Arquitectura de computadoras resumen quiroga

Resumen Arquitectura Computadoras

Patricia Quiroga

Índice

Capítulo 1 – Evolución del procesamiento de datos. 5

Organización y arquitectura de la una computadora. 5

Arquitectura de computadoras: Los primeros conceptos. 6

Capítulo 2 – Sistemas Numéricos 6

2.2 Sistemas de notación posicional 6

2.3 Métodos de conversión de números enteros y fraccionarios. 7

Método de conversión de números de otras bases a decimal 7

Método de divisiones sucesivas (para convertir un número entero decimal a otras bases) 7

Método de multiplicaciones (para convertir un número fraccionario decimal a otras bases) 7

Pasaje directo entre las bases 2 a 8 y 2 a 16 7

2.3 Operaciones fundamentales en binario. 8

2.5 Operaciones fundamentales en octal y hexadecimal 8

2.6 Complemento de un número. 8

Representación de binarios negativos complementados a “2” 8

Complemento a la base -1 o restringido. 8

Capítulo 3 – Representación de datos en la computadora. 8

3.4 Códigos de representación decimal (BCD) 8

BCD Puro (8421) 9

BCD exceso 3 9

BCD AIKEN o 2421 9

3.5 Códigos de representación numérica no decimal. 9

Coma o punto fijo sin signo (eneros positivos) 9

Coma o punto fijo con signo (enteros) 10

Coma o punto fijo con signo con negativos complementados a “2” (enteros) 10

Coma o punto fijo con signo con negativos complementados a “1” (enteros) 10

Reales en coma o punto flotante. 10

Capítulo 4 – Aritmética de la computadora. 11

4.2 Aritmética binaria. 11

Representación de datos en punto fijo (binarios enteros). 11

Operaciones aritméticas con enteros signados: 12

Capítulo 5 – Algebra de Boole. 13

5.5 Compuertas lógicas. 13

Compuerta AND 13

Compuerta OR 13

Compuerta XOR 13

Compuerta NOT 14

Compuerta NAND 14

Compuerta NOR 14

Compuesta XNOR 14

Compuerta YES 14

Capítulo 6 – Lógica Digital. 14

6.3 Circuitos combinacionales. 14

Circuitos multiplexores y demultiplexores 15

6.4 Circuitos secuenciales. 16

Biestables o flip-flops 16

Registros 16

Capítulo 7 – Diseño de una computadora Digital. 18

7.2 Módulo de cálculo de una computadora digital. 18

7.3 Relación entre el diseño del Hw. y la ejecución de instrucciones. 18

Instrucciones 18

7.4 Presentación del modelo de estudio. 18

Fase fetch: Búsqueda de una instrucción en memoria: 20

Fase Execute 21

Unidad de control y sincronización del tiempo 24

El módulo de cálculo: unidad aritmético-lógica 24

Capítulo 8 – Microprocesadores. 25

8.2 Microprocesadores y microcontroladores. 25

8.3 Longitud de palabra. 25

8.4 Capacidad de direccionamiento. 25

8.5 Número de instrucciones. 25

8.6 Número de registros internos. 25

Registros de cálculo de IA-16 26

Registros punteros 26

Registros de estado 27

Registros de segmento 27

Relación entre los registros y el modo de direccionamiento a datos (IA-16) 27

8.8 Ciclo de instrucciones. 28

Secuencia de llenado de la cola 29

8.9 Capacidad de interrupción. 29

Concepto de pila 31

Capítulo 9 – Memorias. 32

9.2 Clasificación de memorias. 32

Clasificación según el modo de acceso a la unidad de información 32

Clasificación según las operaciones que aceptan por cada acceso 32

Clasificación según la duración de la información: 32

9.4 Memorias RAM estáticas y dinámicas. 32

Memorias SRAM (Static random Access Memory) 32

Memorias DRAM (Dynamic random Access Memory) 32

RAM con acceso directo 32

RAM con acceso asociativo 33

9.5 Jerarquía de memorias. 33

9.6 Memoria Cache. 33

Conexión en serie o look-through 34

Conexión en paralelo o look-aside 35

Principios de funcionamiento 35

Caching 35

Actualización de la cache: 36

Actualización de la memoria principal 36

Niveles de cache: 37

9.7 Memoria Principal 37

Memorias RAM dinámicas 37

9.2 La memoria como un espacio lógico 38

Almacenamiento de bytes en memoria. Big-Endian y Little-Endian 38

Gestión de memoria y modo de operación de los procesadores. 38

Modelo de memoria segmentada pura 39

Modelo de memoria virtual 39

Modelo de memoria virtual protegida o paginación por demanda 40

Descripción de algunos atributos 43

Modelo de memoria virtual con segmentos paginados 43

TLB (Translation Lookaside Buffer) 44

9.9 Administración de memorias externas 44

Archivos 44

Sistema de archivos (FileSystem) en discos de tecnología magnética) 44

Disco magnético desde el punto de vista lógico 44

Capítulo 10 – Instrucciones. 46

10.1 Introducción. 46

10.2 Formato de instrucción. 46

Instrucciones sin dirección 46

Instrucciones de una sola dirección 46

Instrucciones de dos direcciones 47

10.3 Modos de direccionamiento. 47

Direccionamiento directo de memoria 47

Direccionamiento implícito 47

Direccionamiento inmediato 48

Direccionamiento indirecto 48

Direccionamiento de la CPU asociado a registros 49

Direccionamiento directo por registro 49

Direccionamiento indexado 49

Direccionamiento relativo a la base 50

Direccionamiento a una pila (stack) 50

10.4 Tipos válidos de instrucción. 51

Capítulo 11 – Software del sistema. 51

11.2 Clasificación del software sistemas. 51

Capítulo 12 – Dispositivos de entrada y salida. 52

11.2 Discos rígidos. 52

Tiempo de acceso a disco 52

Capítulo 13 – Transferencia de información. 53

13.2 Buses 53

13.3 Dispositivos de entrada y salida. 54

Controladores 54

13.4 Modalidades de entrada/salida. 54

Transferencia controlada por programa (program I/O) 55

Transferencia iniciada por interrupción (interrupt driven) 55

Transferencia con acceso directo a memoria (DMA) 55

Capítulo 14 – Procesadores avanzados. 56

11.2 Paralelismo a nivel instrucción 56

14.3 Paralelismo a nivel arquitectura. 56

Taxonomia de Flynn Una clasificación de arquitecturas paralelas 56

14.4 Descripción de microprocesadores avanzados. 57

Descripción de la arquitectura Itanium 57

Capítulo 1 – Evolución del procesamiento de datos.

Organización y arquitectura de la una computadora.

Una computadora es un dispositivo electrónico, diseñado para aceptar datos de entrada y realizar operaciones sobre ellos, para elaborar resultados que se puedan obtener como salidas.

Elementos básicos de una computadora:

CPU

Memoria Principal (MP)

Buses

Dispositivos

CPU:

Unidad de control: Interpreta y ejecuta instrucciones y genera las señales de control para habilitar las operaciones.

Unidades de cálculo: Realizan operaciones aritméticas y lógicas.

Registros de la unidad central de procesamiento: Almacenen e contexto de la instrucción que se está ejecutando.

Las interrupciones son eventos externos producidos por dispositivos de e/s.

Las instrucciones de un programa se ejecutan una tras otra, siguiendo un orden secuencial, excepto que haya aluna de salto condicional.

Arquitectura de computadoras: Los primeros conceptos.

bit (binary digit): valores posibles: 0 y 1 (falso, verdadero; on, off).

byte: unidad minina de información.

nibble: medio byte (4 bits). Comprenden el “orden superior” y “orden inferio” de un byte.

Palabra de la CPU: unidad de trabajo o procesamiento de CPU expresada en bits.

Capítulo 2 – Sistemas Numéricos

Sistemas de notación posicional

Formados por n cantidades de símbolos, cuya combinación representa valores diferentes. Cada dígito tiene un “peso” diferente según el lugar que ocupa.

Expresión generalizada de un número en potencias de su base:

N= d_n .B^n+ d_(n-1) .B^(n-1)+⋯+d_1 .B^1+ d_0 .B^0

De binario a decimal: Barro de izquierda a derecha.

1 1 0 1 1 = 1.24 + 1.23 + 0.22 + 1.21 + 1.20 = 16+8+0+2+1 = 27

De octal a decimal: Barro de izquierda a derecha.

1 0 1 1 = 1.83 + 0.82 + 1.81 + 1.80 = 512 + 0 + 8 + 1 = 521

De hexa a decimal: Barro de izquierda a derecha.

0 1 1 = 0.162 + 1.161 + 1.160 = 0 + 16 + 1 = 17

De binario a octal: Barro de derecha a izquierda. Tomo de a 3.

1 1 1 0 1 1 = 111 011 = 7 3

De binario a hexa: Barro de derecha a izquierda. Tomo de a 4.

1 1 1 0 1 1 = 0011 1011 = 3 B

De octal a binario: Se toma cada digito y se lo convierte a binario

73 = 111 011

De hexa a binario: Se toma cada digito y se lo convierte a binario

3B = 0011 1011

Con n bits se pueden representar los valores decimales comprendidos entre 0 y 2n – 1. Si hablamos de datos ordinales.

2.3

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