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1. UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA
FACULTAD DE ELECTROTECNIA Y COMPUTACION
Arquitetura de Maquinas Comutadoras I
 Docente Ing. Marlovio José Sevilla Hernández
 mjsevilla007@gmail.com
 marlovio.sevilla@fec.uni.edu.ni
Telefono:5710-9009

2. Introducción a la Asignatura
Adquirir y aplicar conocimientos de la arquitectura, organización y
funcionamiento de los Microprocesadores y Microcontroladores, a través de
aplicaciones ingenieriles sencillas, procesos y estrategias de aprendizaje
científico técnicos y en el marco de la aplicación de los componentes
formativos declarados, para proporcionar soluciones a problemas de
ingeniería del entorno nacional.

3. Plan Temático

4. Forma de Evaluación

5. BIBLIOGRAFÍA

6. Introducción a la Asignatura
La asignatura de Arquitectura de Máquinas Computadoras I pertenece a la disciplina de Arquitectura de
Máquinas Computadoras, disciplina que reviste especial importancia en la formación del ingeniero en
computación, dotándole del conocimiento necesario del diseño, estructura y funcionamiento del hardware
de la computadora. Las asignaturas de Hardware Reparación y Mantenimiento, y Sistemas Digitales
proporcionan los fundamentos de electrónica analógica y digital, así como el conocimiento de los
componentes físicos que integran la computadora.
Posteriormente la serie de Arquitectura de Máquinas Computadoras II y III, profundizan en los principios
conceptuales y técnicas empleadas en el diseño y mejora de las computadoras. Se puede decir que estas
asignaturas estructuran uno de los ejes transversales (hardware computacional) en la formación del
ingeniero en computación, a la par de los ejes de software, de redes y de comunicaciones.
El objeto de estudio general la arquitectura y organización de los Microprocesadores y Microcontroladores, y
su programación. Los Microprocesadores están orientados a trabajar como unidad central de procesos de
computadoras y ser programados para dar soluciones a aplicaciones de propósito general, en cambio, los
Microcontroladores, por sus limitados recursos, se orientan al desarrollo de aplicaciones específicas para
monitoreo y control de procesos, tanto industriales, como comerciales y del campo de la producción.

7. Definiciones
Un sistema de computadora (computador)
Es un dispositivo electrónico programable que puede almacenar y procesar datos.
Ejecuta un conjunto de instrucciones llamados programas. La ejecución de programa
da al usuario final el resultado deseado.
Un sistema de computadora se define como una colección de unidades procesador,
memoria, dispositivos de E/S interconectados que interactúan con cada uno para
llevar a cabo un conjunto de tareas.

8. Organización de las Computadoras
Organización de Computadores La organización de computadores se refiere a las
unidades funcionales y sus interconexiones, que materializan especificaciones
arquitectónicas.
Entre los atributos de organización se incluyen aquellos detalles del hardware
transparentes al programador tales como señales de control, interfaces entre el
computador y los periféricos y la tecnología de memoria usada

9. Tipos de Computadoras
Computadora Analógica Las computadoras analógicas desarrollan un modelo
(eléctrico, neumático, mecánico, hidráulico, etc.) en esencia idéntico al fenómeno
físico que tratan de analizar o procesar. Ese modelo arroja un resultado que puede
representarse matemáticamente y procesarse de manera repetitiva para arrojar
resultados iguales.
Computadora Digital Están basadas en dispositivos biestables, que sólo pueden
tomar uno de dos valores posibles: ‘1’ ó ‘0’. Tienen como ventaja, el poder ejecutar
diferentes programas para diferentes problemas, sin tener que la necesidad de
modificar físicamente la máquina

10. ¿Qué es un microprocesador?
El microprocesador es un circuito integrado que contiene todos los elementos
necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento" UCP, también es
conocido como CPU (por sus siglas en inglés: Central Process Unit). En la actualidad
este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en
una misma placa de silicio.

11. Diagrama Interno de la Computadora

12. Partes interna del Microprocesador

13. Estructura y Funcionamiento
El microprocesador ejecuta instrucciones almacenadas como números
binarios organizados secuencial mente en la memoria principal. La ejecución
de las instrucciones se puede realizar en varias fases. Cada una de estas
fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura
del procesador, y concretamente de su grado de segmentación. La duración
de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá
ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual.

14. Función
Una unidad de control que vincula la información entrante para luego decodificarla y enviarla a la unidad
de ejecución: La unidad de control se compone de los siguientes elementos: Secuenciado (o unidad
lógica y de supervisión), que sincroniza la ejecución de la instrucción con la velocidad de reloj. También
envía señales de control: Contador ordinal, que contiene la dirección de la instrucción que se está
ejecutando actualmente:
Registro de instrucción.
Unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas que le asigna la unidad de
instrucción. La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos:
La unidad aritmética lógica (se escribe ALU); sirve para la ejecución de cálculos aritméticos básicos y
funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.);
La unidad de punto flotante (se escribe FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales que la unidad
aritmética lógica no puede realizar;
*El registro de estado;
*El registro acumulador.

15. Unidad de ejecución (o unidad de procesamiento), que cumple las tareas
que le asigna la unidad de instrucción.
La unidad de ejecución se compone de los siguientes elementos:
La unidad aritmética lógica (ALU); sirve para la ejecución de cálculos
aritméticos básicos y funciones lógicas (Y, O, O EXCLUSIVO, etc.);
La unidad de punto flotante (FPU), que ejecuta cálculos complejos parciales
que la unidad aritmética lógica no puede realizar;
*El registro de estado;
*El registro acumulador.

16. Componentes Internos del Microprocesador
Una unidad de administración del bus (o unidad de entrada-salida) que
administra el flujo de información entrante y saliente, y que se encuentra
interconectado con el sistema RAM.
El siguiente diagrama suministra una representación simplificada de los
elementos que componen el procesador (la distribución física de los
elementos es diferente a la disposición):

17. UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU)
ALU permite al computador procesar los datos numéricos que se le
ingresan, pero adicional a esto los datos introducidos en el computador se
utilizan como base para operaciones de todo tipo aritméticos y lógicos ,
además contiene registros especiales y de uso general donde se procesa la
información antes y después de su uso para luego ser almacenado en la
memoria central ,que es la zona de almacenamiento de gran capacidad, se
guardan aquí tanto datos como programas ejecutables.

18. UNIDAD DE PUNTO FLOTANTE (FPU)
FPU es una unidad de ejecución dedicada, diseñada para realizar las
funciones matemáticas con números del punto flotante. Un número del
punto flotante es cualquier número continuo, esto es no entero; cualquier
número que requiere un punto decimal para ser representado es un número
del punto flotante. Los enteros (y los datos almacenaron como enteros) se
procesan usando la unidad de ejecución entera.
Al hablar de Punto Flotante se describe una manera de expresar los valores,
no como un tipo matemáticamente definido del número tal como un número
entero, número racional, o número real. La esencia de un número de punto
flotante es que su punto “flota ” entre un número predefinido de dígitos
significativos, igual a la notación científica, donde el punto decimal puede
moverse entre diferentes posiciones del número.

19. UNIDAD DE CONTROL (UC)
La UC es el elemento que se encarga de sincronizar las acciones que realiza
cada una de las unidades funcionales de un computador. Las funciones de
la UC son básicamente dos:
1. Interpretación de las instrucciones: La UC debe ser capaz de decodificar
los códigos de operación y los modos de direccionamiento de las
instrucciones y actuar de forma diferente para cada uno de ellos.
2. Secuencia de las operaciones: La UC se encarga de la temporización de
las distintas operaciones necesarias para la ejecución de cada
instrucción. también debe controlar el secuencia de las instrucciones en
función de la evolución del registro contador de programa.

20. UNIDAD DE INTERFAZ EN EL BUS (E/S)
La unidad E/S, es la parte del procesador que se une con el resto de la PC.
Debe su nombre al hecho de que realiza los movimientos de datos hacia el
bus de datos del procesador, el primer conducto en la transferencia de
información hacia y desde el CPU.

21. Que es la memoria?
La memoria es uno de los componentes fundamentales para el correcto
funcionamiento de nuestra PC, ya que su existencia permite que la
computadora pueda arrancar, se procesen los datos, se ejecuten las
instrucciones para los distintos programas y demás.
Por otro lado, cuanto mayor es la cantidad de memoria que posea una PC,
mayor será el rendimiento y la mejora en la performance del equipo.
No obstante, una computadora trabaja con cuatro tipos de memorias
diferentes, que sirven para realizar diversas funciones. Estas son la memoria
RAM, la memoria ROM, la memoria SRAM o Caché y la memoria Virtual o de
Swap.

22. Tipos de memoria, La memoria RAM
La más importante es la denominada memoria RAM (Random Access
Memory), ya que nuestra computadora no podría funcionar sin su
existencia.
En la RAM se guarda distinto tipo de información, desde los procesos
temporales como modificaciones de archivos, hasta las instrucciones que
posibilitan la ejecución de las aplicaciones que tenemos instaladas en
nuestra PC.
Por tal motivo, es utilizada constantemente por el microprocesador, que
accede a ella para buscar o guardar temporalmente información referente a
los procesos que se realizan en la computadora.
Dentro de las memorias RAM existen distintos tipos de tecnologías que se
diferencian principalmente por su velocidad de acceso y su forma física.
Entre ellas encontramos las DRAM, SDRAM, RDRAM, entre otras.

23. Continuación
Las denominadas DRAM (Dynamyc Random Acces Memory) han sido
utilizadas en las computadoras desde los primeros años de la década de los
80’s, y aún en la actualidad continúan utilizándose. Se trata de uno de los
tipos de memorias más económicas, aunque su mayor desventaja está
relacionada con la velocidad de proceso, ya que es una de las más lentas,
lo que ha llevado a los fabricantes a modificar su tecnología para ofrecer un
producto mejor.
En cuanto al tipo de tecnología SDRAM, derivada de la primera, comenzó a
comercializarse a finales de la década de los 90’s, y gracias a este tipo de
memoria se lograron agilizar notablemente los procesos, ya que puede
funcionar a la misma velocidad que la motherboard a la que se encuentra
incorporada.

24. Por su parte, la tecnología RDRAM es una de las más costosas debido a su
complejidad de fabricación, y sólo se utilizan en procesadores grandes, tales
como los Pentim IV y superiores.
Otra de las diferencias entre las distintas memorias RAM se halla en el tipo
de módulo del que se trate, que pueden ser SIMM (Single in line Memory
Module), DIMM (Double Memory Module) y RIMM (Rambus in line Memory
Module), dependiendo de la cantidad de pines que contenga y del tamaño
físico del módulo.

25. La memoria ROM
Además de la memoria RAM, las computadoras trabajan con la memoria
denominada ROM, Read Only Memory, que como su nombre lo indica se
trata de una memoria sólo de lectura, ya que la mayoría de estas memorias
no pueden ser modificadas debido a que no permiten su escritura.
La memoria ROM viene incorporada a la motherboard y es utilizada por la
PC para dar inicio a la BIOS, lo cual es básicamente un programa que posee
las instrucciones adecuadas para guiar a la computadora durante el
arranque.

26. La diferencia fundamental que existe entre la memoria RAM y la ROM radica
en la velocidad, ya que la ROM al tratarse de un tipo de memorial secuencial
necesita recorrer todos los datos hasta hallar la información que está
buscando, mientras que la RAM trabaja de manera aleatoria, lo que hace
que acceda a la información específica de manera directa.
Este factor hace que la velocidad de la RAM sea notablemente superior.
Asimismo, la capacidad de ésta es mayor a la de la memoria ROM, y a
diferencia de esta última, la RAM no viene integrada al motherboard, lo que
permite que el usuario pueda expandir la cantidad de memoria RAM de su
PC.

27. La memoria caché
El proceso que realiza la memoria caché es guardar las ubicaciones en el disco que ocupan
los programas que han sido ejecutados, para que cuando vuelvan a ser iniciados el acceso a
la aplicación logre ser más rápido.
El caché L1 que se encuentra en el interior del procesador y funciona a la misma velocidad
que éste, y en el cual se guardan instrucciones y datos.
El caché L2 que suelen ser de dos tipos: interno y externo. El primero se encuentra dentro de
la motherboard, mientras que el segundo se halla en el procesador pero de manera externa, lo
que lo hace más lento que el caché L1.
El caché L3 que sólo vienen incorporado a algunos de los microprocesadores más avanzados,
lo que resulta en una mayor velocidad de procesos.

28. Diagrama en Bloques de un Microprocesador

29. Puertos de entrada y salida
El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado.
El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las
funciones que el microprocesador delega en ellos. El conjunto de circuitos integrados
auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como
chipset. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a
un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo.

30. Microcontrolador
Un microcontrolador es un circuito integrado digital que puede ser usado para muy
diversos propósitos debido a que es programable. Está compuesto por una unidad
central de proceso (CPU), memorias (ROM y RAM) y líneas de entrada y salida
(periféricos).
¿Cómo funciona un microcontrolador?
Como el hardware ya viene integrado en un solo chip, para usar un microcontrolador se
debe especificar su funcionamiento por software a través de programas que indiquen
las instrucciones que el microcontrolador debe realizar. En una memoria se guardan los
programas y un elemento llamado CPU se encarga de procesar paso por paso las
instrucciones del programa. Los lenguajes de programación típicos que se usan para
este fin son ensamblador y C, pero antes de grabar un programa al microcontrolador
hay que compilarlo a hexadecimal que es el formato con el que funciona el
microcontrolador.

31. Para diseñar programas es necesario conocer los bloques funcionales básicos del
microcontrolador, estos bloques son:
1. CPU (Unidad central de proceso)
2. Memoria ROM (Memoria de solo lectura)
3. Memoria RAM (Memoria de acceso aleatorio)
4. Líneas de entrada y salida (Periféricos)

33. Aplicaciones

34. Principales Fabricantes