Niveles de descripción de un computador

En esta asignatura abordaremos el estudio de la organización o estructura interna de un

computador. Para ello la materia la dividiremos en cuatro módulos. En el primero realizaremos

una introducción general a la estructura de computadores. En el segundo estudiaremos la

arquitectura del repertorio de instrucciones (ISA), arquitectura que define la interfaz hardwaresoftware

de la máquina. En el tercero veremos toda la jerarquía de memoria de una máquina y

su gestión. Finalmente, en el cuarto estudiaremos las unidades de entrada/salida, los periféricos

y los buses de comunicación. El estudio de la unidad aritmético-lógica y la unidad de control se

aborda en la asignatura Ampliación de Estructura de Computadores.

Para situar con mayor precisión el objeto de estudio de esta asignatura analizaremos en el

apartado siguiente los diferentes niveles de descripción que se suelen contemplar en el estudio de un

computador digital.

2. Niveles de descripción de un computador

La estrategia que habitualmente se utiliza para abordar el estudio de los sistemas

complejos consiste en especificarlos a diferentes niveles de abstracción. Cada nivel se

caracteriza por:

A) Unos elementos de entrada, es decir, disponibles para el diseño en este nivel, y que

proceden del nivel inmediato inferior.

B) Unos elementos de salida, es decir, objetivos del diseño en este nivel, y destinados al

nivel inmediato superior.

C) Una metodología de análisis y síntesis de los elementos de salida en términos de los de

entrada.

Con esta estrategia, la complejidad del sistema queda dividida, acotada y organizada en las

complejidades parciales de cada nivel, dentro de cuyos límites se puede aplicar una metodología

propia de estudio.

Al computador digital como sistema artificial complejo se le ha aplicado esta estrategia.

En nuestro caso consideraremos los siguientes niveles de abstracción dentro del estudio de un

Estructura de Computadores, Facultad de Informática, UCM, Curso 04-05

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computador digital:

Estructura de

Computadores

ARQUITECTURA

SOFTWARE BASICO (S.O.)

LENGUAJES DE ALTO NIVEL

ALGORITMOS

APLICACIONES

TRANFERENCI DE REGISTROS

ELECTRONICO

FISICO

LOGICO

Cada nivel se corresponde con la visión que tiene del sistema un tipo determinado de

usuario, y en cada uno podemos considerar dos procesos de estudio diferentes, el análisis y la

síntesis. El análisis parte de la implementación del sistema a un cierto nivel en términos de

elementos básicos del nivel inferior, y llega a determinar la función del mismo, es decir, su

especificación. El sentido de la síntesis es el opuesto, parte de la especificación de un sistema y

obtiene su implementación en función de los elementos básicos del nivel inferior. En la siguiente

figura hemos representado gráficamente esta relación:

ESPECIFICACION IMPLEMENTACION

Análisis

Síntesis

Ejemplo:

Especifica ción Implementación

a Sínt esis

b

Sumador

a+b

arrastre

a

b

a+b

arrastre

a b a+b arra stre

0 0 0 0

0 1 1 0

1 0 1 0

1 1 0 1

Aná lisis

Estructura de Computadores, Facultad de Informática, UCM, Curso 04-05

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Comentaremos en los subapartados siguientes cada uno de estos niveles.

Nivel Físico

En el nivel físico se manipulan como elementos de entrada las formas geométricas que

se corresponden con las máscaras de difusión utilizadas en el proceso de fabricación de los

circuitos integrados del computador. Determinadas disposiciones de estas formas representan

dispositivos electrónicos concretos, tales como transistores, resistencias, etc., que son los

elementos de salida del nivel físico. En este nivel se suele utilizar como herramienta de estudio

software de manipulación gráfica con restricciones.

IN OUT

DD

VSS

Físico (silicio)

Nivel Electrónico

En este nivel los elementos de salida, es decir, los biestables y las puertas lógicas, se

obtiene a partir de dispositivos electrónicos (resistencias,

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