Conceptes Fonamentals d'Arquitectura de Computadors i Processadors

Arquitectures i Components Bàsics del Computador

Què és l'arquitectura de Harvard?

Una manera de construir màquines que tenen una memòria separada per a les instruccions i una altra per a les dades.

Què és l'arquitectura de Von Neumann?

Una manera de construir màquines que utilitzen una memòria comuna tant per a les instruccions com per a les dades.

Comparativa: Von Neumann vs. Harvard

L'arquitectura de Von Neumann aprofita millor la memòria principal, mentre que l'arquitectura de Harvard és potencialment més ràpida.

Què és la Unitat Central de Processament (CPU)?

És la màquina algorísmica que interpreta les instruccions d'una ISA (Instruction Set Architecture) determinada.

Què fa una màquina algorísmica general?

Interpreta les instruccions d'un programa emmagatzemat en una memòria.

Què és una ALU?

Una ALU (Unitat Aritmètica i Lògica) és un recurs de càlcul programable.

Elements de l'arquitectura bàsica d'un computador

• Perifèrics d'entrada
• Perifèrics de sortida
• Perifèrics d'entrada/sortida (E/S)
• Processador (CPU)

Funció dels busos en un computador

Connectar dos o més components del sistema entre ells, permetent la transferència de dades.

A part dels processadors de propòsit general, quins altres tipus existeixen?

DSP (Processadors de Senyal Digital), GPU (Unitats de Processament Gràfic) i MCU (Microcontroladors).

Memòria i Accés a Dades

Què conté la memòria d'un computador?

Conté les dades i les instruccions dels programes.

De què està constituïda la memòria principal?

Principalment per RAM (Random Access Memory).

Objectiu de la memòria cau (caché)

Proporcionar a la CPU un accés més ràpid a la informació que resideix a la memòria principal.

Quines formes bàsiques d'accés als operands en memòria hi ha?

• Immediata
• Directa
• Indexada
• Indirecta

Per a què s'utilitzen els mòduls d'Accés Directe a Memòria (DMA)?

Per alliberar la CPU de la gestió de les transferències d'informació entre els perifèrics i la memòria principal.

Què és un mòdul d'entrada/sortida (E/S)?

Un dispositiu que actua com a pont entre el processador i els altres components d'un computador.

Instruccions i Cicle d'Execució

Què és el llenguatge de màquina?

És el llenguatge en què es codifiquen els programes que interpreta directament la màquina corresponent.

Què descriu la microarquitectura?

Descriu com s'organitza internament un processador per implementar un determinat repertori d'instruccions (ISA).

Primer pas del cicle d'execució d'instruccions

La lectura (o fetch) de la instrucció que s'ha d'executar.

En què consisteix el càlcul de la instrucció següent?

En determinar l'adreça de memòria de la instrucció que s'executarà posteriorment.

Per a què es fa servir el PC (Program Counter)?

Per guardar la posició de memòria de la instrucció que s'ha d'executar.

Què és una microinstrucció?

Un conjunt d'operacions que es realitzen en la unitat de processament d'un processador durant un cicle de rellotge.

Funció del seqüenciador en un processador microprogramat

Actua com a controlador d'una màquina d'interpretació d'instruccions.

Tipus de Processadors i Registres

Quin processador permet executar diversos programes simultàniament?

Un processador amb diverses unitats de processament o cores.

Diferència clau entre RISC i CISC

Una característica exclusiva de les arquitectures RISC (Reduced Instruction Set Computer) és tenir dos tipus d'instruccions específiques per accedir a dades en memòria: una per a lectura (Load) i una altra per a escriptura (Store).

Registres del camí de dades en arquitectura Von Neumann (Exemple YASP)

• Comptador de programa (PC)
• Registre d'instruccions (IR)
• Registre temporal de memòria (MBR)
• Registre d'adreces (MAR)
• Acumulador (A)
• Registre auxiliar (X)

Repertori d'instruccions del Femtoproc

• Suma (ADD)
• Negació (NOT)
• Producte lògic (AND)
• Salt condicional si el resultat de l'última operació ha estat zero (JZ)