Arquitectura de Sistemas LSI y Funcionamiento de Microprocesadores

Sistemas LSI: Capacidad Lógica y Programación

Los sistemas LSI (Large Scale Integration) poseen una gran capacidad de lógica y la capacidad de ser programados. Estos se agrupan principalmente en: microprocesadores (uP), memorias, arrays, unidades de entrada/salida (in/out) y controladoras programables de sistema.

Estructura Básica del Microprocesador (uP)

El microprocesador está formado por dos partes fundamentales: la Unidad de Control y la Unidad de Procesamiento. Este componente controla las operaciones que realiza el sistema, buscando instrucciones dentro de la memoria y ejecutándolas cíclicamente hasta que se produzca una orden externa que detenga el proceso.

Los sistemas suelen tener dos memorias de características diferentes:

• ROM (Read Only Memory): Utilizada para la lectura de datos.
• RAM (Random Access Memory): Utilizada para la escritura y lectura volátil.

Buses de Comunicación del Sistema

Todos los elementos del sistema están interconectados a través de cables denominados buses, que transportan la información en forma de señales eléctricas (unidireccionales o bidireccionales). Se clasifican en:

• Bus de Direcciones (Direc): Formado por tantos conectores como bits de direcciones admita el sistema. A través del microprocesador, se envía una combinación binaria para seleccionar un registro o una dirección de memoria específica para leer o escribir.
• Bus de Datos (Dat): Consta de tantos conductores como bits tenga la palabra que admita el sistema.
• Bus de Control: Se emplea para transportar señales de control que coordinan los diversos elementos del sistema.

Características de las Memorias

Las memorias son circuitos integrados que almacenan una gran capacidad de información. Están formadas por registros, donde cada registro corresponde a una posición en la memoria que puede almacenar de 4 a 8 bits; se accede a ellos mediante una dirección específica.

Sus características principales incluyen:

• Tiempo de escritura/lectura.
• Cadencia de transferencia.
• Densidad de información.
• Volatilidad.
• Capacidad total.

Clasificación de Tipos de Memoria

1. SAM (Sequential Access Memory)

En estas memorias se escribe y lee en secuencia. Es decir, si en un instante se está direccionando una palabra, la siguiente no lo estará hasta que ocurran tantos ciclos de reloj como sean necesarios para controlar esta memoria. Ejemplos: FIFO, LIFO, LILO, FILO.

2. ROM (Read Only Memory)

Existen dos tipos principales:

• Módulos funcionales: Capaces de realizar un conjunto de funciones de N variables, siendo cada salida una función de las N variables presentes en las líneas de dirección de memoria.
• Almacenamiento de bits: Organizados en palabras. Consta de dos partes: un decodificador y puertas lógicas (OR). Incluye variantes como ROM, EPROM y EEPROM.

3. RAM (Random Access Memory)

Son memorias de tipo aleatorio porque el tiempo de acceso es independiente de la posición elegida para leer o escribir. Presentan las siguientes particularidades:

• Tecnología: Cuando se requiere alta velocidad se usan transistores bipolares; si se necesita una capacidad elevada, se utiliza tecnología MOS.
• Control: Aparece una línea de lectura/escritura y una línea CS (Chip Select), que sirve para seleccionar un determinado circuito.

4. CAM (Content Addressable Memory)

Estas memorias se utilizan para especificar un determinado contenido directamente en lugar de una dirección. Son de carácter asociativo, lo que significa que pueden reunirse para crear módulos de mayor capacidad.