Ensayo Arquitectura De Computadoras

Arquitectura de computadoras

Acerca de arquitectura de computadores

Una característica fundamental de una maquina digital, es que esta necesita una excitación para ejecutar una serie de pasos predeterminados, tiene una función especifica.

En un computador, la respuesta se puede programar, esto es, explora algunas instrucciones y datos (programa) y de acuerdo a esto (ejecuta). Su función es flexible y depende del programa almacenado en memoria.

De la diversidad de computadores que existe se distinguen algunos bloques funcionales típicos.

Se estudiaran algunos de estos bloques para entender como se construye una estructura flexible como una computadora.

Estructura funcional

En la figura se muestra una estructura típica de un computador clásico del tipo V. Neumann. El concepto de computador de programa almacenado se establece con el proyecto EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer), 1945 (John Von Neumann, J. Presper Ecker, John Mauchly

El avance tecnológico, particularmente el desarrollo de tecnología de compuertas con control de impedancia, 3er. estado, ha modificado la estructura centralizada por un esquema mas distribuido.

Es importante resaltar que en todas estas representaciones se puede constatar que todos los computadores tienen la misma forma de operar. Una diferencia es la incorporación de buses en las arquitecturas actuales, lo que ha permitido el desarrollo de cada unidad funcional por separado.

Algunos de los elementos funcionales:

Unidades de entrada y salida

Unidad de memoria

Unidad aritmética lógica

Unidad de control

Buses: dirección, dato, control, I/O

Estos elementos se articulan de acuerdo a las características de los procesadores. Se presenta un diagrama de bloques de una estructura genérica de un procesador en que aparecen representados los distintos elementos que lo constituyen. Esta dividido en una sección de datos y una de control. La estructura de los buses se considera que es de tipo multiplexado entre memoria e I/O.

La sección de datos: registros de dirección, contador de programa, ALU, registros varios.

La sección de control provee decodificación de instrucción e información de tiempo (sincronismo) al resto de los elementos del procesador. Mantencion de información de estatus del interior y fuera del chip.

El procesador manipula, fundamentalmente, tres tipos de datos:

Instrucciones: secuencias de bit que son decodificadas por el procesador. Están almacenadas en la memoria RAM o ROM y son extraidas en forma secuencial y llevadas al registro de instrucción del procesador, de acuerdo al flujo del programa.

Direcciones: o en dispositivos I/O en que se almacenan elementos de información.

ubicaciones en memoria

Datos o operandos: información que será operada por el procesador y que puede tener una representación numérica, lógica o alfanumérica (string).

Unidad aritmetica logica

Es en donde se relizan las operaciones aritmeticas y logicas, para ello se apoya usando el registro acumulador, los registros generales y tambien un registro flag.

Los registros flag sirven para indicar el estado del procesador despues de realizar una operacion de calculo. Los registros son flip flop que registran las caracteristicas del resultado arrojado por una instruccion.

Dependiendo de los fabricantes los flags pueden ser muy diversos pero hay algunos que en general se encuentran en casi todos los procesadores:

Flag de signo: indica si el resultado de la ultima operacion fue positiva o negativa.

Flag de cero: indica si el resultado de la ultima operacion fue cero o distinto de cero.

Flag de overflow: indica si el resultado fue mayor que la capacidad de representacion del acumulador

Flag de underflow: cuando el resultado es menor a la minima capacidad de representacion del acumulador.

Etc.

Operaciones aritmeticas y logicas

Las operaciones aritmeticas y logicas se realizan siempre sobre algun registro y tienen como pivote el registro acumulador:

Sobre el acumulador, solamente

Entre el acumulador y algun registro

Entre el acumilador y una direccion de memoria

Entre el acumulador y un dato inmediato.

El resultado de las operaciones es almacenado en el acumulador.

Algunas operaciones aritmaticas logicas tipicas:

Sumas

Restas

Complemetacion

Despalazamiento a la izquierda (multiplicado por 2)

Despalzamiento a la derecha (dividido por 2)

Incremetar o decrementar en 1 el acumulador

OR, AND, OR-EX, etc, entre un par de registros.

Las operaciones de multiplicacion y division no son efectuadas por la alu y se implementan en software que comanadan la ALU o hardware, especial, que realiza estas funciones.

Registros de trabajo

Se usan para almacenar datos empleados en la ejecucion de las instrucciones, es muy importante su velocidad de respuesta.

Unidad de control

Realiza funciones organizativas a partir de un mecanismo de relojeria con el cual se sincroniza y secuencian los tiempos y los momentos en que los distintos elementos, que constituyen la estructura del procesador, deban participar en la ejecucion de una instruccion.

Un ciclo de reloj es la unidad de tiempo para la ejecucion de las operaciones dentro del procesador. Las operaciones se realizan dentro del ciclo de reloj o en multiplos, enteros, de ciclos de reloj.

Cada ciclo de reloj esta dividido en diferentes tiempos, o fases, los cuales indican el momento en que se efectuan las micro-operaciones , dentro de cada ciclo.

Una micro operacion corresponde

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