Fundamentos de la Arquitectura de Computadoras Digitales

Informática y Telecomunicaciones4,69 KB

Arquitectura Fundamental de Computadoras Digitales

Una computadora consta de tres componentes básicos, interconectados entre sí:

  • Procesador
  • Memoria
  • Dispositivos de Entrada/Salida

Buses de Interconexión

La interconexión de estos bloques se realiza mediante tres buses:

  • Bus de datos: Lleva los datos entre la CPU, la memoria y los módulos de entrada/salida.
  • Bus de direcciones: Es controlado por la CPU y se utiliza para direccionar posiciones de memoria y puertos de entrada/salida.
  • Bus de control: Son las señales que utiliza el procesador para controlar a los restantes dispositivos del sistema.

Microprocesadores y Microcontroladores

Ambos son CPU implementadas en un único chip. Difieren en su campo de aplicación:

  • Microcontroladores: Son para aplicaciones específicas (controles industriales, equipamientos médicos, control de comunicaciones, etc.).
  • Microprocesadores: Orientados a las computadoras de propósito general.

CPU: Unidad Central de Procesamiento

La CPU es la que controla el sistema y tiene varias partes:

  • Unidad de Control (UC)
  • Unidad Aritmético Lógica (ALU)
  • Registros (de Direccionamiento y propósito general)

La UC regula el funcionamiento de todas las partes del sistema. Obtiene las instrucciones de la memoria y las interpreta.

Unidad de Control (UC)

Controla el funcionamiento del sistema:

  • Obtiene las instrucciones, las decodifica y ejecuta.
  • Se comunica con las restantes partes de la CPU para obtener los resultados de la instrucción.
  • Controla el bus de datos y los restantes dispositivos para obtener y ejecutar las instrucciones.

ALU: Unidad Aritmético Lógica

Se puede considerar como un sistema combinacional que realiza las operaciones solicitadas por la unidad de control.

  • Toma los datos de un par de registros de entrada, y el resultado es almacenado en un registro de salida.
  • Información adicional sobre la operación realizada se guarda en un registro especial: el registro de FLAGS (banderas).

Funciones:

  • Aritméticas: Suma, resta, división, multiplicación.
  • Lógicas: And, or, xor, nor, nand, xnor.
  • Desplazamiento y rotación.

Memoria

Tipos de memoria:

  • Memorias RAM
  • Memorias ROM
  • Otras memorias: Stack, Caché

Sistemas de almacenamiento masivo:

  • Discos duros, DK, CD, DVD.

Puertos de Entrada/Salida

Los Puertos de Entrada/Salida proveen la interfaz del sistema con el mundo exterior.

Ciclo de Ejecución de Instrucciones

Al comienzo de cada ciclo de instrucción, la CPU busca y capta una instrucción de la memoria (para ello usa el PC - Program Counter).

A menos que se indique lo contrario, la CPU incrementa el PC.

La instrucción captada se almacena en un registro llamado IR (Registro de Instrucción). Esta instrucción puede ser de 4 tipos distintos.

UNIDAD DE EJECUCIÓN (EU)

Está compuesta por los siguientes bloques:

  • ALU cuyos operandos son de 16 bits.
  • Registro de banderas (Flags).
  • Registros de propósito general.

Estos registros son de 16 bits. Se pueden utilizar como registros de 8 bits, dividiéndolos en parte más significativa y menos significativa.

UNIDAD DE INTERFAZ DE BUS (BIU)

La BIU optimiza el manejo del bus de datos para acelerar el proceso de ejecución de instrucciones. Premisa: es mucho más lento traer las instrucciones de memoria que procesarlas.

Funciones de la BIU:

  • Búsqueda de las instrucciones.
  • Encolado de las instrucciones (en una memoria FIFO - First In, First Out). De esta cola la EU extrae las instrucciones a ejecutar.
  • Búsqueda de los operandos.
  • Manejo de las direcciones a memoria.
  • Manejo del Bus de Datos.

Para ello, cuenta con una 'cola' de instrucciones, de forma que se van obteniendo mientras la EU está ocupada procesando instrucciones anteriores.

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