Fundamentos de Hardware: El Microprocesador y los Buses del Sistema

Sistema de Cómputo

Es un conjunto de elementos electrónicos que interactúan entre sí (hardware) para procesar y almacenar información de acuerdo a una secuencia lógicamente ordenada de instrucciones (software).

Microprocesador

• Punto de Vista Físico: Un microprocesador es un circuito integrado de muy alta escala de integración que, dependiendo del modelo, puede contener miles o millones de transistores distribuidos en diferentes bloques funcionales.
• Punto de Vista Funcional: Un microprocesador debe verse como un conjunto de registros capaces de intercambiar datos entre sí, realizar operaciones aritmético-lógicas y leer o escribir datos desde o hacia dispositivos conectados externamente, como por ejemplo memorias.
• Punto de Vista Conceptual: Un microprocesador ideal es un dispositivo digital que “lee” datos aplicados a un cierto número de “líneas de entrada”; estos datos los procesa de acuerdo a las instrucciones secuenciales de un programa almacenado en su memoria, para después “escribir” los resultados del proceso en un cierto número de “líneas de salida”.

Estructura de Buses

Los buses son conjuntos de líneas de comunicación que permiten la transferencia de datos entre los diferentes componentes de un sistema de cómputo.

Bus de Datos

Es el encargado de transportar datos e instrucciones desde y hacia el microprocesador. Este conjunto de líneas es el que define la longitud de palabra de datos. Longitudes comunes son: 4, 8, 16, 32, 64 bits.

Bus de Direcciones

Es un conjunto de líneas de salida del microprocesador que están acopladas mediante una etapa de búferes de aislamiento y potencia. El número de líneas disponibles en el bus de direcciones (n) determina el tamaño máximo de la memoria que puede ser gestionada en el sistema (2ⁿ).

Bus de Control

Contiene la información que el microprocesador envía a los elementos del sistema o recibe de estos, con el propósito de sincronizar la operación de los circuitos externos.

Tipos de líneas de control:

• Control de Lectura: El microprocesador realizará una operación de lectura.
• Control de Escritura: El microprocesador realizará una operación de escritura.
• Control de Memoria: El microprocesador realizará un acceso a la memoria del sistema para lectura o escritura, por lo que todas las líneas del bus de direcciones serán válidas.
• Control de Entrada y Salida: El microprocesador realizará un acceso a las unidades de entrada/salida para lectura o escritura, por lo que solo algunas líneas del bus de direcciones serán válidas como dirección.
• Requerimiento de Interrupción: Mediante este tipo de líneas, el resto del sistema puede solicitar la atención del microprocesador con rutinas dedicadas.
• Reconocimiento de Interrupción: El microprocesador avisa que ha reconocido una interrupción y que comenzará con la ejecución de la rutina correspondiente.
• Control de Buses: Mediante líneas dedicadas, el microprocesador puede tomar o entregar el control de los buses de datos y direcciones.
• Control de CPU: Son líneas que permiten al microprocesador informarse de ciertas situaciones que están ocurriendo en el sistema y actuar en concordancia con ellas.