GUIA DE ESTUDIO
christian9116 de Diciembre de 2013
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GUIA DE ESTUDIO
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS
INDICE
UNIDAD I MODELO DE ARQUITECTURA DE COMPUTO
1.1 MODELO DE ARQUITECTURA DE COMPUTO
7
1.1.1 CLASICAS
7
1.1.2 SEGMENTADAS
9
1.1.3 MULTIPROCESAMIENTO
10
1.2 ANALISS DE LOS COMPONENTES
12
1.2.1 CPU
12
1.2.1.1 ARQUITECTURAS
14
1.2.1.2 TIPOS
16
1.2.1.3 CARACTERISTICAS
16
1.2.1.4 FUNCIONAMIENTO
17
1.2.2 MEMORIAS
18
1.2.2.1 ARQUITECTURAS
19
1.2.2.2 TIPOS
24
1.2.2.3 CARACTERISTICAS
27
1.2.2.4 FUNCIONAMIENTO
30
1.2.3 DISPOSITIVOS DE I/O (ENTRADA / SALIDA)
30
1.2.3.1 ARQUITECTURAS
32
1.2.3.2 TIPOS
34
1.2.3.3 CARACTERISTICAS
38
1.2.3.4 FUNCIONAMIENTO
41
UNIDAD II COMUNICACIÓN INTERNA DE LA COMPUTADORA
2.1 BUSES
45
2.1.1 BUS LOCAL
47
2.1.2 BUS DE DATOS
50
2.1.3 BUS DE DIRECCIONAMIENTO
51
2.1.4 BUS DE CONTROL
52
2.1.5 BUS NORMALIZADO
52
2.2 DIRECCIONAMIENTO
53
2.2.1 MODO REAL
54
2.2.2 MODO PROTEGIDO
58
2.2.3 MODO REAL VIRTUAL
61
2.3 TEMPORIZACION
63
2.3.1 RELOJ DE SISTEMA
63
2.3.2 RESET DEL SISTEMA
63
2.3.3 ESTADO DE ESPERA
65
2.4 INTERUPCIONE DE HARDWARE
65
2.4.1 ENMASCARABLE
67
2.4.2 NO ENMASCARABLE
69
2.5 ACCESO DIRECTO A MEMORIA (OMA)
69
2.5.1 SISTEMA DE VIDEO
72
2.5.2 SISTEMA DE DISCO
73
2.5.3 OTRAS APLICACIONES
74
UNIDAD III SELECCIÓN DE COMPONENTES PARA ENSAMBLE (SISTEMA MINIMO)
3.1 CHIP SET
77
3.1.1 CPU
78
3.1.2 CONTROLADOR DE BUS
78
3.1.3 PUERTAS DE I/O (ENTRADA / SALIDA)
79
3.1.4 CONTROLADOR DE INTERUPCIONES
79
3.1.5 CONTROLADOR DE DMA
80
3.1.6 CIRCUITO DE TEMPORIZACION Y CONTROL
82
3.1.7 CONTROLADORES DE VIDEO
83
3.2 APLICACIONES
85
3.2.1 ENTRADA / SALIDA (I / O)
85
3.2.2 ALMACENAMIENTO
87
3.2.3 FUENTE DE ALIMENTACION
87
3.3 AMBIENTE SERVICIOS
92
3.3.1 NEGOCIOS
92
3.3.2 INDUSTRIAS
92
3.3.3 COMERCIO ELECTRONICO
93
UNIDAD IV MICROCONTROLADORES
4.1 ARQUITECTURA
96
4.1.1 TERMINALES
97
4.1.2 CPU
97
4.1.3 ESPACIO DE MEMORIA
98
4.1.4 ENTRADA / SALIDA (I / O)
99
4.1.5 CARACTERISTICAS ESPECIALES
100
4.2 PROGRAMACION
100
4.2.1 MODELO DE PROGRAMACION
101
4.2.2 CONJUNTO DE INSTRUCCIONES
101
4.2.3 MODELO DE DIRECCIONAMIENTO
102
4.2.4 LENGUAJE DE ENSAMBLADOR
103
4.3 APLICACIONES
104
4.3.1 COMO SISTEMA INDEPENDIENTE
104
4.3.2 COMO SUBSISTEMA DE UNA COMPUTADORA
104
4.4 TIPOS DE MICROCONTROLADORES
106
4.4.1 PIC 16F84A
106
4.4.2 MICROCONTROLADOR AT89C52
126
UNIDAD I
MODELO DE ARQUITECTURA DE CÓMPUTO
1.1 MODELO DE ARQUITECTURA DE CÓMPUTO
La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.
También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.
1.1.1 CLASICAS
Arquitectura de Von Newman
Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en poner información sobre las operaciones a realizar en la misma memoria utilizada para los datos (código binario).
Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil.
Diagrama a bloques de la Arquitectura Von Newman
Ventaja de este modelo
Las arquitecturas de computadoras utilizan el mismo dispositivos de almacenamiento para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura de Harvard)
Desventaja de este modelo
La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales. Esto limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora.
Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman
Arquitectura Harvard
Apareció poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton.
El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la instrucción previa.
Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeño.
En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos, buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.
Diferencias entre ambas arquitecturas
1.1.2 SEGMENTADAS
Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones
En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute.
1.1.3MULTIPROCESAMIENTO
Cuando se desea incrementar el desempeño más aya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.
Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:
● SISO – (Single Instruction, Single Operand ) computadoras independientes
● SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales
● MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado
● MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters
Procesadores Vectoriales “SIMO”.
Computadoras para aplicar algoritmos numéricos a una serie de datos matriciales; en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como la simulación para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas , etc.,
Este tipo de procesador comparte instrucciones del procesador “SISO”.
Los Clusters “MIMO”.
Son conjuntos de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por un bus de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema.
Este tipo de procesador comparte instrucciones del procesador “MISO”.
Multiprocesadores Conectados por un solo Bus.
Varios procesadores pueden ser conectados por un solo bus útilmente por varias razones:
1. Cada microprocesador es mucho más pequeño que un procesador multichip, así más procesadores pueden ser colocados en un bus.
2. Los cachés pueden disminuir el tráfico del bus.
3. Han sido inventados mecanismos para mantener los cachés y la memoria consistentes para los multiprocesadores
Multiprocesadores Conectados por una Red.
Si el objetivo es conectar muchos más procesadores juntos, entonces el diseñador de computadoras necesita usar mas que un simple bus.
Con un solo bus conectado encontramos tres limitantes:
1. Son incompatibles.
2. Alto ancho de banda.
Bajo tiempo de espera y gran longitud.
1.2 ANALISS DE LOS COMPONENTES
1.2.1 CPU
CPU Abreviatura de Central Processing Unit (unidad de proceso central).
La CPU
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