B) Arquitectura generalizada de una computadora

Transcripción

1 Microprocesadores B) Arquitectura generalizada de una computadora LAS COMPONENTES PRINCIPALES UNA MICROCOMPUTADORA SON: La Unidad Central de Procesamiento,CPU constituido por el Microprocesador Microprocesadores CPU C. Canto /99

2 Microprocesadores LA UNIDAD CONFORMADA POR : SOLO LECTURA O ROM (READ ONLY MEMORY) LECTO-ESCRITURA O RAM (RANDOM ACCESS MEMORY) CPU ROM RAM C. Canto /99 Microprocesadores LA UNIDAD ENTRADAS Y SALIDAS LOS MEDIOS PARA INTRODUCIR Y OBTENER DATOS LA COMPUTADORA CPU ROM RAM PUERTOS E/S C. Canto /99

3 Microprocesadores El medio físico de transporte de los datos entre el microprocesador y las otras componentes del sistema Es el que determina el número de bits del microprocesador La transferencia de datos es en ambas direcciones BUS DATOS CPU ROM RAM PUERTOS E/S C. Canto /99 Microprocesadores ES UNIDIRECCIONAL Y TRANSPORTA DIRECCIONES PARA LA Y LOS PUERTOS ENTRADA Y SALIDA LAS DIRECCIONES LAS EMITE EL MICROPROCESADOR BUS DATOS CPU ROM RAM PUERTOS E/S BUS DIRECCIONES C. Canto /99

4 Microprocesadores SIRVE PARA QUE EL MICROPROCESADOR ENVIE O RECIBA SEÑALES CONTROL PARA SINCRONIZARSE CON LAS MÁS COMPONENTES L SISTEMA BUS DATOS CPU ROM RAM PUERTOS E/S BUS DIRECCIONES BUS CONTROL C. Canto /99 PERIFÉRICOS ENTRADA Y SALIDA Periféricos de entrada: equipos que nos permitirán introducir datos a la computadora, como por ejemplo, el teclado. Periféricos de salida :Nos permiten obtener datos de la computadora, como ejemplo, una impresora BUS DATOS Microprocesadores CPU ROM RAM PUERTOS E/S Periférico de Salida Periférico de entrada BUS DIRECCIONES BUS CONTROL C. Canto /99

5 Microprocesadores PRINCIPALES COMPONENTES UNA COMPUTADORA BUS DATOS CPU ROM RAM PUERTOS E/S Periférico de Salida Periférico de entrada BUS DIRECCIONES BUS CONTROL C. Canto /99 LA UNIDAD CENTRAL PROCESAMIENTO

6 La Unidad Central de Procesamiento CPU La Unidad Central de Procesamiento o CPU (Central Processing Unit) también se le conoce como: Procesador Central Microprocesador Las funciones más importantes de la CPU son: Controlar el procesamiento de las instrucciones. Realizar las instrucciones lógicas y aritméticas. Proporcionar las señales internas y externas de sincronización. y otras operaciones de control

7 La CPU está conformada por: La Unidad de control La Unidad Lógica y Aritmética o ALU Los registros Internos ARQUITECTURA ESTÁNDARD UN MICROPROCESADOR REGISTROS REGISTROS NTERNOS NTERNOS BITS BITS REGISTROS REGISTROS NTERNOS NTERNOS 8 8 BITS BITS Acumulador Acumulador FLAGS FLAGS ALU ALU CONTROL CONTROL

8 APUNTADOR STACK ARQUITECTURA ESTÁNDARD UN MICROPROCESADOR BUS EXTERNO DATOS ACUMULADOR BUS INTERNO DATOS ( 8 BITS) CONTADOR PROGRAMA REGISTRO 0 REGISTRO N REGISTROS DATOS 8 BITS C BANRAS Z ALU SPLAZADOR UNIDAD CONTROL BUS DIRECCIONES ( 16 BITS) Tareas de la Unidad de Control : BUS EXTERNO DATOS GENERADOR RELOJ REGISTRO INSTRUCCIÓN CODIFICADOR INSTRUCCIÓN CIRCUITO CONTROL GENERADOR SECUENCIAS SEÑALES INTERNAS CONTROL Trae y retiene la instrucción en el registro de instrucción Decodifica o interpreta la instrucción Genera la secuencia correcta de señales internas y externas para la ejecución de la instrucción SEÑALES EXTERNAS CONTROL ( BUS CONTROL)

9 La Unidad Lógica Aritmética ALU Es la parte de la CPU que realiza las operaciones lógicas y aritméticas. Estas operaciones son: suma y resta aritméticas funciones lógicas And, Or, Xor, Complemento Desplazamientos y rotaciones En estas operaciones un operando y el resultado serán contenidos en el Acumulador. DIAGRAMA BLOQUES LA ALU BUS DATOS ACUMULADOR Registro de datos BANRAS ALU Desplazador

10 Los Registros Internos de la CPU Los Registros Internos de la CPU Los Registros De Propósito General Se llaman así porque su rol no está especificado.

11 Los Registros Internos de la CPU Los Registros De Propósito General Son proporcionados para que la ALU pueda manipular datos a alta veloocidad. La implementación con flip-flops MOS permite el más rápido nivel de memoria disponible, y sus contenidos pueden ser accesados dentro de décimas de nanosegundos. Cada uno de estos registros es un grupo de 8 flip-flops, conectados al bus de datos interno bidereccional. Estos 8 bits pueden ser transferidos simultáneamente hacia y del bus de datos. Pueden contener cualquier dato manejado por el programa Estos registros En algunos microprocesadores (como el Z80), tienen la facilidad de manipular dos de estos registros al mismo tiempo. Agrupados así se les llama PAR REGISTROS. Este arreglo facilita el almacenamiento de cantidades de 16 bits, inclusive direcciones. Los Registros Internos de la CPU Registros de Propósito Específico (registros de direcciones) Los dos registros de propósito específico que todo microprocesador debe contener son : El Contador de Programa PC (ProgramCounter) Apuntador de Stack SP (Stack Pointer).

12 Los Registros Internos de la CPU Ya que estos dos registros manejan direcciones de memoria definamos primero, lo que es una dirección Dirección: Es un grupo de bits, codificados en binario, que sirven para diferenciar una ubicación de memoria con respecto a otra (dirección de memoria) o para especificar algún puerto de entrada o salida ( dirección de puertos de E/S). Los Registros Internos de la CPU Las direcciones las envía el µprocesador, por el bus de direcciones. Bus de direcciones CPU Memoria Puertos de E/S

13 El contador de programa (PC) Es un registro que existe en todos los microprocesadores Registro de 16 bits y su contenido siempre es una dirección de memoria Contiene la dirección del inicio de la siguiente instrucción que será ejecutada. El programador solo puede salvarlo o cargarlo, no le podrá realizar ninguna operación ni lógica ni aritmética. Dirección de memoria El contador de programa (PC) Contenido del PC al final de cada instrucción 100H 101H 102H 103H 104H 105H 106H 107H 108H 109H 10AH 10BH 10CH Instrucción 1 Instrucción 1 Instrucción 2 Instrucción 3 Instrucción 4 Instrucción 4 Instrucción 5 Instrucción 5 Instrucción 6 Instrucción 6 Instrucción 7 Instrucción 8 101H 103H 106H 107H 108H 109H 10BH 10DH El PC siempre contiene la dirección de memoria donde se encuentra la siguiente instrucción a ejecutar. La CPU incrementa automáticamente el contenido del PC en 1,2,3 ó 4 dependiendo de la longitud de la instrucción que se ejecuta

14 El contador de programa (PC) El contenido del PC se deposita al bus de direcciones y se pasa a la memoria en la primera acción de la fase de FETCH ( búsqueda de una instrucción). El contador de programa (PC) Función del PC al capturar una instrucción de la memoria

15 PUSH Último Dato en entrar El último dato que entra al Stack se encuentra en la parte superior del Stack 1er. Dato en entrar POP 1er. Dato en salir Último Dato en salir

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24 POP El último dato que sale del Stack es el primero que se introdujo El Stack pointer contiene la dirección de la parte superior del Stack, apuntando al último elemento introducido al Stack SP

25 Técnicas de implementación del Stack Stack por software Stack por hardware El Apuntador de Stack o Stack Pointer (SP)

26 Ejemplo de ejecución de una instrucción Ejemplo de ejecución de una instrucción Se requiere ejecutar la instrucción siguiente: R0 A+R1

27 Ejemplo de ejecución de una instrucción Un Microprocesador generalizado POWER GND CLOCK BUS BUS DIRECCIONES RECONOCIMIENTO PETICIONES UNIDAD UNIDAD CENTRAL CENTRAL PROCESAMIENTO PROCESAMIENTO BUS BUS DATOS SOLICITUS EXTERNAS SEÑALES STATUS Y CONTROL EXTERNAS MMEMORY READ MEMORY WRITE IO READ IO WRITE STATUS