La arquitectura de computadoras

República Bolivariana De Venezuela

Ministerio Del Poder Popular Para La Defensa

Universidad Nacional Experimental Politécnica

De la fuerza Armada Nacional

Núcleo: San tome, Edo- Anzoátegui

INTRODUCCIÓN.

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.

El ordenador recibe y envía la información a través de los periféricos por medio de los canales. La UCP es la encargada de procesar la información que le llega al ordenador. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la UCP. Todas aquellas unidades de un sistema exceptuando la UCP se denomina periférico, por lo que el ordenador tiene dos partes bien diferenciadas, que son: la UCP (encargada de ejecutar programas y que está compuesta por la memoria principal, la Unidad aritmético lógica (UAL) y la Unidad de Control) y los periféricos (que pueden ser de entrada, salida, entrada-salida y comunicaciones).

La implantación de instrucciones es similar al uso de una serie de desmontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de muchas etapas de producción antes de tener el producto desarmado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes.

A estos procesadores se les conoce como pipeline processors. Estos están compuestos por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales. Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos o información para uso externo.

ORGANIZACIÓN BASICA Y DISEÑO DEL COMPUTADOR

CÓDIGO DE INSTRUCCIONES.

El código de instrucciones es un grupo de bits que instruye a la computadora como ejecutar una operación específica siendo su parte más básica la parte de operación, el cual es un grupo de bits que define operaciones como sumar, restar, multiplicar, desplazar y complementar.

Un código de operación se denomina Macrooperación, porque especifica un conjunto de microoperaciones.

Las instrucciones máquina o instrucciones del computador: Las instrucciones de computadora son las que comprueban el funcionamiento de la CPU que las ejecuta y es un código binario que especifica una secuencia de microoperaciones para la computadora.

Ciclo de instrucción: Un ciclo de instrucción es el período de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instrucción de lenguaje máquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instrucción de código de máquina en un programa.

INSTRUCCIONES AL COMPUTADOR

Se expresan en los programas como instrucciones sentencias o proposiciones (normalmente el termino instrucción se suele referir a los lenguajes máquina y bajo nivel reservando la sentencia o proposición para los lenguajes de alto nivel) Por consiguiente un programa consta de una secuencia de instrucciones cada una de las cuales especifica ciertas operaciones que debe ejecutar la computadora. La elaboración de un programa requerirá conocer el juego o repertorio de instrucciones del lenguaje. Las instrucciones básicas y comunes en casi todos los lenguajes se pueden considerar en cuatro grupos:

Instrucciones de entrada salida: instrucciones de transferencia de información y datos entre dispositivos Periféricos (teclado impresora unidad de disco etc.)

Instrucciones aritmético lógicas: Instrucciones que ejecutan operaciones aritméticas (suma resta multiplicación, división, potencializaciòn) lógicas (operaciones and, or, not, etc.)

Instrucciones selectivas: Instrucciones que permiten la selección de tareas alternativas en función de los resultados de diferentes expresiones condicionales.

Instrucciones repetitivas: Instrucciones que permiten la repetición de secuencias de instrucciones un número determinado o indeterminado de veces.

CONTROL Y SINCRONIZACIÓN DEL TIEMPO:

La temporización de todos los registros de la computadora básica está controlada por un generador de reloj maestro. Los pulsos de reloj se aplican a todos los flip-flops y registros del sistema, incluyendo los de la unidad de control. Los pulsos de reloj no cambian el estado de un registro, a menos que el registro esté habilitado mediante una señal de control. Las señales de control se generan en la unidad de control y proporcionan entradas de control para los multiplexores del bus común, entradas de control en los registros del procesador, y microoperaciones para el acumulador.

Existen dos tipos principales de organizaciones de control:

Control por cableado

Control microprogramado

En la organización por cableado, la lógica de control se logra mediante compuertas, Flip-Flops y otros circuitos digitales. Esto tiene la ventaja de que puede utilizarse para producir un modo de operación más rápido.

En la organización microprogramada, la información de control esta almacenada en una memoria de control. La memoria de control está programada para iniciar la secuencia de microoperaciones requerida.

Señales de tiempo del computador.

EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES:

Una vez que se activa el interruptor de comienzo, la secuencia del computador sigue un patrón básico. Una instrucción que está en el PC se lee de la memoria.

Su parte de operación se transfiere al registro I, el PC incrementa en 1 para prepararla para la dirección de la siguiente instrucción. Si la instrucción es del tipo referencia de memoria, podría ser necesario acceder de nuevo la memoria para leer el operando.

ENTRADA, SALIDA E INTERACCIONES.

El computador tiene cuatro instrucciones de entrada-salida que se listan en la siguiente tabla. Estas instrucciones tienen un código de operación 0111 (hexadecimal 7) y cada uno contiene un uno en solamente uno de los 12bits restantes de la palabra de instrucción. Las instrucciones de entrada-salida se especifican en cuatro dígitos hexadecimales comenzando con 7.

Diagrama de bloque detallado del computador.

DISEÑO DEL COMPUTADOR:

La disciplina dedicada a la construcción, estudio y aplicación de los computadores recibe el nombre de Arquitectura de Computadores y puede ser dividida en cinco partes fundamentales: entrada y salida, comunicaciones, control, procesamiento y almacenamiento. Esta es de interés tanto para los ingenieros en electrónica y computación, dedicados al diseño de hardware, como para los científicos en computación e ingenieros de software, dedicados al diseño de programas. Asimismo, la arquitectura de computadores es un concepto que integra software, hardware, algoritmos y lenguajes de programación para el procesamiento de datos y la generación de información.

DISEÑO LÓGICO DE PROCESADORES.

ORGANIZACIÓN DEL PROCESADOR

Un procesador, incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial, mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.

Los procesadores utilizan la segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. La segmentación de cauce se puede dividir en ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, cálculo de direcciones de operando, ejecución de instrucción y estructura del operando resultado.

A continuación se muestra cómo se organiza un procesador, para esto se tiene que considerar los siguientes requisitos:

Captar instrucciones: el procesador lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria principal).

Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es necesario.

Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de un módulo de E/S.

Procesar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en el módulo de E/S.

Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción está ejecutándose, en otras palabras el procesador necesita una pequeña memoria interna.

UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA

En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones

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