Estructura del Computador

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definiciones preliminares

• Estructura: es la forma en que los componentes están interrelacionados • Función: la operación de cada componente individual como parte de la estructura. 2

funciones

• Las funciones de un computador son: – Procesamiento de datos – almacenamiento y recuperación de datos – movimientos o transferencias de datos – Control

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estructura general Memoria principal (ram) Procesador (cpu) periféricos

periféricos

Discos, monitor, teclado, escáner, etc.

NIC: Network Interface Card 4

estructura general periféricos

Sistema computador Unidad Central de Proceso

Sistema Computador

Memoria Principal

Sistema de interconexión

Entrada Salida Líneas de comunicación 5

Estructura del computador Componentes: • Sistema Computador: Realiza la ejecución de los programas. • Periféricos: Medios de almacenamiento de largo plazo y dispositivos Entrada/Salida de información (E/S). • Líneas de comunicación: medio de comunicación con equipos de baja velocidad o en red. 6

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Estructura del computador (cont.)

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Estructura del Sistema Procesador Componentes: • • • •

Memoria: para almacenar programas y datos. CPU (Unidad Central de Procesos): para realizar o ejecutar las instrucciones del programa. Controladores de E/S: para controlar a los dispositivos periféricos. Buses: para transportar datos y programas entre Memoria, CPU y Controladores 11

Estructura del Sistema Procesador (cont.) Sistema Procesador

CPU

Memoria

Contr. E/S

Periféricos

Bus Datos Bus de Direcciones Bus de Control

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Memoria (RAM), características dirección

• La memoria está dividida en celdas de igual tamaño.

0

• Cada celda de memoria tiene asociado un número o dirección que la identifica.

MEMORIA

• Las celdas de memoria RAM (Random Access Memory) (acceso directo por dirección) se pueden “leer y escribir”. • Las celdas siempre tienen valores (nunca están vacías)

n-1

Memoria (RAM) 0

Programa y datos del Sistema Operativo Programa de MEMORIA usuario Datos del programa de usuario

n-1

En lenguaje de máquina

Instrucción 1 Instrucción 2 Instrucción 3 .................... Instrucción n

Libre 14

Memoria (RAM), características • Cada celda de memoria está compuesta por subceldas biestables. Siempre tienen uno de dos estados • A los dos estados se les atribuye un valor numérico: cero o uno • Las combinaciones de ceros y unos pueden representar todo tipo de datos: numéricos, texto, sonidos, imágenes, video, instrucciones o cualquier cosa que se quiera que el computador procese • Si se apaga el computador los datos almacenados en la memoria (RAM) se pierden

Memoria (RAM), características • si se quiere almacenar (asignar) un dato en una celda de memoria, el dato almacenado es reemplazado por el nuevo dato y el viejo se pierde. Sólo almacena un dato a la vez • Si se copia un dato desde una celda a otra, el dato original es clonado (permanece) • Cuando se escriben programas, las direcciones de las celdas son representadas por palabras que resultan más naturales a los humanos. Por ejemplo se puede tratar una celda de memoria como si fuese una variable.

Memoria (RAM), características • Los lenguajes tiene diferentes formas de representar una asignación de un dato a una celda de memoria. Algunos ejemplos: A B ‘seudo lenguaje’ significa que lo que estaba almacenado en la celda con dirección B se copia en la celda A, y lo que había en A se pierde y lo que había en B perrmanece A := B lenguaje Pascal A=B

lenguaje C, MatLab

MOV (AX), (B) MOV (A), (AX)

lenguaje assembler (se requiere dos pasos)

Esquema de interconexión de los buses

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Brookshear: figure 2.13: Controllers attached to a machine’s bus

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estructura general periféricos

Sistema computador Unidad Central de Proceso

Sistema Computador

Memoria Principal

Sistema de interconexión

Entrada Salida Líneas de comunicación 20

estructura de la CPU

CPU Unidad Aritmética y Lógica

Sistema procesador

Registros

I/O System Bus Memory

CPU

Interconexión Interna de la CPU

Unidad de Control

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Unidad Central de Procesos CPU Unidad de control

• Las Instrucciones del programa “viajan” por el bus de datos y llegan al “Registro de Instrucción” de la CPU

Registro de datos 0

Registro de datos n-1

• La CPU decodifica y ejecuta cada instrucción, escritas en “Lenguaje de Máquina”, en la Unidad Arimética Lógica.

CPU

Registro de Instrucción Contador de programa

UAL

• Las instrucciones son llevadas una a una a la CPU. El registro “Contador de programa” tiene la dirección de la siguiente instrucción que se debe llevar. • El procesador está diseñado de forma tal que realiza un “Ciclo de Ejecución de instrucciones” 1 22

registros de la CPU • • • •

Celdas de memoria de uso exclusivo de la CPU. Almacen temporal de los datos que se manipulan Entradas para la UAL: Unidad Aritmético Lógica Otros registros de uso especial: • registro de instrucción • contador de programa

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A+B

A

Registradores B

A

B

Registradores de entrada a la ALU Bus de entrada a la ALU

ALU

A+B

Registrador de salida de la ALU

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interfaz CPU-memoria • Para trasladar los datos entre las celdas de memoria y los registradores de la cpu • Operaciones: – Cargar: memoria registrador – Almacenar: registrador memoria

• Medio: bus de datos 26

Unidad de control • Circuitos que coordinan las actividades de la máquina CPU

Lógica Secuencial

ALU Internal Bus Registers

Unidad de Control

Control Unit

Unidad de control registradores y decodificadores

Memoria de control 27

Ciclo de instrucción • Dos pasos: – Fetch – busqueda y recuperación de la instrucción – Execute – ejecución de la instrucción

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El ciclo de máquina

2. Decodificar el patrón de bits en el registrador de instrucción

1. Recuperar la siguiente instrucción desde memoria (apuntada por el program counter) y luego incrementar el program counter.

3. Ejecutar la instrucción indicada en el registrador de instrucción 29

Ciclo de ejecución de instrucciones Dirección instrucción= 0

traer instrucción dirección = dirección + 1 Decodificar instrucción Busqueda de operandos Ejecución de la operación Almacenamiento de resultados 30