Estructura del Computador

Transcripción

1 Estructura del Computador 1

2 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

3 funciones Las funciones de un computador son: Procesamiento de datos almacenamiento y recuperación de datos movimientos o transferencias de datos Control 3

4 estructura general Memoria principal (ram) Procesador (cpu) periféricos Discos, monitor, teclado, escáner, etc. periféricos NIC: Network Interface Card 4

5 estructura general periféricos Sistema computador Unidad Central de Proceso Memoria Principal Sistema Computador Sistema de interconexión Líneas de comunicación Entrada Salida 5

6 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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10 Estructura del computador (cont.) 10

11 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

12 Estructura del Sistema Procesador (cont.) Sistema Procesador CPU Memoria Contr. E/S Periféricos Bus Datos Bus de Direcciones Bus de Control 12

13 Memoria (RAM), características dirección 0 La memoria está dividida en celdas de igual tamaño. 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

14 Memoria (RAM) 0 Programa y datos del Sistema Operativo Programa de MEMORIA usuario Datos del programa de usuario En lenguaje de máquina Instrucción 1 Instrucción 2 Instrucción 3... Instrucción n n-1 Libre 14

15 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

16 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.

17 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) lenguaje assembler (se requiere dos pasos) MOV (A), (AX)

18 Esquema de interconexión de los buses 18

19 Brookshear: figure 2.13: Controllers attached to a machine s bus 19

20 estructura general periféricos Sistema computador Unidad Central de Proceso Memoria Principal Sistema Computador Sistema de interconexión Líneas de comunicación Entrada Salida 20

21 estructura de la CPU CPU Sistema procesador I/O System Bus Memory CPU Registros Interconexión Interna de la CPU Unidad Aritmética y Lógica Unidad de Control 21

22 Unidad Central de Procesos CPU Unidad de control Registro de datos 0 Registro de datos n-1 CPU Registro de Instrucción Contador de programa UAL Las Instrucciones del programa viajan por el bus de datos y llegan al Registro de Instrucción de la CPU La CPU decodifica y ejecuta cada instrucción, escritas en Lenguaje de Máquina, en la Unidad Arimética Lógica. 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

23 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 23

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25 A + B A B Registradores A B Registradores de entrada a la ALU Bus de entrada a la ALU ALU A + B Registrador de salida de la ALU 25

26 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

27 Unidad de control Circuitos que coordinan las actividades de la máquina ALU CPU Internal Bus Registers Control Unit Unidad de Control Lógica Secuencial Unidad de control registradores y decodificadores Memoria de control 27

28 Ciclo de instrucción Dos pasos: Fetch busqueda y recuperación de la instrucción Execute ejecución de la instrucción 28

29 El ciclo de máquina 1. Recuperar la siguiente instrucción desde memoria (apuntada por el program counter) y luego incrementar el program counter. 2. Decodificar el patrón de bits en el registrador de instrucción 3. Ejecutar la instrucción indicada en el registrador de instrucción 29

30 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