Fundamentos de Arquitectura x86: Modos de Operación, Temporización y Sincronización del Sistema

Arquitectura de Sistemas: Modos de Operación, Temporización y Sincronización

Modo Protegido

Es un modo operacional de las CPUs compatibles x86 de la serie 80286 y posteriores. El modo protegido incorpora un número de nuevas características diseñadas para mejorar la multitarea y la estabilidad del sistema, tales como la protección de memoria, el soporte de hardware para memoria virtual y la conmutación de tareas. También ofrece soporte de hardware para interrumpir un programa en ejecución y cambiar el contexto de ejecución a otro, permitiendo la multitarea preferente (pre-emptive multitasking).

Modo Virtual

Introducido con el procesador Intel 80386DX en 1985, este modo incorporó una importante ampliación, destacando su bus de datos de 32 bits. Mientras que en el 80286 los segmentos de memoria eran de tamaño fijo y limitados, lo que obligaba al programador a gestionar múltiples segmentos para grandes cantidades de datos, el 80386 permitió la definición de segmentos de memoria de tamaño variable. El modelo 80386, con un tamaño de registros y buses de 32 bits, mantiene los tres modos de operación: el Real, el Protegido y el Virtual.

Las diferencias clave del 80386 respecto a sus predecesores incluyen:

• Un flag adicional.
• Un estado de excepción adicional.
• Dos bits adicionales en la entrada de páginas.
• Seis nuevas instrucciones.

Temporización y Circuitos Lógicos

Los circuitos de conmutación y temporización constituyen la base de cualquier dispositivo que requiera seleccionar o cambiar señales de forma controlada. Entre sus campos de aplicación se encuentran la conmutación telefónica, las transmisiones vía satélite y el funcionamiento de las computadoras digitales.

Las familias de dispositivos lógicos digitales ejecutan una variedad de funciones lógicas a través de las llamadas puertas lógicas (como OR, AND, NOT), así como combinaciones de ellas mismas. Otras familias lógicas utilizadas incluyen:

• La lógica de transistores (por ejemplo, TTL).
• La lógica de semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS), que ejecuta funciones similares a niveles de potencia muy bajos, aunque a velocidades de funcionamiento ligeramente inferiores.

Existen también otras variedades de circuitos lógicos, como la lógica Resistor-Transistor (RTL) y la lógica de Acoplamiento por Emisor (ECL), utilizadas para sistemas de muy bajas velocidades.

Reloj de Sistema

La velocidad del procesador es directamente afectada por el reloj de sistema, que es un pulso electrónico utilizado para sincronizar el procesamiento. Su frecuencia se mide en:

• MHz (MegaHertz): donde un MHz equivale a un millón de ciclos por segundo.
• GHz (GigaHertz): donde un GHz equivale a mil millones de ciclos por segundo.

Estados de Espera (Wait States)

Un desafío común en la arquitectura de computadoras es igualar la velocidad de los ciclos del bus con la de las tarjetas de expansión, ya que es frecuente que una tarjeta sea más lenta que el bus. Para resolver esto, la señal READY del bus se utiliza para adaptar la velocidad a una tarjeta lenta, deteniendo el bus del sistema (introduciendo estados de espera o wait states) hasta que la tarjeta se sincronice con el ciclo del bus.