TEMA 1: Conceptos generales. 1.- Representa los primeros 16 números decimales (del 0 al 15) usando codificación binaria y hexadecimal.

Transcripción

1 TEMA : Conceptos generales.- Representa los primeros 6 números decimales (del al 5) usando codificación binaria y hexadecimal. = 2 = $ 4 = 2 = $4 8 = 2 = $6 2 = 2 = $C = 2 = $ 5 = 2 = $5 9 = 2 = $9 3 = 2 = $D 2 = 2 = $2 6 = 2 = $6 = 2 = $A 4 = 2 = $E 3 = 2 = $3 7 = 2 = $7 = 2 = $B 5 = 2 = $F 2.- Representa en hexadecimal los siguientes números binarios: a) = $ECA3 b) = $3FC8 3.- Representa en binario los siguientes números hexadeciamales a) $22F4 = b) $CAFE = 4.- Calcula el Ca (Complemento a ) y el Ca2 (complemento a 2) de los siguientes números: a) $3FA b) 2 El Ca de un número binario se obtiene fácilmente invirtiendo cada uno de los bits en los que consta dicho número. Por tanto Ca($3FA) = Ca( ) =. El Ca () = Para calcular el Ca2 se aplica la siguiente regla: comenzando por el bit menos significativo, todos los bits se dejan tal cual hasta el primer inclusive, a partir de este, los bits se invierten. El Ca2($3FA) = Ca( ) =. El Ca2() =. Para números enteros, el Ca2 de un número es igual a Ca del mismo número más. 5.- La notación más utilizada por los computadores modernos para la representación de números enteros con signo es la notación Ca2. Represente las siguientes cantidades usando dicha notación y asumiendo que los números tienen 8 bits. a) +5 b)-48 c)-28 d) La notación en Ca2 exige que, para cantidades positivas, se añada un (bit de signo) en la posición más significativa que continua a los bits de magnitud. Para cantidades negativas, primero, se obtiene el número positivo correspondiente y, después, se le aplica el operador Ca2, el resultado obtenido es el número negativo. Obsérvese que los números negativos tendrán un en la posición más significativa. El enunciado exige que los números deben tener 8 bits, de los cuales, 7, representan la magnitud y el que falta, el signo. a) La magnitud 5 expresada con 7 bits es igual a, si a esto se le añade el bit de signo, 3//5

2 el número +5 quedaría como b) La magnitud 48 es igual a, si se le añade el bit de signo, y se le aplica el operador Ca2, se obtiene Ca2( )=, que representa el -48. c) Si disponemos de n bits para representación en Ca2, el rango de números positivos y negativos permitidos van desde 2^(n-)- hasta -2^(n-). En 8 bits dicho rango sería desde +27 hasta -28. El número -2^(n-) siempre se representa como un en la posición del bit de signo, y el resto de los bits a cero. Por tanto, -28 es igual a. d) 6.- Complete cada una de las tablas siguientes X Y AND X Y OR X Y EXOR X NOT 7.- Si X= e Y=, obtenga la operación OR,AND, EXOR de ambas palabras y la NOT de X. Las operaciones lógicas con palabras se llevan a cabo operando bit a bit con ambos números. OR AND EXOR NOT 8.- Obtenga la suma aritmética de X e Y del apartado anterior e interprete el resultado suponiendo: a) X e Y son números con signo en Ca2. b) X e Y son números sin signo. La suma aritmética binaria se lleva a cabo de forma similar a la suma decimal. Tan sólo ha que tener en cuenta que se llevan acarreos cuando el resultado parcial supera la unidad (en binario sólo se representa el y el ). Por consiguiente X + Y =. En un microprocesador las operaciones aritméticas y lógicas se realizan en una ALU, y el tamaño de la misma limita el número de bits del resultado. Por ejemplo, una ALU de 8 bits, admite operandos de 8 bits y genera un resultado de 8 bits. En el caso que nos ocupa, la ALU generaría como resultado, sólo la cantidad, el bit más significativo aparecería como un acarreo, C=. a) Si X e Y representan números con signo en Ca2, las cantidades simbolizadas serían -97 y -93 respectivamente. El resultado obtenido por la ALU, interpretado igualmente en Ca2, sería de +66, en lugar del esperado -9, que sería el correcto. Téngase en cuenta que la cantidad correcta no se puede expresar en 8 bits. b)si X e Y representan números sin signo, entonces las cantidades asociadas serían 59 y 63. El resultado correcto de la suma sería 322, en cambio la ALU genera 66 y un acarreo. Téngase en cuenta nuevamente que el mayor valor sin signo que puede dar la ALU es 255. En cualquiera de los dos casos anteriores, si se considerase el bit de acarreo como parte del resultado de 9 bits, se obtendría la representación correcta. 2 3//5

3 9.- Cómo se detecta el overflow? El overflow se produce siempre que el resultado que genere la unidad aritmética no pueda almacenarse con el número de bits de salida de la unidad o del registro destino. Si se están operando con números sin signo, el overflow se detecta si el acarreo, C, toma el valor. Si se están operando con números con signo, un overflow se detecta cuando al sumar dos números del mismo signo, se obtiene un resultado de distinto signo o cuando al restas dos números A y B se signo opuesto (A-B), el signo del resultado es diferente al del operando A. Las ALUs integradas en los microprocesadores disponen de una salida V que se activa cuando inciden estas condiciones..- Los microprocesadores disponen de un registro de estado que contiene flags o banderines que informan del resultado de ciertas operaciones lógicas y aritméticas. Determine el significado de los siguientes bits: a) C: Bit de salida de acarreo. b) N: Bit de signo. Es igual al bit más significativo del resultado c) Z: Bit de cero. Se activa, cuando el resultado es cero, se pone a para cualquier otro resultado. d) V: Bit de overflow. Cuando se activa informa de posibles desbordamientos en operaciones en Ca2..- Sea X= un número binario de 8 bits. Especifique en qué consiste el desplazamiento lógico (derecha o izquierda), el desplazamiento aritmético (derecha/izquierda) y la rotación (derecha/izquierda). Obtenga el resultado de realizar dichas operaciones con el número X e interprete el resultado, cuando sea posible, según X se considere como un número con signo o como un número sin signo. Asumimos que X tiene N bits (el más significativo es el de la izquierda o bit N-). Si X es un número sin signo, X=93, si X es un número con signo, entonces, X=-63. Desplazamiento lógico a la derecha. X[n]=X[n+], y X[N-]=. Para el ejemplo concreto de X quedaría como. X= 96 sin signo y X= +96 con signo. Desplazamiento lógico a la izquierda. X[n]=X[n-], y X[]=. Para el ejemplo concreto de X quedaría como. X= 3 sin signo y X=-26. Rotación a la derecha. X[n]=X[n+], y X[N-]=X[]. Para el ejemplo concreto de X quedaría como Rotación a la izquierda. X[n]=X[n-], y X[]=X[N-]. Para el ejemplo concreto de X quedaría como. 2.- En qué consiste un ciclo de Fetch y un ciclo de Execute. Todo microprocesador genera una secuencia cíclica en la que se alternan los ciclos de Fetch y de Execute. Un ciclo de Fetch representa la fase de búsqueda de la instrucción (ciclo de lectura en memoria), mientras que un ciclo de execute representa la fase de ejecución de la instrucción que previamente ha sido traída desde la memoria. 3.- Qué son los modos de direccionamiento?. Describa algunos de ellos. La forma con la que un microprocesador obtiene el lugar donde se encuentra operandos con los que tiene que trabajar la instrucción. los Los tipos más importantes son los que se listan a continuación: Modo inmediato: El dato se encuentra incorporado en la propia instrucción. Se 3 3//5

4 utiliza este modo cuando se inicializan o cargan valores constantes en registros de datos o memoria. El programador incluye estas constantes junto con la instrucción que la utiliza y, el compilador, las almacena conjuntamente con el código de operación de la instrucción. Modo directo (o absoluto para otros fabricantes): Junto al código de operación de la instrucción se incluye la dirección de la posición de memoria donde se encuentra el dato. Suele ser uno de los más usados. Las variables locales y globales suelen ser ejemplos de usos de modo directo cuando son usadas en diferentes puntos del programa. Modo registro directo. El dato se encuentra en un registro de datos. El código de operación de la instrucción contiene la referencia al registro de datos. Modo indirecto: El código de operación de la instrucción especifica un registro de dirección que contiene la dirección de memoria donde se encuentra el dato. (Variables puntero) Modo indirecto con postincremento: igual que el indirecto, pero incluye el incremento del contenido del registro de dirección. Este modo es muy útil para recorrer el contenido de un vector o matriz. Modo indirecto con predecremento: igual que el indirecto, pero que, antes de acceder al dato, el registro de dirección se decrementa en una unidad. Modo indirecto con desplazamiento (o relativo). El dato se encuentra en la posición de memoria que se obtiene del resultado de sumar el contenido de un registro de direcciones con un desplazamiento. Por tanto, la instrucción, contiene el desplazamiento y la referencia del registro de dirección. Este modo de direccionamiento suele emplearse para acceder a un elemento de una vector o matriz, en el que la dirección del primer elemento de la matriz se encuentra en el registro de dirección y el desplazamiento sumado a la dirección base seleccionan el elemento deseado. Modo indirecto indexado (o simplemente indexado): El dato se encuentra en la posición de memoria que se obtiene del resultado de sumar el contenido de un registro de direcciones con el contenido de otro registro (normalmente de datos ), denominado índice. Este modo es una generalización del anterior y su uso es el mismo, aunque mejorado. Si el registro de dirección contiene la dirección base de la matriz de datos, con el registro índice y con este modo de direccionamiento, se podrá acceder a cualquier elemento i de la matriz siempre que, i, sea el contenido del registro índice. Modo indirecto indexado con desplazamiento ( indexado relativo). El dato se encuentra en una posición de memoria resultado de la suma del contenido de un registro de dirección, el registro índice y un desplazamiento. 4.- Qué funciones tiene el contador de programa, PC, de un microprocesador? El contador de programa es un registro que contiene la dirección de memoria donde se encuentra la siguiente instrucción que el microprocesador debe ejecutar. Automáticamente se incrementa a medida que las instrucciones van siendo ejecutadas. 4 3//5

5 5.- Qué funciones tiene un registro de datos? Fundamentalmente contener datos que vayan a ser procesados o hayan sido procesados. 6.- Qué funciones tiene un registro de direcciones? Contener direcciones de memoria. Se utilizan en apoyo a los diferentes modos de direccionamiento. 7.- Existe un registro de direcciones especial denominado Stack Pointer (puntero de pila- SP-) que se inicializa con el valor de la dirección de memoria dónde se almacena la PILA. Indique alguna de las funciones principales de la PILA y especifique cuál es el procedimiento seguido para introducir datos en PILA y para extraerlos. Indique también algunas de las instrucciones más destacadas de un microprocesador que permiten el acceso a la PILA. La PILA es una porción de la memoria RAM donde se almacenan datos (argumentos usados por las subrutinas, estado del microprocesador, etc.) y direcciones de retorno de las subrutinas. Las operaciones de lectura y escritura en PILA se realizan mediante el registro SP o Stack Pointer, que se encuentra en el propio microprocesador. El contenido de dicho registro se inicializa con la dirección de la CIMA de la PILA. Una operación de ESCRITURA (PUSH) provoca: a) el decremento del SP y b) escritura en RAM en la dirección indicada por SP. Una operación de LECTURA(POP) provoca: a) la lectura en RAM en la dirección indicada por SP y b) el incremento del SP. Los microprocesadores disponen de instrucciones especiales que permiten la escritura o lectura de datos en la pila (instrucciones PUSH y POP) y de instrucciones de llamada y regreso de subrutina (JSR y RTS) que, automáticamente, provocan el almacenamiento del contenido del registro PC (dirección de la siguiente instrucción a ejecutar) en PILA y la lectura de la PILA para restaurar el registro PC, respectivamente. Las interrupciones (excepciones) también utilizan la PILA (recuérdese que una subrutina de interrupción es un caso particular de subrutina que se invoca mediante algún evento). 8.- Qué funciones tiene el bus de direcciones y datos de un microprocesador? Por el bus de direcciones (AB) el microprocesador muestra la dirección de memoria a la que quiera acceder, bien para realizar un ciclo de Fetch, bien para leer o escribir algún operando como consecuencia de la ejecución de una instrucción. El bus de datos (DB) porta los datos que se transfiere entre la memoria(o periféricos) y el microprocesador. 9.- Si un microprocesador dispone de: a) 6 b) 2 c) 24 d) 32 líneas en su bus de direcciones, cuántas direcciones físicas distintas puede generar? El número de direcciones físicas está relacionado con el tamaño (nº bits) del AB. Si AB tiene n líneas o n bits, el número, N, de direcciones es N=2^n. Por tanto: a) N = 2^6 = = 64K b) N= 2^2 = = M 5 3//5

6 c) N= 2^24 = 2^2 x 2^4 = M x 6 = 6 M ci)d) N = 2^32 = 2^3 x 2^2 = G x 4 = 4G 2.- Representa el esquema de una RAM de 32Kx8 y una ROM de 6Kx8. Tanto la RAM como la ROM, disponen de un bus de direcciones, bus de datos y terminales de control. La RAM es una memoria de lectura y escritura, por consiguiente, dispone de un terminal R/W que identifica el sentido de la transferencia; a su vez, su capacidad es de 32Kx8, esto implica que el bus de datos es bidireccional y de 8 bits mientras que su bus de direcciones tiene 5 líneas (2 5 = 32K). La ROM es una memoria de sólo lectura, por lo que su bus de datos es unidireccional en funcionamiento normal; su bus de direcciones dispone de 4 líneas (2 4 = 6K). Ambos chips disponen de terminales de control de acceso (CS: Chip Select). 2.- Utilizando los dispositivos de memoria del apartado anterior, diseña el sistema de decodificación necesario para ubicar la RAM en las primeras posiciones y la ROM en las últimas posiciones del espacio de direccionamiento de un microprocesador con 6 líneas en el bus de direcciones y 8 en el bus de datos. Repita el ejemplo si el microprocesador tiene 2 líneas en el bus de direcciones y usando decodificación parcial. a) Microprocesador con 6 líneas en el bus de direcciones CS RAM = A 5 ' CS ROM = A 5 A 4 6 3//5

7 7 3//5

8 $ A5= RAM 32Kx8 A4= A4= A3 = A3 = A3 = A3 = A4= A3 = A5= A3 = A4= ROM 6Kx8 A3 = $FFFF A3 = 8 3//5

9 b) Microprocesador con 2 líneas en el bus de direcciones y usando decodificación parcial. En este caso se podrían utilizar las mismas expresiones que para el apartado anterior. Los bits A9:6 del bus de direcciones no se utilizan. En la decodificación total, todos los bits MSB del bus de direcciones, en alguna medida, entran a formar parte de la decodificación de los chips de memoria. En la decodificación parcial esto no ocurre. Desde el punto de vista del mapa de memoria, un dispositivo de cierta capacidad ocupa, en decodificación total, exclusivamente el rango de direcciones de memoria que cubren dicha capacidad, en cambio, en la decodificación parcial, el rango de direcciones de memoria es mucho mayor, por lo que dicho dispositivo va a ser visto como si tuviese una capacidad mayor a la real, aunque en realidad, lo que ocurre, es que varias direcciones del bus accederán a la misma posición interna del dispositivo. A continuación del esquemático, se muestra el mapa de memoria que se extrae de él. CS RAM = A 5 ' CS ROM = A 5 A 4 9 3//5