Arquitectura De Computadoras

Contenido

Tabla de Contenido

Contenido I

UNIDAD 2.- ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LA CPU 1

Introducción 1

2.1 Organización del procesador 1

2.2 Estructura de registros 2

2.2.1 Registros visibles para el usuario 2

2.2.2 Registros de control y de estados 3

2.2.3 Ejemplos de organización de registros de CPU reales 5

2.3 El ciclo de instrucción 7

2.3.1 Ciclo Fetch-Decode-Execute 8

2.3.2 Segmentación de instrucciones 9

2.3.3 Conjunto de instrucciones: Características y funciones 10

2.3.4 Modos de direccionamiento y formatos 12

2.4 Casos de estudio de CPU reales 15

Conclusión 16

Referencias 17

Electrónicas 17

UNIDAD 3.- SELECCIÓN DE COMPONENTES PARA ENSAMBLE DE EQUIPOS DE CÓMPUTO 18

Introducción 18

3.1 Chipset Ensamble Componentes 18

Chipsets para Pentium y Pentium MMX 19

Chipsets para Pentium II y Celeron 22

3.1.1 CPU Ensamble Componentes 23

3.1.2 Controlador de Bus Ensamble Componentes 24

3.1.3 Puertos De E/S Ensamble Componentes 25

3.1.4 Controlador Interrupciones Ensamble Componentes 27

3.1.5 Controlador Dma Ensamble Componentes 29

3.1.6 Circuitos Temporización Y Control 29

3.1.7 Controladores De Video 30

3.2 Aplicaciones 31

3.2.1 Entrada/ Salida. 31

3.2.2 Almacenamiento. 36

3.2.3 Fuente de alimentación. 37

3.3 Ambientes de servicios. 38

3.3.1 Negocios. 41

3.3.2 Industria. 42

3.3.3 Comercio electrónico. 44

Conclusión 47

Referencias 48

Electrónicas 48

Tabla de Ilustraciones

Componentes del Procesador, Figura 1 2

Organización de Registros Figura 1 5

Organización de Registros Figura 2 6

Organización de Registros Figura 3 6

Ciclo de Instrucción, Figura 1 7

Modos de Direccionamiento Figura 1 14

Modos de Direccionamiento Figura 2 14

ChipSet Fig 1 19

UNIDAD 2.- ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO DE LA CPU

Introducción

La estructura y funcionamiento del CPU es demasiado complejo como para explicar meramente en este documento, por lo tanto nos reservaremos a explicar una parte como los componentes esenciales del procesador, etc. Así mismo entenderemos la organización del mismo, y para ello veremos cómo captar las instrucciones, interpretarlas, procesarlas y escribirlas.

Para la estructura de registros debemos realizar operaciones por unidad de control y la unidad aritmética lógica, todo esto para almacenar información temporalmente y así facilitar la manipulación de los datos por parte del CPU.

En los modos de direccionamiento el campo de operación de una instrucción especifica la operación que se debe realizar. Esta debe ser ejecutada sobre algunos datos almacenados en registros del computador o en palabras de memoria, es decir, sobre los operandos. El modo de direccionamiento especifica la forma de interpretar la información contenida en cada campo de operando para localizar, en base a esta información, el operando.

2.1 Organización del procesador

Para comprender la organización del procesador, consideremos los requisitos que han de cumplir:

Captar instrucción: el procesador lee una instrucción de la memoria (registro, cache o memoria principal).

Interpretar instrucción: la instrucción se decodifica para determinar qué acción es necesaria.

Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de la memoria o de un módulo de E/S.

Procesar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

Escribir datos: los resultados de una ejecución puede exigir escribir datos en la memoria o en un módulo de E/S.

Para hacer estas cosas, es obvio que el procesador necesita almacenar algunos datos temporales.

Debe recordar la posición de la última instrucción de forma que pueda saber de dónde tomar la siguiente. Necesita almacenar instrucciones y datos temporales mientras una instrucción está ejecutándose. En otras palabras, el procesador necesita una pequeña memoria interna.

2.2 Estructura de registros

Es un medio de ayuda a las operaciones realizadas por la unidad de control y la unidad aritmética y lógica, la cual permite almacenar información temporalmente para facilitar la manipulación de los datos por parte de la CPU.

2.2.1 Registros visibles para el usuario

Un registro visible por el usuario es aquel que puede ser referenciado por medio del lenguaje máquina que ejecuta el procesador. Podemos clasificarlos en las siguientes categorías:

Uso general

Datos

Direcciones

Códigos de condición

Los registros de uso general pueden ser asignados por el programador a diversas funciones. A veces, su uso dentro del repertorio de instrucciones es ortogonal a la operación. Es decir, cualquier registro de uso general puede contener el operando para cualquier código de operación. Esto proporciona una utilización de registros de uso general autentico.

Los registros de datos pueden usarse únicamente para contener datos y no se pueden emplear en el cálculo de la dirección de un operando. Los registros de dirección pueden ser de unos más o menos general, o pueden estar dedicados a un modo de direccionamiento particular.

Una última categoría de registros, que es al menos parcialmente visible por el usuario, contiene códigos de condición (también llamados indicadores o <<flags>>. Los códigos de condición son bits fijados por el hardware del procesador como resultado de alguna operación.

2.2.2 Registros de control y de estados

Registros de control y de estado: son utilizados por la unidad de control para controlar el funcionamiento del procesador y por programas privilegiados del sistema operativo para controlar la ejecución de programas.

Son esenciales cuatro registros para la ejecución de una instrucción:

Contador de programa (Program Counter, PC): contiene la dirección de la instrucción a captar.

Registro de instrucción (Instruction Register, IR): contiene la instrucción captada más recientemente.

Registro de dirección de memoria (Memory Address Registrer, MAR): contiene la dirección de una posición de memoria.

Registro intermedio de memoria (Memory Buffer Register, MBR): contiene la palabra de datos a escribir en memoria o la palabra leída más recientemente.

Muchos diseños de procesadores incluyen un registro o un conjunto de registros, conocidos a menudo como palabra de estado del programa (PSW, Program Status Worá), que contiene información de estado. PSW contiene típicamente códigos de condición además de otra información de estado.

Entre los campos o indicadores comunes se incluyen los siguientes:

Signo: contiene el bit de signo del resultado de la última operación aritmética.

Cero: puesto a uno cuando el resultado es 0.

Acarreo: puesto a uno si una operación da lugar a un acarreo (en la suma) o adeudo (en la resta) del bit más significativo. Se usa en operaciones aritméticas multipalabra.

Igual: puesto a uno si el resultado de una comparación lógica es la igualdad.

2.2.3 Ejemplos de organización de registros de CPU reales

Motorola MC68000

Un ejemplo real es el microprocesador de 16 bits; el Motorola MC68000 [STRI79].

El MC68000 distribuye sus registros de 32 bits en ocho de datos y nueve de direcciones. Los ocho registros de datos se usan principalmente para manipulación de datos y también se usan en direccionamiento como registros índice. El ancho de los registros permite operaciones con datos de 8, 16 Y 32 bits, según determine el código de operación. Los registros de direcciones contienen direcciones de 32 bits (no hay segmentación); dos de estos registros se usan también como punteros de pila, uno para los usuarios y el otro para el sistema operativo, dependiendo del modo de ejecución en curso. Los dos registros se referencian como 7, dado que solo uno de ellos puede usarse en un instante dado. El MC68000 también incluye un contador de programa de 32 bits y un registro de estado de 16 bits. El equipo de Motorola quiso un repertorio de instrucciones muy regular, sin registros de uso especial.

Su interés por la eficiencia del código los condujo a dividir los registros en dos componentes funcionales, ahorrando un bit en cada campo de especificación de registro. Parece un compromiso razonable entre generalidad total y compacidad del código.

Intel 8086

El Intel 8086 usa un enfoque diferente para la organización de los registros. Cada uno de los registros tiene un uso especial, aunque algunos registros se pueden emplear también para un uso general. El 8086 contiene cuatro registros de datos de 16 bits que son direccionables como registros de bytes o como registros de 16 bits, y cuatro registros punteros e índices de 16 bits. Los registros de datos pueden utilizarse como de uso general en algunas instrucciones. En otras, los registros se usan implícitamente. Por ejemplo, una instrucción de multiplicación siempre usa el acumulador. Los cuatro registros punteros se usan también implícitamente en algunas operaciones; cada uno contiene un desplazamiento dentro de un segmento. Hay también cuatro registros de segmento de 16 bits. Tres de los cuatro registros

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