Unidad de Entrada-Salida Software de sistemas Parámetros característicos Ejemplo

Transcripción

1 Estructura de Computadores INTRODUCCIÓN

2 Índice Objetivos Bibliografía recomendada Introducción Esquema básico del computador Von Neumann. Componentes La Memoria Principal La Unidad Central de Proceso (CPU) Unidad Aritmético-Lógica (ALU) Registros Unidad de Control Fases de ejecución de una instrucción Unidad de Entrada-Salida Software de sistemas Parámetros característicos Ejemplo 2

3 Objetivos Visión general de la estructura del computador digital: Arquitectura t Von Neumann Componentes Ejecución de instrucciones Software de sistemas 3

4 Bibliografía de Miguel, P. "Fundamentos de los computadores", Paraninfo, ª edición. Stallings, W. "Organización ación y arquitectura ra de computadores", Prentice Hall, 2006, 7ª Edición. 4

5 Función básica Introducción Ejecución de instrucciones elementales, en las que están especificados: Operación a realizar Datos o su localización Instrucciones máquina Localización del resultado Arquitectura Von Neumann Datos e instrucciones almacenados en memoria única de lectura/escritura Contenido de la memoria accesible por direcciones Ejecución implícitamente secuencial 5

6 Esquema básico del computador Von Neumann. Componentes CPU Regi stros Direcciones ALU Datos Memoria U. Control Control Principal Unidad de E/S 6

7 La Memoria Principal CPU Dirección (n bits) Datos (m bits) RD WR Dirección MEMRQ. n 2-1. Contenido r1+r2 -> r1 r1 -> mem(100) -2 "A" Datos Instrucciones Control m bits (tamaño de palabra) 7

8 Organización del espacio de memoria Código Datos estáticos Datos dinámicos Pila 8

9 Unidad Central de Proceso (CPU) Unidad de Control Extrae de Mp la instrucción a ejecutar La analiza (decodifica) Da las órdenes al resto de componentes Unidad Aritmético-Lógica (ALU) Realiza la operación indicada por la UC sobre los datos de entrada Registros Memoria a corto plazo 9

10 CPU Unidad Aritmético-Lógica (ALU) Modelos de ejecución: Registro-Registro Registro-Memoria Memoria-Memoria Registro de estado (RE) Opalu ESCre 10

11 CPU Unidad Aritmético-Lógica (ALU) Modelo Registro-Registro Opalu Registro de estado (RE) ESCre 11

12 CPU Registros De propósito general De propósito específico Transparentes 12

13 CPU Registros de propósito general (BR) de la ALU de Mp p( (ld) SELmux_regs SELA SELB ESCbr A R0 R1 R B a Mp (st) a la ALU 13

14 CPU Registros de propósito específico de lamp Contador de programa SELmux_pc ESCpc PC +n n dirección de Mp de la ALU Registro de estado ESCre RE M a la ALU y U. Control 14

15 CPU. Registros transparentes de la Mp Registro de instrucción ESCri m RI a la U. control C.O. operandos Registro de direcciones de la Mp (ld o st) del PC A R ESCar BUS de direcciones SELar Registro de datos BR, PC, RI, AR BR ESCdr2 D R ESCdr1(ld) BUS de datos 15

16 CPU Unidad de Control RI RS RE Unidad de control C F Reloj RD WR MEMRQ OPalu SELregs ESCar ESCdr1 Señales de control 16

17 CPU Unidad de Control RI RE RS Unidad de control C F Reloj RD WR MEMRQ OPalu SELregs ESCar ESCdr1 Señales de control Juego de instrucciones: Transferencia (ld, st, mov, in, out) Procesamiento (add, and, shift) ) Salto (jump, jumpz, call, ret) 17

18 Fases de ejecución de una instrucción Comienzo Búsqueda de instrucción (Fetch) Decodificación Ejecución Preparación siguiente instrucción Finalización 18

19 Fases de ejecución de una instrucción Comienzo Búsqueda de instrucción (Fetch) Decodificación Buscar operandos Ejecución Operación Preparación siguiente instrucción Almacenar resultados Finalización 19

20 Diagrama simplificado BR A B D R Bus datos ALU RE ESC RE SEL A RI Unidad de control Op ALU... PC MEMRQ, RD, WR +n M e A Bus m R direcciones o r i a Bus control Señales de control: Internas/Externas t 20

21 Ejemplo de instrucciones a ejecutar 21

22 Unidad de Entrada/Salida Direcciones CPU Datos Control Módulo de E/S 22

23 Unidad de Entrada/Salida Direccionamiento i i de los dispositivos iti Modos de realizar la operación de E/S Programada Mediante interrupciones Por acceso directo a memoria (DMA) 23

24 Entrada/Salida mediante interrupciones CPU Periférico Inicio operación E/S Ejecución programa P: i1 i2 i3 i Rutina tratam transferencia dato a Mp... RTI INT dato listo 24

25 Entrada/Salida por DMA CPU Periférico Inicio i operación E/S Ejecución programa P: i1 i2 i3 i Rutina de tratam.... comprobación de transferencia correcta RTI INT transferencia bloque de datos a Mp fin de la transferencia del bloque 25

26 Software de sistemas Compiladores y Ensambladores Montadores (linker) Cargadores (bootstrap) Depuradores Editores de texto Sistema operativo Gestión de recursos (CPU, Mp, E/S) Ocultar la complejidad de los periféricos Protección de recursos 26

27 Parámetros característicos Ancho de palabra 8, 16, 32, 64 bits Tamaño de la memoria K, Mega, Giga, Tera, Peta bytes Frecuencia de reloj Mega hercios (MHz), Giga hercios (GHz) Duración de las operaciones mili (m), micro (u, ), nano (n), pico (p), fento (f) segundos Capacidad de cómputo (velocidad) MIPS, MFLOPS, specint, specfp Ancho de banda (caudal) KB/s (KBps), MB/s (MBps), Kb/s (Kbps), Mb/s (Mbps) 27