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ESCUELA : PONENTE : BIMESTRE : ARQUITECTURA DE COMPUTADORES CICLO : CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN II BIMESTRE Ing. Marcia Contento ABRIL  – AGOSTO 2007
Contenidos:  Aritm ética del Computador Repertorio de Instrucciones Unidad de Control Unidad Aritmético Lógica Bibliograf ía   ・ Organizaci ón  y Arquitectura de Computadores, William Stalling
Objetivos Conocer la organizaci ón del procesador Formas de representación de datos  Conocer los registros que componen la memoria interna del procesador
Introducci ón El funcionamiento de la CPU esta determinado por las instrucciones que ejecuta(instrucciones m áquina o instrucciones de computador ). El conjunto de instrucciones se determina “ repertorio de instrucciones”
Repertorio de Instrucciones Conjunto de instrucciones que son entendidos por CPU C ódigos máquina Binarias Generalmente representadas en c ódigo ensamblador
Representaci ón de números Representación de Enteros (coma fija) Signo-magnitud Complemento a dos Operaciones Representación en Coma Flotante Operaciones
Elementos de una instrucci ón Código de operación Referencia de datos fuente Referencia al operando resultado Referencia a la siguiente instrucción Resultados Memoria principal o virtual Registro de la CPU Dispositivo de E/S
Representaci ón de Instrucciones Representaci ón simbólica  ADD Sumar SUB restar MPY Multiplicar DIV Dividir LOAD Cargar datos a memoria Operaciones ADD A,B
Tipos de instrucciones De procesamiento de datos De almacenamiento de datos De transferencia de datos De Control
N ú mero de direcciones 3 direcciones 1er operando, 2do operando, resultado a = b + c; Siguiente instrucci ón  (generalmente impl ícito ) No muy comun 2 direcciones Doble acci ón  Operando y resultado a = a + b Reduce el tamaño de la instrucci ón Requiere instrucciones adicionales
N úmero de direcciones 1 direcci ón Segunda direcci ón implicita AC Comun 0 (cero) direci ón Todas las direcciones impl ícitas Usa una pila e.g. push a push b add pop c c = a + b
Cuantas direcciones Mas direcciones Instrucciones mas complejas Mas registros Operaciones mas r ápidas Pocas instrucciones por programa Menos direcciones Instrucciones menos complejas Mas instrucciones por programa Faster captaci ón o ejecución de instrucciones
Diseño de Instrucciones Repertorio de operaciones Tipos de datos Formato de instrucciones Registros  Direccionamiento Cuantas,que,cu án Longuitud,#dir,tamaño campos Cuantos registros de la CPU Modo o modos, para  especificar la direcci ón de un operando
Tipos de operandos Números Enteros , como flotante Caracteres ASCII… Datos Lógicos Bits, flags
Tipos de operaciones Transferencia de datos Aritméticas Lógicas Conversión Entrada/Salida Control del sistema Control de flujo
Transferencia de datos La instrucción de transferencia debe especificar varias cosas: Posiciones de los operandos fuente y destino Longitud de los datos a transferir Modo de direccionamiento para cada operando
Aritméticas Las operaciones aritméticas básicas son: suma , resta, multiplicación y división; pero hay  operaciones que requieren un solo operando: Absolute Negative Increment Derement
Lógicas Se basan en operaciones boleanas. En este caso se aplican operando básicos como, AND, OR, XOR, EQUAL. Además se incluyen operaciones de desplazamiento y rotación tales como. Desplazamiento lógico a la derecha Desplazamiento lógico a la izquierda Desplazamiento aritmético a la derecha Desplazamiento aritmético a la izquierda Rotación a la derecha Rotación a la izquierda
Conversión Instrucciones de conversión son aquellas que cambian el formato u operan sobre el formato de los datos. Un ejemplo común es el de convertir un decimal a binario. Entrada/Salida Como ya los revisamos antes teníamos varios tipos de entradas salidas: entrada/salida programada aisladas, entradas/salidas programadas asignadas en memoria, DMA y procesador de E/S. revisar capitulo de E/S
Control del sistema Llamadas instrucciones privilegiadas, que se ejecutan solo cuando el procesador está en un estado privilegiado o está ejecutando un programa en una zona privilegiada. Por lo general las usan el sistema operativo.
Control de flujo Algunas razones para el uso de funciones de control de flujo: Para ejecutar instrucciones mas de una vez Para la toma de decisiones Ejecución de programas largos Operaciones de control de flujo: Instrucciones de bifurcación Instrucciones de salto implícito Instrucciones de llamada a procedimiento
CPU Los objetivos de la CPU son Captar instrucciones Interpretar instrucci ó n Captar datos Procesar datos Escribir datos
Visi ón del procesador General Interna
Registros Registros visibles al usuario Uso general Datos Direcciones Código de condición Registros de control y estado Contador de programa Registro de instrucción Registro de dirección de memoria Registro intermedio de memoria. Otros PSW
Ciclo de Instrucci ón Subciclos asociados al ciclo de instrucción: Captación Ejecución Interrupción Ciclo Indirecto Flujo de Datos
Microinstrucciones Las microoperaciones son las operaciones funcionales o atómicas de la CPU y la unidad de control, controla el funcionamiento de la CPU. TIPOS Transferencia de datos entre registros Transferencia de datos de un registro a una interfaz externa Transferencia de datos de una interfaz externa a un registro Hacer operaciones aritméticas o lógicas
Flujo de datos, ciclo captaci ón
Microinstrucciones-Captaci ón tx = unidad de tiempo/ciclo de reloj) ()= denota “el contenido de” t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memoria) PC <- (PC) +1 t3: IR <- (MBR) t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memoria) t3: PC <- (PC) +1 IR <- (MBR)
Flujo de datos, ciclo indirecto
Microinstrucciones-Indirecto t1:MAR <- (IRdirección) - campo dirección de IR t2:MBR <- (memoria) t3:IR<- (MBRdirección)
Flujo de datos, ciclo interrupci ón
Microinstrucciones-instrucciones t1:MBR <-(PC) t2:MAR<-dirección de salvaguarda(regreso) PC <- dirección de la rutina t3: memoria <- (MBR)
Flujo de datos (Ejecuci ón ) Puede tomar varias formas Depende de la instrucci ón   que se est á  ejecutando Puede incluir Lectura/Escritura de la memoria Entrada/Salida Transferencias de registros Operaciones en la ALU
Microinstrucciones-ejecuci ón t1: MAR <- (IRdirección) t2: MBR <- (memoria) t3: R1 <- R1 + (MBR)
Diagrama de flujo de ciclo de instrucci ón
 

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Arquitectura de Computadores (II Bimestre)

  • 1. ESCUELA : PONENTE : BIMESTRE : ARQUITECTURA DE COMPUTADORES CICLO : CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN II BIMESTRE Ing. Marcia Contento ABRIL – AGOSTO 2007
  • 2. Contenidos: Aritm ética del Computador Repertorio de Instrucciones Unidad de Control Unidad Aritmético Lógica Bibliograf ía ・ Organizaci ón y Arquitectura de Computadores, William Stalling
  • 3. Objetivos Conocer la organizaci ón del procesador Formas de representación de datos Conocer los registros que componen la memoria interna del procesador
  • 4. Introducci ón El funcionamiento de la CPU esta determinado por las instrucciones que ejecuta(instrucciones m áquina o instrucciones de computador ). El conjunto de instrucciones se determina “ repertorio de instrucciones”
  • 5. Repertorio de Instrucciones Conjunto de instrucciones que son entendidos por CPU C ódigos máquina Binarias Generalmente representadas en c ódigo ensamblador
  • 6. Representaci ón de números Representación de Enteros (coma fija) Signo-magnitud Complemento a dos Operaciones Representación en Coma Flotante Operaciones
  • 7. Elementos de una instrucci ón Código de operación Referencia de datos fuente Referencia al operando resultado Referencia a la siguiente instrucción Resultados Memoria principal o virtual Registro de la CPU Dispositivo de E/S
  • 8. Representaci ón de Instrucciones Representaci ón simbólica ADD Sumar SUB restar MPY Multiplicar DIV Dividir LOAD Cargar datos a memoria Operaciones ADD A,B
  • 9. Tipos de instrucciones De procesamiento de datos De almacenamiento de datos De transferencia de datos De Control
  • 10. N ú mero de direcciones 3 direcciones 1er operando, 2do operando, resultado a = b + c; Siguiente instrucci ón (generalmente impl ícito ) No muy comun 2 direcciones Doble acci ón Operando y resultado a = a + b Reduce el tamaño de la instrucci ón Requiere instrucciones adicionales
  • 11. N úmero de direcciones 1 direcci ón Segunda direcci ón implicita AC Comun 0 (cero) direci ón Todas las direcciones impl ícitas Usa una pila e.g. push a push b add pop c c = a + b
  • 12. Cuantas direcciones Mas direcciones Instrucciones mas complejas Mas registros Operaciones mas r ápidas Pocas instrucciones por programa Menos direcciones Instrucciones menos complejas Mas instrucciones por programa Faster captaci ón o ejecución de instrucciones
  • 13. Diseño de Instrucciones Repertorio de operaciones Tipos de datos Formato de instrucciones Registros Direccionamiento Cuantas,que,cu án Longuitud,#dir,tamaño campos Cuantos registros de la CPU Modo o modos, para especificar la direcci ón de un operando
  • 14. Tipos de operandos Números Enteros , como flotante Caracteres ASCII… Datos Lógicos Bits, flags
  • 15. Tipos de operaciones Transferencia de datos Aritméticas Lógicas Conversión Entrada/Salida Control del sistema Control de flujo
  • 16. Transferencia de datos La instrucción de transferencia debe especificar varias cosas: Posiciones de los operandos fuente y destino Longitud de los datos a transferir Modo de direccionamiento para cada operando
  • 17. Aritméticas Las operaciones aritméticas básicas son: suma , resta, multiplicación y división; pero hay operaciones que requieren un solo operando: Absolute Negative Increment Derement
  • 18. Lógicas Se basan en operaciones boleanas. En este caso se aplican operando básicos como, AND, OR, XOR, EQUAL. Además se incluyen operaciones de desplazamiento y rotación tales como. Desplazamiento lógico a la derecha Desplazamiento lógico a la izquierda Desplazamiento aritmético a la derecha Desplazamiento aritmético a la izquierda Rotación a la derecha Rotación a la izquierda
  • 19. Conversión Instrucciones de conversión son aquellas que cambian el formato u operan sobre el formato de los datos. Un ejemplo común es el de convertir un decimal a binario. Entrada/Salida Como ya los revisamos antes teníamos varios tipos de entradas salidas: entrada/salida programada aisladas, entradas/salidas programadas asignadas en memoria, DMA y procesador de E/S. revisar capitulo de E/S
  • 20. Control del sistema Llamadas instrucciones privilegiadas, que se ejecutan solo cuando el procesador está en un estado privilegiado o está ejecutando un programa en una zona privilegiada. Por lo general las usan el sistema operativo.
  • 21. Control de flujo Algunas razones para el uso de funciones de control de flujo: Para ejecutar instrucciones mas de una vez Para la toma de decisiones Ejecución de programas largos Operaciones de control de flujo: Instrucciones de bifurcación Instrucciones de salto implícito Instrucciones de llamada a procedimiento
  • 22. CPU Los objetivos de la CPU son Captar instrucciones Interpretar instrucci ó n Captar datos Procesar datos Escribir datos
  • 23. Visi ón del procesador General Interna
  • 24. Registros Registros visibles al usuario Uso general Datos Direcciones Código de condición Registros de control y estado Contador de programa Registro de instrucción Registro de dirección de memoria Registro intermedio de memoria. Otros PSW
  • 25. Ciclo de Instrucci ón Subciclos asociados al ciclo de instrucción: Captación Ejecución Interrupción Ciclo Indirecto Flujo de Datos
  • 26. Microinstrucciones Las microoperaciones son las operaciones funcionales o atómicas de la CPU y la unidad de control, controla el funcionamiento de la CPU. TIPOS Transferencia de datos entre registros Transferencia de datos de un registro a una interfaz externa Transferencia de datos de una interfaz externa a un registro Hacer operaciones aritméticas o lógicas
  • 27. Flujo de datos, ciclo captaci ón
  • 28. Microinstrucciones-Captaci ón tx = unidad de tiempo/ciclo de reloj) ()= denota “el contenido de” t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memoria) PC <- (PC) +1 t3: IR <- (MBR) t1: MAR <- (PC) t2: MBR <- (memoria) t3: PC <- (PC) +1 IR <- (MBR)
  • 29. Flujo de datos, ciclo indirecto
  • 30. Microinstrucciones-Indirecto t1:MAR <- (IRdirección) - campo dirección de IR t2:MBR <- (memoria) t3:IR<- (MBRdirección)
  • 31. Flujo de datos, ciclo interrupci ón
  • 32. Microinstrucciones-instrucciones t1:MBR <-(PC) t2:MAR<-dirección de salvaguarda(regreso) PC <- dirección de la rutina t3: memoria <- (MBR)
  • 33. Flujo de datos (Ejecuci ón ) Puede tomar varias formas Depende de la instrucci ón que se est á ejecutando Puede incluir Lectura/Escritura de la memoria Entrada/Salida Transferencias de registros Operaciones en la ALU
  • 34. Microinstrucciones-ejecuci ón t1: MAR <- (IRdirección) t2: MBR <- (memoria) t3: R1 <- R1 + (MBR)
  • 35. Diagrama de flujo de ciclo de instrucci ón
  • 36.