Fundamentos de Computadores y Redes

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1 Fundamentos de Computadores y Redes Jose María López López Rubén Usamentiaga Fernández Julio Molleda Meré Joaquín Entrialgo Castaño Manuel García Vázquez José Ramón Arias García Juan Carlos Granda Candás José Luis Díaz de Arriba

2 Resumen de contenidos 1 La información digital 5 2 Sistemas digitales 43 3 Arquitectura del computador 71 4 El lenguaje de la máquina 79 5 El procesador El sistema de memoria Entrada/Salida Redes 215 A El lenguaje ensamblador del Computador Teórico 281 B Formato de codificación de instrucciones del Computador Teórico 289 C Pasos de ejecución de instrucciones del Computador Teórico 293 D El lenguaje ensamblador de la arquitectura x III

3 Índice general 1 La información digital Concepto de computador e información digital Códigos binarios Datos lógicos El sistema posicional Números naturales Rango de representación Operaciones aritméticas Desbordamiento Números enteros Signo-magnitud Exceso a Z Complemento a Números reales Formato IEEE Caracteres ASCII ISO Latin (norma ISO-8859) Unicode Sistemas digitales Concepto de sistema digital Sistemas digitales combinacionales Descripción de los sistemas digitales combinacionales Puertas lógicas Multiplexor Decodificador Sumador Detector de desbordamiento V

4 VI Índice general Unidad aritmético-lógica Sistemas digitales secuenciales Descripción de los sistemas digitales secuenciales Biestables Registros Memorias Arquitectura del computador Máquina específica y máquina genérica Computador de programa almacenado Arquitectura von Neumann Arquitectura Harvard Bus del sistema Diseño del computador El Computador Teórico El lenguaje de la máquina Instrucciones Operandos Operandos en registros Operandos en memoria Operandos inmediatos Modos de direccionamiento Sentencias de asignación Asignación de variables almacenadas en registros Asignación de valores inmediatos a variables Asignación de variables almacenadas en memoria Sentencias aritméticas y lógicas Sentencias condicionales Bucles Bucle for Bucle while Bucle do-while Ejemplo de bucle para iterar sobre los elementos de un vector Procedimientos La pila Paso de parámetros a través de registros Paso de parámetros a través de la pila Variables locales Ejemplo completo El lenguaje de la arquitectura x

5 Índice general VII Operandos Sentencias de asignación Sentencias aritméticas y lógicas Sentencias condicionales Bucles Procedimientos El procesador Procesador y programa Estudio a nivel de máquina convencional Parámetros básicos del procesador Arquitectura del Computador Teórico Juego de instrucciones Ejecución de instrucciones Estudio a nivel de micromáquina Pasos de ejecución Ejemplos de ejecución de instrucciones La unidad de control Unidad de control cableada Unidad de control microprogramada Comparativa entre unidades de control El sistema de memoria Espacio de direcciones Dispositivos de memoria Parámetros de un elemento de memoria Construcción de un módulo de memoria Construcción de un módulo de memoria complejo Mapa de memoria Construcción del mapa de memoria Caso simple Caso complejo Jerarquía de memoria Requisitos del sistema de memoria Jerarquía de dos niveles Jerarquía de tres niveles Entrada/Salida Conexión de periféricos al computador Interfaces de dispositivos periféricos Direccionamiento de las interfaces

6 VIII Índice general Interfaz de pantalla en el Computador Teórico Interfaz de teclado en el Computador Teórico Sincronización mediante muestreo periódico Sincronización mediante interrupciones Identificación y prioridades Procesamiento de una interrupción Interrupciones en el Computador Teórico Rutinas de interrupción en el Computador Teórico Redes Concepto de red de computadores Elementos y funciones básicas de una red de computadores Tipos de redes de computadores Arquitecturas de protocolos Modelo de referencia OSI Arquitectura de protocolos TCP/IP Capa física Señales electromagnéticas Codificación de datos para la transmisión Dificultades en la transmisión Medios de transmisión Interfaces Capa de enlace Formato de la trama Tipo de servicio Detección y corrección de errores Control de flujo Gestión del enlace: subcapa de control de acceso al medio Elementos intermedios Protocolos de la capa de enlace en redes de área amplia Capa de red Servicios de la capa de red La capa de red en internet Las direcciones IP Subredes Configuración de enrutamiento La resolución de direcciones IP: el protocolo ARP Capa de transporte La capa de transporte en internet Puertos de protocolo

7 Índice general IX El protocolo UDP El protocolo TCP Capa de aplicación El protocolo DNS El protocolo HTTP El protocolo POP El protocolo SMTP A El lenguaje ensamblador del Computador Teórico 281 A.1 Introducción A.2 Elementos del lenguaje A.2.1 Comentarios A.2.2 Palabras reservadas A.2.3 Identificadores A.2.4 Constantes A.2.5 Operadores A.2.6 Instrucciones A.2.7 Directivas A.3 Estructura de un fichero en lenguaje ensamblador A.4 Estructura de un programa en memoria A.5 Estructura de un fichero ejecutable B Formato de codificación de instrucciones del Computador Teórico 289 C Pasos de ejecución de instrucciones del Computador Teórico 293 D El lenguaje ensamblador de la arquitectura x D.1 Introducción D.2 Elementos del lenguaje D.2.1 Comentarios D.2.2 Palabras reservadas D.2.3 Identificadores D.2.4 Constantes D.2.5 Operadores D.2.6 Instrucciones D.2.7 Directivas D.3 Estructura de un fichero en lenguaje ensamblador

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