Las operaciones de un sistema de computación

Las operaciones de un sistema de computación incluyendo un IBM PC’s y compatibles están basadas en un concepto simple. Ellas guardan intrusiones y datos en la memoria y usan el CPU para repetir intrusiones y datos recibidos desde la memoria y ejecutan las instrucciones para manipular los datos (Computadoras basadas en la Arquitectura de Von Newmann), por lo tanto el CPU y la memoria son los dos componentes básicos de cualquier sistema de computación. La memoria esta definida en dos variedades random access memory (RAM) la que permite la escritura y la lectura de cualquier localidad de memoria y la read only memory (ROM), que la que contiene valores que pueden ser leídos pero no alterados. La ROM es usada para almacenar pequeños primitivos programas para ejecutar instrucciones de entrada y salida y control de periféricos. La RAM es usada para el Sistema Operativo y programas para usuarios. El Sistema Operativo es un componente fundamental en un sistema. Este programa de computadoras se toma la tarea de cargar otros programas y ejecutarlos, provee acceso a los archivos del sistema. La performa la E/S, y hace interfaces interactivas con el usuario. El sistema operativo es el que provee al sistema su personalidad. MS-DOS, OS/2, UNIX son ejemplo de algunos Sistema Operativos para PC, similarmente CP/M es un Sistema Operativos para antiguos microprocesadores de INTEL de 8 Bits como el 8080. El hardware de toda computadora incluyendo las computadoras que usan el MS-DOS está interconectados.

El CPU, memoria, y periféricos de entrada (teclado, escáner, lápiz óptico, lector de código de barra, micrófono, mouse etc.) y salida (monitor, impresora, cornetas, etc.) están todos interconectados por una serie de cables llamados Buces y cada Buz esta claramente definido. Un Buz es un hardware que especifica una señal y tiempo estándar que son seguidos y entendidos por el CPU y su circuito de soporte (incluyendo periféricos aun no instalados). Los buces a su vez se clasifican en Buz de Datos, Buz de Dirección, y Buz de Control. El Buz de Dirección selecciona la localidad de memoria entre la memoria usada y el CPU. El Buz de Control refiere la líneas de señales de tiempo y la línea de poder a los componentes. Un Sistema Operativo MS-DOS no necesita ningún tipo de Buz especifico. Esto es porque es posible tener el Buz en un segundo plano y estar ejecutando su sistema y así mismo lo aplica para otro tipo de programas compatibles. Por ejemplo los antiguos sistemas IBM PC-AT con los PC-AT Buces y el nuevo IBM PS/2 basado en la arquitectura de MCA (Micro Channel Architecture), y puede ser ejecutado en MS-DOS y OS/2.

ARQUITECTURA INTERNA DEL INTEL 80x86

Fue el primer microprocesador de 16 bits que INTEL fabrico a principios del año 1978. Los objetivos de la arquitectura de dicho procesador fueron los de ampliar la capacidad del INTEL 80x80 de forma simétrica, añadiendo una potencia de proceso no disponible en los micros de 8 bits. Algunas de estas características son: aritmética en 16 bits, multiplicación y división con o sin signo, manipulación de cadena de caracteres y operación sobre bits. También se han realizado mecanismo de software para la construcción de códigos reentrante y reubicable. Su estructura interna esta representada por la figura numero 1. Consta de 2 unidades claramente diferenciadas denominadas EU (Unidad de Ejecución) y BIU (interfaces del Bus).

La EU ejecuta las operaciones requeridas por la instrucciones sobre una UAL de 16 bits. No tiene conexión con el exterior y solamente se comunica con la BIU que es la parte que realiza todas las operaciones en el bus solicitadas por la EU. Un mecanismo, tal vez único dentro de los microprocesadores aunque muy empleado dentro de los mínimos y grandes ordenadores, es el denominado de búsqueda anticipada de instrucciones (prefetch). En el INTEL 8086 existe una estructura FIFO en RAM de 6 octetos de capacidad que es llenada por la BIU con los contenidos de las intrusiones siguientes a la que la EU esta ejecutando en ese momento.

Los registros del procesador se especifican en la figura numero 1. y son los siguientes:

A.-) Cuatro registros de 16 bits, denominados AX,BX,CX y DX, que pueden ser direccionados de 8 registros de 8 bits, denominados AH,AL,....DL. los siete últimos son equivalentes a los registros A, H, L, B, C, D y E, del microprocesador Intel 80x86. El registro AX sirve fundamentalmente como acumulador y como registro de trasferencia en las intrusiones E/S. El registro BX puede usarse como acumulador y como registro base para calcular la direcciones de los datos de memoria. El registro CX puede usarse como acumulador y se utiliza como contador para las intrusiones interactivas. El registro DX puede usarse como acumulador y se emplea como puntero de datos en ciertas intrusiones especificas de E/S.

B.-) Cuatro registros de puntero de segmento denominado CS, DS, SS y ES. Dicho puntero definen cuatro segmentos de 64 K octetos cada uno. Cualquier dirección de memoria se forma, como ya veremos en el apartado de direccionamiento, sumando al puntero del segmento una dirección efectiva calculada por diversos procedimientos. El registro CS, (CODE SEGMENT) se usa junto con el PC para calcular las direcciones de las intrusiones del programa; el registro SS (STACK SEGMENT) se emplea junto con el SP (STACK POINTER) para calcular la dirección de las intrusiones que manejan la pila tales como PUSH, POP, CALL y RETURN; por su parte, el registro DS (DATA SEGMENT) se usa en instrucciones que manejan datos de memoria y el registro ES (EXTRA SEGMENT) se utiliza en instrucciones que manejan cadena de caracteres.

C.-) Cuatro registros que contiene direcciones de desplazamiento dentro de los segmentos denominadas SP, BP, SI, DI. El registro SP puntero de la pila los registros SI (INDEX SEGMENT) y DI (Índice Destino) contienen desplazamientos de los punteros de segmento DS y ES en las intrusiones que manejan cadena de caracteres. El registro BP (BASE POINTER) es el puntero base.

D.-) Un registro contador de programas, PC.

E.-) Un registro de estado, S, de 16 bits con la siguiente asignación: Bit bo(C) es el acarreo, Bit b2(P) es el de paridad, Bit b4(A) es el de acarreo auxiliar, Bit b6(Z) el de cero, Bit b7(S) el de signo, Bit b8 (T) el de Trap, Bit b9(I) que sirve para controlar el bloqueo de las intrusiones, Bit b10(D) que determinan si se han de autoincrementar o autodecrementar los punteros SI y DI en las intrusiones que manejan cadenas de caracteres, Bit b11(O) que especifica el desbordamiento (Overflow).

El 8086 representa la arquitectura base para todos los microprocesadores de 16 bits de Intel: 8088, 8086, 80188, 80186 y 80286. Aunque han aparecido nuevas características a medida que estos microprocesadores han ido evolucionando; todos los procesadores Intel, usados en la actualidad en los PC’s y compatibles son miembros de la familia 8086. El conjunto de instrucciones, registros y otras características son similares, a excepción de algunos detalles, todo la familia 80x86 en adelante poseen dos características en común: a) Arquitectura Segmentada, Esto significa que la memoria es divida en segmentos con un tamaño máximo de 64k (información importante para el direccionamiento de la memoria en la futura programación segmentada en el lenguaje ensamblador) y b) Compatibilidad de Las intrusiones y registros de las anteriores versiones son soportados por las nuevas versiones, y estas versiones son soportadas por versiones anteriores.

La familia de microprocesadores 80x86 consta de los siguientes microprocesadores:

8088: Es un microprocesador de 16 bits, usado en las primeras PC´S (XT compatibles). Soporte solamente el modo real. Es capaz de direccionar un megabytes de memoria y posee un bus de datos de 8 bits. El 8086 es Similar al 8088, con la excepción de que el bus de datos es de 16 bits. El 0188 es similar al 8088, pero con un conjunto de instrucciones extendidos y ciertas mejoras en la velocidad de ejecución. Se incorporan dentro del microprocesador algunos chips que anteriormente eran externos, consiguiéndose unas mejoras en el rendimiento del mismo. El 80186 es igual al 80188 pero con un bus de datos de 16 bits. El 80286 Incluye un conjunto de instrucciones extendidos del 80186, pero además soporta memoria virtual, modo protegido y multitarea. El 80386 soporta procesamientos de 16 y 32 bits. El 80386 es capas de manejar memoria real y protegida, memoria virtual y multitarea. Es más rápido que el 80286 y contiene un conjunto de instrucciones ampliables. El 80386SX es similar al 80386 por un bus de datos de solo 16 bits. El 80486 incorpora un cache interno de 8k y ciertas mejoras de velocidad con respecto al 80386. Incluye un coprocesador matemático dentro del mismo chip. El 80486SX es Similar a los 80486 con la diferencia que no posee coprocesador matemático y 80486DX2 es Similar al 80486, pero con la diferencia de que internamente, trabaja al doble de la frecuencia externa del reloj.

El 80x86 tiene dos procesadores en el mismo chip. Estos son La Unidad de Ejecución y La Unidad de Interface con los Buces. Cada uno de ellos contiene su propio registro, su propia sección aritmética, sus propias unidades de control y trabajan de manera asincrónica el uno con el otro para proveer la potencia total de computo. La unidad de Interface de bus se encarga de buscar las instrucciones para adelantar su ejecución y proporciona facilidades en el manejo de las direcciones. Luego, la unidad de Interface se responsabiliza del control de la adaptación con los elementos externos del CPU central. Dicha unidad de interface proporciona una dirección de 20 Bits o un dato de 16 para la unidad

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