ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

1. ARQUITECTURA DEL
MICROPROCESADOR 8088/8086
OBJETIVOS:
Al finalizar el estudiante
reconoce la arquitectura de
los microprocesadores Intel y
la función de los registros
internos.

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Arquitectura de Computadoras 1
ANATOMÍA DEL PC
A grandes rasgos, podríamos decir que todos los miembros de la familia PC constan de un
procesador, chips de memoria y varios chips inteligentes o programables (que controlan dispositivos
externos, como la unidad de disco o el monitor, o ayudan al microprocesador a realizar sus tareas).
Todos los componentes del circuito principal, están situados en la placa principal o placa base. Otros
elementos importantes están situados en placas de expansión, que pueden ser conectadas a la placa
principal.
El microprocesador o unidad central de proceso (CPU, Central Process Unit) controla las operaciones
básicas del ordenador, enviando y recibiendo señales de control a través de un grupo de caminos
electrónicos llamados bus. A grandes rasgos, puede decirse que un bus es un conjunto de unos
pequeños cables que conducen bits de información. El número de “cables” que forman el bus se
denomina ancho de banda del bus.
Localizadas a lo largo del bus, están las puertas de entrada y salida (E/S ó I/O), que conectan la
memoria y los chips de apoyo al bus (CTR I/O, controladores de E/S). Los datos pasan a través de
estas puertas de E/S mientras viajan desde yhasta la CPU yotras partes
Gráficamente, el esquema básico de un PC se puede resumir de este modo:
Esquema de los componentes hardware básicos del PC
Como se observa, hay seis componentes básicos
1. Oscilador de reloj: es el encargado de dar un ritmo de funcionamiento al procesador y a
toda la circuitería en general; por lo tanto, determina la cantidad de instrucciones que el procesador
puede ejecutar por segundo.
2. CPU: Es el microcircuito al cual entran las instrucciones de código máquina y donde las mismas
son procesadas (ejecutadas).

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3. Memoria: Está formada por una serie de chips donde se almacena toda la información del
sistema, lo cual incluye tanto al código (instrucciones) como los datos de cualquier tipo.
4. Bus de datos: Es el bus por donde se mueve la información digital que circula por todo el
sistema (memoria, puertos...), desplazándose principalmente entre la memoria y la CPU, y
viceversa. Este bus es de 16 bits en el 8086 (8 bits en el 8088 y
32 bits en 80386 y80486).
5. Bus de direcciones: Es el bus usado por la CPU para indicar a la memoria la posición en la que
está la información a la que se quiere acceder (ya sea para leerla o para escribir en ella). Una vez se
haya accedido a esa posición en la memoria, ésta enviará su contenido a través del mencionado bus
de datos. El bus de direcciones posee 20 bits de ancho de banda, por lo que se pueden indicar 220 =
1.048.576 posiciones de memoria distintas.
6. Bus de control: Este bus es el encargado de indicar al sistema tanto el tipo de información que
circula por el bus de datos en cada momento, como de sincronizar las señales que controlan el
funcionamiento de la circuitería del sistema.

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El microprocesador
El microprocesador o unidad central de proceso (CPU, Central Process Unit) es el chip que ejecuta los
programas. Lleva a cabo una gran variedad de cálculos, comparaciones numéricas y transferencia de
datos como respuesta a las peticiones de los programas almacenados en memoria.
Así, pues, la unidad central de proceso es el conjunto formado por la unidad control, la unidad de
proceso (o unidad aritmético lógica, ALU) y los registros.
Figura. Esquema básico de una CPU
La unidad de control es la que gobierna todo el funcionamiento del ordenador. Controla, paso a paso,
la ejecución de las instrucciones que se encuentran en memoria central y genera las órdenes necesarias
para el funcionamiento de la unidad de proceso y de los canales. Además, gobierna también la lectura
y escritura de instrucciones ydatos de la memoria central.
La unidad de proceso (ALU) es la que ejecuta las operaciones aritméticas y lógicas. Los registros son
dispositivos de un ordenador para el almacenamiento temporal de datos. Ambos se desarrollarán más
ampliamente en sesiones siguientes.
El microprocesador 8088, que es el que se va a considerar en este trabajo, es un
microprocesador de 16 bits que controla los ordenadores personales estándar de IBM. El 8086 difiere
del 8088 solamente en un detalle: utiliza un bus de datos de 16 bits en vez del bus de 8 bits del 8088.
A excepción de esa diferencia, se les considera prácticamente idénticos. Por ello, cada vez que se haga
referencia a uno de ellos, se pondrá 8086/8088 para indicar que esa referencia es válida para ambos
microprocesadores.

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Arquitectura Interna del 8088
Intel diseñó el 8088/8086 para realizar al mismo tiempo las principales funciones internas de
transferencia de datos y búsqueda de instrucciones. Para conseguir esto, el 8088 y el 8086
constan de dos procesadores interconectados en el mismo circuito integrado, ver figura
1. Una unidad está encargada de buscar instrucciones (BIU) y la otra de ejecutarlas (EU)
esto diferencia al 8088 de los microprocesadores anteriores (8080, 8085).
BUS DE DIRECCION
(20 BITS)
S
REGISTROS
GENERALES
AH AL
BH BL
CH CL
DH DL
SP
BP
DI
SI
BUS DE DATOS
CS
DS
SS
ES
IP
REGISTROS DE
COMUNICACION INTERNA
BUS DE DATOS
(8 BITS)
LOGICA
ALU
(16 BITS)
DE CONTROL
DE BUS
BUS 8088
REGISTROS TEMPORALES
COLA DE
INSTRUCCIONES
ALU SISTEMA DE
CONTROL DE
LA EU
BUS Q
(8 BITS)
1 2 3 4
BANDERAS
UNIDAD DE EJECUCIÓN
(EU)
UNIDAD DE INTERFAZ DE BUS
(BIU)
Figura 1. Arquitectura interna del 8088
En la figura 2 se ilustra una comparación operacional del 8085 con el 8088, la figura 2 (a)
muestra una operación normal del 8085. Note que la instrucción es traída de la memoria por
una operación de lectura de memoria, luego el 8085 ejecuta la instrucción, y el sistema de
memoria-bus esta ocioso. El 8088 hace uso de este tiempo de memoria-bus ocioso para
buscar la próxima instrucción mientras se está ejecutando la actual instrucción.
La figura 2 (b) muestra la secuencia de eventos para el 8088. Note que el bus siempre está
ocupado. (Generalmente, si existen momentos en que el bus esta ocioso pero no siempre).
Esto es debido a las dos unidades que componen al 8088 la Unidad de Ejecución (EU) y la
Unidad de Interfaz de Bus (BIU).

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CPU
BUS
TRAER
OCUPADO
LEER
OCUPADO
EJECUTAR TRAER
OCUPADO
ESCRIBIR
OCUPADO
EJECUTAR
(a)
EU EJECUTAR EJECUTAR EJECUTAR
BIU TRAER LEER TRAER ESCRIBIR TRAER TRAER
BUS OCUPADO OCUPADO OCUPADO OCUPADO OCUPADO OCUPADO
(b)
Figura 2. (a) Operación del 8085 y actividad del bus (b) Operación de las unidades del 8088 y
actividad del bus.
Unidad de Interfaz de Bus (BIU): La BIU contiene una cola de instrucciones, un
controlador de bus, registros de segmento y el puntero de instrucción (IP). La principal
función de la BIU es mantener llena la cola de instrucciones, generar y aceptar señales de
control, proveer al sistema de direcciones de memoria y número de puerto de E/S además de
ser el mediador entre la Unidad de Ejecución (EU) y la memoria.
La BIU asegura que la cola de instrucciones este llena mediante la operación de traer la
próxima instrucción de un byte si la cola de instrucciones tiene espacio. Debido a que la
próxima instrucción a ejecutar esta dentro del microprocesador, la velocidad de ejecución de
programas es mucha más rápida en comparación a si cada instrucción a ejecutar fuese traída
directamente de memoria.
Unidad de Ejecución (EU): La función de la EU es sacar cada instrucción de la cola de
instrucciones y ejecutarla. La unidad de ejecución contiene una unidad aritmética y lógica
(ALU), un registro de instrucción y un arreglo de registros. La ALU realiza operaciones
aritméticas y lógicas sobre la memoria o sobre registros. El registro de instrucciones recibe
instrucciones de la cola de instrucción y son decodificadas a operaciones directas para la
unidad de ejecución. El arreglo de registros mantiene información temporalmente. También
contiene registros índices y punteros utilizados para direccionar el dato operando localizado en
la memoria.

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AH AL
BH BL
CH CL
DH DL
SP
BP
SI
DI
IP
CS
DS
SS
ES
Conjunto de Registros del 8088
El 8088 contiene 14 registros de 16 bits que se asocian a tres grupos: Registro de Propósito
General, Registros Punteros y de Índice y Registros de Segmentos. Además de estos tres
grupos de registros contiene un Registro de Banderas que indica el estado de la operación de
la unidad aritmética y lógica (ALU).
16 bits
8 bits 8 bits
AX Acumulador
BX Base
CX Contador
DX Datos
Puntero de Pila
Puntero de Base
Índice Fuente
Índice Destino
Puntero de
Instrucción
Segmento de Código
Segmento de Datos
Segmento de Pila
Segmento Extra
Registros de
propósito
general
Registros
Punteros y
de Índices
Registro de
Segmentos
BANDERAS Registro de Banderas
Figura 3. Conjunto de Registros del 8088.
Registros de Propósito General
Los registros de propósito general se utilizan de cualquier manera que el programador desee
(siempre y cuando sea permitido). Estos registros se utilizan como registros de 16 bits (AX,
BX, CX y DX) o como dos registros de 8 bits (AH, AL, BH, BL, CH, CL, DH y DL). La
principal función de los registros de propósito general de describe a continuación:
AX (Acumulador)-Generalmente utilizado para mantener temporalmente resultados
después de una operación aritmética o lógica.

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BX (Base)- Generalmente utilizado para mantener la dirección base de un dato localizado
en la memoria y también la dirección base de una tabla de datos referenciada por una
instrucción (XLAT).
CX (Contador)-Contador en ciertas instrucciones, tal como contador de corrimientos (CL)
y rotaciones, contador (CX) con la instrucción LOOP.
DX (Dato)-Un registro de propósito general que mantiene la parte más significativos del
producto después de una multiplicación de 16 bits, también los bits más significativos
del dividendo antes de una división, y el número del puerto de E/S en una instrucción de
E/S.
Registros Punteros y de Índice
Aunque los registros punteros y de índice también son de propósito general por naturaleza,
estos son más utilizados como índice o punteros a una localidad de memoria en muchas
instrucciones. Estos registros incluyen:
SP (Puntero de Pila)-Usado para direccionar datos de una pila de memoria, esta pila es
de tipo LIFO (last-in, first-out). Esto ocurre cuando una instrucción PUSH o POP es
ejecutada o cuando una subrutina es llamada mediante CALL y al retornar de una
subrutina con la instrucción RET.
BP (Puntero de Base)-Un puntero de propósito general utilizado para direccionar un
arreglo de datos en la pila.
SI (Índice Fuente)-Se utiliza para direccionar datos fuentes indirectamente mediante el
uso de instrucciones con cadenas.
DI (Índice Destino)-Normalmente utilizado para direccionar el destino de datos
indirectamente para instrucciones con cadenas.
IP (Puntero de Instrucción)-Usado para direccionar el próxima instrucción a ejecutar por
el 8088. La localidad actual de la próxima instrucción está formada por el contenido de
IP y CS 10H.
Registros de Segmentos
Un segmento de memoria es un bloque de 64K-bytes de memoria direccionado por un registro
especial llamado registro de segmento, la figura 4 muestra segmentos de memoria del 8088.
Cuatro segmentos diferentes pueden existir simultáneamente en el espacio de memoria: el
segmento de código, segmento de datos, segmento de pila y segmento extra. Los datos
son indexados o apuntados dentro de un segmento por los registros de índice, registros
punteros, registro base o puntero de instrucción.

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Cada registro de segmento mantiene una porción de 16-bits de la dirección de 20- bit de inicio
del segmento de 64K-bytes de memoria. Los 20 bits de la dirección está formada 00002 (0H)
colocado como el menos significativo del registro de segmento, esto equivale a multiplicar el
registro segmento por 10H.
Memoria
AFFFFH
A0000H
8FFFFH
80000H
3FFFFH
30000H
1FFFFH
10000H
SEGMENTO
DE
PILA
SEGMENTO
EXTRA
SEGMENTO
DE
DATOS
SEGMENTO
DE
CODIGO
SS
A000
ES
8000
DS
3000
CS
1000
Figura 4. Ejemplo que muestra el contenido de cada registro de segmento y la localidad
de la dirección del segmento direccionada por el registro de segmento.
Cada registro de segmento tiene una función especial y normalmente es asociada con uno o
más de los registros de índice o punteros. Para generar una localidad de memoria, el contenido
del registro de segmento contiene la parte de la dirección del segmento y se incrementa un
registro índice o puntero, el cual contiene el desplazamiento (offset). La figura 5 muestra una
dirección de memoria generada dentro de un segmento por la combinación del contenido del
registro de segmento y el desplazamiento almacenado en un registro índice o puntero y así
generar la dirección efectiva. La dirección efectiva es la suma de la dirección del segmento y
el desplazamiento. En el ejemplo de la figura 5, el registro se segmento (DS) contiene 1000H,
así que el segmento inicia en la localidad de memoria 10000H y el desplazamiento (0010H) que
está contenido en el registro base (BX), forman la dirección efectiva 10010H, o 1000H 10H
+ 0010H.
A continuación de describen cada uno de los segmento de memoria (no registros de
segmento) manejados por el 8088.

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CS (Segmento de Código)-Una sección de memoria de 64K-bytes que contiene el
programa o código. Este registro es cambiado siempre al ejecutarse una instrucción
CALL, JMP o RET. La dirección de la próxima instrucción a ejecutar es generada por
la suma del contenido del puntero de instrucción y el contenido de CS 10H.
10010
1000F
1000E
1000D
1000C
1000B
1000A
10009
10008
10007
Desplazamiento
BX
0010
10006
10005
10004
10003
10002
10001 DS
10000 1000
Figura 5. Mapa de memoria que muestra como la dirección 10010H es direccionada cuando DS=1000H y
BX contiene un desplazamiento de 0010H.
DS (Segmento de Datos)-Una sección de memoria de 64K-bytes que contiene los datos
direccionados por todas las instrucciones y modos de direccionamiento. Los datos
generalmente son movidos dentro o fuera de la memoria mediante el segmento de
datos. La dirección efectiva de un dato es generada por la suma del contenido de uno
de los registros índice o puntero (BX, SI o DI) y el contenido de DS 10H.
SS (Segmento de Pila)-Una sección de memoria de 64K-bytes usada pora la pila (stack)
tipo LIFO. La dirección efectiva de la pila es una combinación de los contenidos del
puntero de pila (SP) más SS 10H. Por ejemplo, si SS contiene 1000H y SP contiene
0000H, entonces la dirección de la pila es 10000H. Esta dirección también es escrita
como 1000:0000 que es: una dirección de segmento 1000H y un desplazamiento de
0000H. Los datos apuntados por la base (BP) normalmente se encuentran en el
segmento de pila.
ES (Segmento Extra)-Un segmento especial que normalmente se usa por instrucciones de
cadenas. Cuando una instrucción de cadena es ejecutada, la localidad del destino es
direccionada por el registro índice destino (DI) mas ES 10H, y la dirección fuente esta
direccionada por el registro índice fuente (SI) mas DS 10H.

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Registro de Banderas
El registro de banderas, también llamado registro de estado o palabra de estado, es un
registro de 16 bits y contiene información sobre el estado de operaciones de la unidad
aritmética y lógica, en la figura 6 muestra la posición relativa de cada bit de bandera y su
correspondiente letra que se utiliza para identificar cada bandera.
15 8 7 0
O D I T S Z A P C
Figura 6. Esquema del Registro de Banderas
Descripción de los bits de bandera:
C (Acarreo)-Indica un acarreo o un préstamo en el bit más significativo después de una
operación aritmética. Esta bandera también se modifica por algunas instrucciones de
corrimiento y rotación.
P (Paridad)-Se refiere a la paridad del resultado de una operación aritmética o lógica. Si
es resultado contiene un número par de unos, el bit de paridad es puesto en 1 indicando
paridad par; en otro caso se borra para indicar paridad impar.
A (Acarreo Auxiliar)-Representa un acarreo o préstamo entre medio-bytes de una
operación aritmética o lógica entre registros de 8 bits.
Z (Cero)-Indica que el resultado de una operación aritmética o lógica es cero (0). Si
Z=1, el resultado es 0.
S (Signo)-Indica el signo del resultado de una operación aritmética o lógica. Un 1 lógico
en la bandera de signo índica que el resultado es negativo.
T (Atrapar)-Causa que el 8088 entre a un estado de operación paso a paso para
depuración.
I (Habilitar Interrupciones)-Habilita o deshabilita la terminal INTR (requerimiento de
interrupción). Si I=1 entonces INTR está habilitada.
D (Dirección)-Selección el modo de operación de auto-incremento o auto-decremento
para el registro índice destino (ID) y el registro índice fuente (SI) en operaciones de
cadena. Si D=0, entonces SI y DI son incrementados durante la ejecución de una
instrucción de cadena.
O (Sobreflujo)-Se activa después de que en una operación aritmética de suma o resta ha
ocurrido un sobreflujo. Por ejemplo, si 7FH (+127) y 01H (+1) se suman, y se está
operando con números con signo, el resultado es 80H (-128). Debido a que -128 no
es un resultado correcto, la bandera O es puesta en 1 lógico para indicar un sobrefujo.

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CUESTIONARIO
1. ¿Con que otro nombre se le conoce al microprocesador?
2. ¿Cuáles son las partes de un microprocesador?
3. ¿Con que modelo y en qué año aparece el primer microprocesador?
4. ¿Cuáles son las características principales del microprocesador 8088?
5. ¿Cuáles son los registros principales del microprocesador 8088?
6. Describir la función de los registros principales del 8088
7. ¿Qué función cumple el registro puntero y el registro índice?
8. ¿Cuál es la función del registro de segmentos?
9. ¿Cuál es la función del registro de banderas?
10. ¿Cuáles son las instrucciones principales del microprocesador 8088/8086?