 COMPONENTES

ESPECÍFICO EN ESTE DIAGRAMA SE EJEMPLIFICA EL COMPUTADOR REALIZABA UNA TAREA FIJA CON LOS DATOS, EL SISTEMA ACEPTA DATOS Y PRODUCE RESULTADOS

VEMOS EJEMPLIFICADO QUE POR MEDIO DE INSTRUCCIONES AL PROCESADOR, SE PODÍA HACER QUE EL COMPUTADOR SEA DE USO GENERAL Y REALIZAR DISTINTAS TAREAS. EL SISTEMA ACEPTA DATOS Y SEÑALES DE CONTROL Y PRODUCE RESULTADOS

COMO SE PUEDE APRECIAR, LA MEMORIA Y LOS DATOS PROVIENEN DE LA MISMA MEMORIA. LA IDEA ES LA SIGUIENTE, SE LEÍA UNA INSTRUCCIÓN, ESTA PASABA A LA UNIDAD DE CONTROL, DICHA UNIDAD REALIZABA LAS CONEXIONES CORRESPONDIENTES PARA QUE LA ALU REALIZARA UNA TAREA DETERMINADA, ENTRABAN LOS DATOS A LA ALU, ESTA REALIZABA LAS OPERACIONES, Y EL RESULTADO SALÍA POR ALGÚN DISPOSITIVO DE E/S

CPU INTERPRETE DE INSTRUCCIONES FUNCIONES LÓGICAS Y ARITMÉTICAS DE USO

INTÉRPRETE DE INSTRUCCIONES Y MÓDULO DE USO GENERAL PARA LAS FUNCIONES ARITMÉTICAS Y LÓGICAS CPU

ADEMÁS SE REQUIEREN VARIOS ELEMENTOS ADICIONALES PARA QUE EL COMPUTADOR FUNCIONE. YA QUE LOS DATOS Y LAS INSTRUCCIONES DEBEN INTRODUCIRSE EN EL SISTEMA PARA ESO SE NECESITA ALGÚN TIPO DE MÓDULO DE ENTRADA Y TAMBIÉN SE NECESITA UN MEDIO PARA PROPORCIONAR RESULTADOS EL MÓDULO DE SALIDA. E/S MODULO

CÓMO INTERACTÚAN TODOS LOS COMPONENTES CPU SE ENCARGA DEL CONTROL INTERCAMBIA DATOS CON LA MEMORIA

SE NECESITA UN COMPONENTE MÁS, COMO SABEMOS UN PROGRAMA NO SIEMPRE EJECUTA LAS INSTRUCCIONES SEGÚN UNA MISMA SECUENCIA, PUEDE SALTARSE CIERTAS INSTRUCCIONES. POR ELLO DEBE EXISTIR UN SITIO PARA ALMACENAR TEMPORALMENTE TANTO LAS INSTRUCCIONES COMO LOS DATOS. MEMORIA PRINCIPAL

CÓMO INTERACTÚAN TODOS LOS COMPONENTES IGUALMENTE UN REGISTRO DE DIRECCIONES DE E/S ESPECIFICA UN DISPOSITIVO DE

CÓMO INTERACTÚAN TODOS LOS COMPONENTES UN MÓDULO DE E/S TRANSFIERE DATOS DESDE LOS DISPOSITIVOS EXTERNOS A LA CPU Y A LA MEMORIA. CONTIENE LOS REGISTROS (BUFFERS) INTERNOS PARA ALMACENAR LOS DATOS TEMPORALMENTE, HASTA QUE PUEDAN ENVIARSE

ENTRADA Y SALIDA CPU REGISTRO DE DIRECCIÓN E/S ESPECIFICA UN DISPOSITIVO DE E/S REGISTRO DE DATOS E/S SE UTILIZA PARA INTERCAMBIAR DATOS ENTRE EL MÓDULO DE E/S Y LA CPU

CÓMO INTERACTÚAN TODOS LOS COMPONENTES PARA ESTO USUALMENTE UTILIZA DOS REGISTROS INTERNOS DE LA CPU CPU REGISTRO DE DIRECCIÓN DE MEMORIA ESPECIFICA LA DIRECCIÓN DE MEMORIA QUE SERÁ ACCEDIDA. REGISTRO TEMPORAL DE MEMORIA (BUFFER) CONTIENE EL VALOR A ALMACENAR O LA PALABRA RECIBIDA DE MEMORIA.

Funcionamiento del computador

LA FUNCIÓN BÁSICA QUE REALIZA UN COMPUTADOR ES LA EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA, CONSTITUIDOS POR UN CONJUNTO DE INSTRUCCIONES ALMACENADAS EN MEMORIA. EL PROCESADOR ES EL QUE SE ENCARGA DE EJECUTAR LAS INSTRUCCIONES ESPECIFICADAS EN EL PROGRAMA.

CICLOS DE CAPTACIÓN Y EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA CONSTA DE DOS CICLOS CICLOS DE CICLOS DE CAPTACIÓN

EJECUCIÓN EL PROCESADOR LEE LA EL PROCESADOR EJECUTA LA INSTRUCCIÓN DE LA MEMORIA INSTRUCCIÓN LA EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA CONSISTE EN LA REPETICIÓN DEL PROCESO DE CAPTACIÓN Y EJECUCIÓN DE INSTRUCCIÓN

FASES DE EJECUCIÓN DE UNA INSTRUCCIÓN  CAPTACIÓN  PREPARACIÓN DE LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN  DECODIFICACIÓN  EJECUCIÓN LA EJECUCIÓN DEL PROGRAMA SE PARA SOLO SI LA MAQUINA SE DESCONECTA, SE PRODUCE ALGÚN TIPO DE ERROR IRRECUPERABLE O EJECUTA UNA INSTRUCCIÓN DEL PROGRAMA QUE DETIENE AL COMPUTADOR

COMO SE DIJO ANTERIORMENTE LA CPU INTERPRETA LA INSTRUCCIÓN Y LLEVA A CABO LA ACCIÓN REQUERIDA. EN GENERAL, ESTA PUEDE SER DE 4 TIPOS:

1. procesador – memoria: transferencia de datos desde o hacia memoria.

2. procesador – e/s: transferencia de datos desde o hacia el exterior a través de un módulo de e/s.

3. procesamiento de datos: alguna operación aritmética o lógica con los datos.

4. control: una instrucción puede especificar que la secuencia de ejecución se altere • por ejemplo una instrucción de salto, que lo único que requiere es que se cambie el valor del registro pc una instrucciones requieren una combinación de algunas.

SE UTILIZA PC PARA SEGUIR LA PISTA DE LA INSTRUCCIÓN QUE DEBE CAPTARSE A CONTINUACIÓN. A NO SER QUE SE INDIQUE LO CONTRARIO LA CPU SIEMPRE INCREMENTA 1 A PC DESPUÉS DE CADA INSTRUCCIÓN, DE FORMA QUE CAPTARÁ LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN DE SECUENCIA AL COMIENZO DE CADA CICLO DE INSTRUCCIÓN LA CPU CAPTA LA INSTRUCCIÓN DE MEMORIA

FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADOR CICLO DE INSTRUCCIÓN

1. recuperar la siguiente instrucción desde

2. decodificar el patrón de memoria (apuntada por bits en el registro del programa contar) e instrucción ir luego incrementar el programa contar.

3. ejecutar la instrucción indicada en el registro de instrucción ir

1. u obtiene la próxima instrucción de memoria (usando el registro pc) 2. Se incrementa el pc

3. la instrucción es decodificada a un lenguaje que entiende la alu

4. obtiene de memoria los operados requeridos por la operación

5. la alu ejecuta y deja los resultados en registros o en memoria

6. repetir pasó 1

OPERACIONES ELEMENTALES SOBRE LA MEMORIA LEER EL CONTENIDO DE LA MEMORIA

1. decidir que celda se va leer (dar la dirección).

2. esperar a que se complete la operación de copia del dato.

3. recoger el dato y dar por terminada la operación.

ESCRITURA

1. proporcionar el dato que se desea guardar.

2. proporcionar la dirección de la celda en donde sería guardado el dato.

3. esperar un tiempo fijo para que se haga el almacenamiento.

 LA ALU EJECUTA LA INSTRUCCIÓN Y COLOCA LOS RESULTADOS EN REGISTROS O EN MEMORIA.

TIPOS DE OPERACIONES PROCESADOR-MEMORIA  TRANSFERENCIA DE DATOS ENTRE LA CPU Y LA MEMORIA  PROCESADOR-E/S  TRANSFERENCIA DE DATOS ENTRE LA CPU Y UN MÓDULO DE E/S  PROCESAMIENTO DE DATOS  ALGUNA OPERACIÓN ARITMÉTICA O LÓGICA SOBRE LOS DATOS  CONTROL  ALTERACIÓN DE LA SECUENCIA DE OPERACIONES EJ.: JUMO

CADA OPERANDO REQUERIDO PARA EJECUTAR ES LEVANTADO DE LA MEMORIA PRINCIPAL Y UBICADO EN REGISTROS DENTRO DE LA CPU.

 LA UNIDAD DE CONTROL LEVANTA LA PRÓXIMA DE MEMORIA USANDO EL “CONTADOR DE PROGRAMA” (O RPI) QUE DICE EN QUÉ DIRECCIÓN ESTÁ LA PRÓXIMA INSTRUCCIÓN

 LA INSTRUCCIÓN ES DECODIFICADA A UN LENGUAJE QUE ENTIENDE LA ALU (UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA).

EJEMPLO DE EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA SE PUEDE ESCRIBIR UN PRIMER PROGRAMA COMPLETO, USANDO EL MODELO MOSTRADO. SUPONGAMOS EL PROBLEMA DE SUMAR 5+7 CONSIDERACIONES:

1. se requieren tres celdas, dos para los datos y una para dejar el resultado, sean las celdas 21, 22 y 23.

2. se deben definir con detalle las operaciones a efectuar, el orden y la codificación adecuada.

3. introducir todos los datos e instrucciones en memoria. Haciendo un análisis es necesario definir varias operaciones sobre la máquina, por ejemplo: una instrucción para llevar el contenido de una celda al registro acumulador; otra para hacer la suma, y otra para devolver el contenido del acumulador a una celda de la memoria.

NECESIDAD DE LA CODIFICACIÓN EL SEGUNDO PROBLEMA ES CÓMO ALMACENAR LAS INSTRUCCIONES EN LA MEMORIA. COMO EN LAS CELDAS DE MEMORIA SÓLO CABEN NÚMEROS, ENTONCES HABÍA QUE TRADUCIR LAS INSTRUCCIONES A NÚMEROS PARA PODER ALMACENARLAS, QUE ES EL CONCEPTO DE CODIFICACIÓN. PARA CODIFICAR LAS INSTRUCCIONES SE DEBE CONSIDERAR CUANTAS Y CUÁLES SON LAS INSTRUCCIONES DISPONIBLES Y QUE ESQUEMA DE CODIFICACIÓN SE EMPLEARÍA. LA CANTIDAD DEPENDE BÁSICAMENTE DE LA CAPACIDAD DE LA UNIDAD DE CONTROL DEL PROCESADOR CENTRAL PARA HACER OPERACIONES; A MAYOR COMPLEJIDAD –Y COSTO–, MAYOR SERÍA EL NÚMERO DE INSTRUCCIONES DIFERENTES QUE PODRÍA EFECTUAR. SE DEBE ENCONTRAR UN CÓDIGO ADECUADO PARA QUE A CADA INSTRUCCIÓN LE CORRESPONDA UNO, Y SÓLO UN, VALOR NUMÉRICO. SE USA UNA ESPECIE DE DICCIONARIO ELECTRÓNICO.

CÓDIGOS DE OPERACIÓN HEXADECIMAL BINARIO 1 0001 CARGAR AC DESDE MEMORIA 2 0010 ALMACENAR AC EN MEMORIA 5 0101 SUMAR A AC UN DATO DE MEMORIA1 MEMORIA REGISTROS DEL CPU 300 1 940 300 PC 301 5 941 AC 302 2 941 1940 IR 940 0003 941 0002

LA UNIDAD DE CONTROL SU FUNCIÓN PRINCIPAL ES DIRIGIR LA SECUENCIA DE PASOS DE MODO QUE LA COMPUTADORA LLEVE A CABO UN CICLO COMPLETO DE EJECUCIÓN DE UNA INSTRUCCIÓN, Y HACER ESTO CON TODAS LAS INSTRUCCIONES DE QUE CONSTE EL PROGRAMA. LOS PASOS SON:

1. ir a la memoria y extraer el código de la siguiente instrucción (que estaría en la siguiente celda de memoria por leer).

2. decodificar la instrucción recién leída (determinar de qué instrucción se trata.

3. ejecutar la instrucción.

4. prepararse para leer la siguiente instrucción, y volver al primer paso para continuar. La unidad de control ejecutaría varias veces este ciclo de cuatro “instrucciones alambradas”.

MEMORIA 300 1 940 ESPECIFICA LA DIRECCIÓN

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