18. Camino de datos y unidad de control

Transcripción

1 Oliverio J. Santana Jaria Sistemas Digitales Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas Curso Camino de datos y unidad de control Un La versatilidad una característica deseable los Los sistemas manipular diferentes, digitales Describirel sistema unos datos complejo determinados puede ser capaz formas de Introducción elementos en función lo que indique un programa interpretar distintos objetivos fines el combinacionales un diseño de programa este de tema una y camino utilizar unidad y son: secuenciales elcamino de datos control utilizando de que datos permita para Camino de datos y unidad de control 2 1

2 Introducción Camino Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Los Camino y unidad de control 3 Por utilizados de complejos caminos de datos son sistemas digitales siguiente con frecuencia para la manipulación datos y la realización de cálculos numéricos Caminos Estos de datos Los registros dos regla general, los caminos de datos funcionan de la en los flancos resultados valores registros manera: o memorias de son reloj variables de o memorias modificados estas por tras operaciones medio y el constantes tras flanco durante de el lógica siguiente de se se la vuelven almacenan señal combinacional periodo flanco de a almacenar reloj entre de reloj Camino de datos y unidad de control 4 2

3 Introducción Camino Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Por ejemplo, para realizar la suma de 100 números se Camino de datos y unidad de control 5 Este podría seguir un algoritmo iterativo de La Un camino de datos sencillo En denominaremos el 32 valor bucle variable cada bits ciclo formado podría una se nueva acumulador sumaría ejecutarse por almacenaría variable un registro contenido de un el camino y del registro, una acumulador ALU de que datos suma = 0 para i = 1 a 100 = suma + entrada fin para Camino de datos y unidad de control 6 3

4 Este El un datos realizar diagrama muestra elegir ejemplo de camino de izquierda sencillo que podría entre esta suma Un camino de datos sencillo una multiplexor línea un el operando 0 de y el entrada la valor permite ALU de de la acumulador un Camino de datos y unidad control 7 El registro de desplazamiento acumulador carga paralelo puede operando derecha Un camino datos sencillo salida ALU serásiempre el adaptador contenido a obtenerse través triestado del también del acumulador de como un Camino de datos y unidad de control 8 4

5 En cada ciclo del Los funcionamiento circuito determinar las del señales seránecesario por los valores de Un camino datos sencillo de 9 una valores bits señales vendrán palabra de de estas control de dados control Camino En datos total, necesita este camino 102 ciclos de de y unidad de control 9 El para el realizar primer su ciclo función se pone Un camino de datos sencillo En a ciclos cero el acumulador el resultado el último siguientes se realiza por ciclo la 100 se salida suma saca Camino de datos y unidad de control 10 5

6 Durante Con de necesario palabras la realización diferente esta operación será control generar 102 camino de control Un camino de datos sencillo realizar sencillas una podría de otras secuencia de datos palabras operaciones usarse para de este Introducción Camino de datos y unidad de control 11 Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Camino de datos y unidad de control 12 6

7 Sin Un aritméticas puede camino ser utilizado simples de datos para sencillo realización con un acumulador de operaciones Además, camino camino de datos más m s completo temporal embargo, la realización de operaciones aritméticas en lugar complejas de la puede datos sólo necesidad requerirála obligar un más acumulador elaborado de a usar implementación más un banco de una de variable registros de un Este Camino de datos y unidad control 13 El un complejo banco diagrama muestra puertos camino de datos más tanto dos Un camino de datos más m s completo como circuito incluye un resultado operandosa de de que proporcionar memorizar registros de se la encarga operación la de ALU el tres los Camino de datos y unidad de control 14 7

8 Este Aquíse controla de los operaciones camino datos se tablas con una palabra ALU 20 bits que determina desplazamiento, destinos, fuentes y Un datos más m s completo del circuito estructura control y el muestran operación registro la asícomo las palabra de Introducción Camino de datos y unidad de control 15 Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Camino de datos y unidad de control 16 8

9 Los Para demasiado caminos lentos de datos para vistos muchas hasta aplicaciones ahora resultarían El los operaciones de conseguir mejores prestaciones, necesario que Caminos de datos generales paralelos caminos de datos sean capaces de realizar varias banco primer datos de paralelos registros sería paso concurrentemente, aumentar para conseguir el número un dando camino de lugar puertos de a datos caminos del Este banco unidades diagrama de funcionales registros muestra de seis un puertos, camino de seis datos buses con y cuatro un Camino de datos y unidad de control 17 Camino de datos paralelo Camino de datos y unidad de control 18 9

10 Este paralelo, multiplicador camino una de en o datos el la divisor ALU puede o el hacer desplazadory dos operaciones la otra en el Camino datos paralelo Sin Camino de datos y unidad de control 19 Además, una multiplicación embargo, suma y un este y desplazamiento una camino división datos al a mismo la no vez podría o tiempo una realizar Por realizar realmente Camino de datos paralelo de este camino datos tampoco capaz de sólo datos lo parcial tanto, dos sencillo, capaz sumas este de camino ya o duplicar que dos el multiplicaciones de paralelismo datos las prestaciones paralelo disponible a no la del sería vez camino es Camino de datos y unidad de control 20 10

11 Por Esto dependerán funcionales, datos lo tanto, las prestaciones de un camino de datos en sólo del número y tipo de unidades relación sino también de cómo estén conectadas Camino Se de datos a medida Algunas significa que, a la hora de diseñar un camino de Otras cuenta necesitaráuna paralelo, unidades entre objetivo su habráque funcionales coste cantidad del y sus circuito hacerlo concreta podrán prestaciones necesitarán compartir para a de medida, cada obtener un unidad bus teniendo bus propio la funcional mejor Este a prestaciones medida, diagrama aunque necesarias muestra un diseño un y la ejemplo complejidad real dependería camino aceptable de de las datos Camino de datos y unidad de control 21 Camino de datos a medida Camino de datos y unidad de control 22 11

12 Introducción Camino Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control La Camino Para depende le operación suministran de la realizada secuencia a lo largo por de un de palabras camino su funcionamiento de de control datos que datos y unidad de control 23 Esta diseño reloj, circuito realizar una operación concreta es necesario el Unidad estado, de una unidad de control que, cada ciclo de salida unidad proporcione que una secuencial proporcione lógica de control la de palabra estado puede la biestables palabra siguiente de implementarse control de que control almacenen y adecuada una lógica como su de un Camino de datos y unidad de control 24 12

13 Introducción Camino Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Como diseñar control ejemplo que una utilice unidad vamos el de camino a Camino y unidad de control 25 Este de banco puertos contador datos sencillo con dato de registros de 3 Diseño o de una unidad de control número para realizar lo sacarápor circuito de entrada, de de unos unos recibiráun la salida contaráel que tenga y Camino de datos y unidad de control 26 13

14 Para Comenzaremos del temporales, por suponer que el dato de proviene del exterior y estádisponible en las entradas Dato circuito Diseño Cuenta o unidad de control Máscara describir el algoritmo utilizaremos cuatro variables Temp variable los registros almacenaráel contendrála cada del auxiliar una banco dato de constante número las de cuales entrada registros de 1unos seráasignada del datoa uno El Camino de datos y unidad de control 27 Tras inicializar Introducir Inicializar algoritmo esto se las el entra de variables dato la de cuenta entrada Cuenta bucle de en a unos 0 para la y variable la debe, variable comprobar Dato en Máscara primer cada a lugar, lbit Diseño o de una unidad de control Por Si Se El haciendo último, el bucle obtiene desplaza bit terminarácuando un el el 1 el AND se valor bit Dato incrementa menos de de una Dato Cuenta significativo posición Dato con la Cuenta Máscara sólo apareceráa a la del contenga derecha número la ceros salida Camino de datos y unidad de control 28 14

15 Éste los operación, registros es el algoritmo asícomo necesarios necesario una para posible las para cuatro asignación realizar variables la de Diseño o de una unidad de control Conociendo a la las secuencia variables, el de algoritmo podemos palabras de replantearlo y los control registros necesaria para asignados obtener Camino de datos y unidad de control 29 Diseño o de una unidad de control Camino de datos y unidad de control 30 15

16 La un separado Inicio unidad de control sería Dato 0 módulo con secuencial tres señales Diseño Hecho que comenzar proporcionada camino señal de entrada o de una unidad de control que indica cuando terminado la cuenta estádisponible indica señal de y datos que el de resultado por la a de la cuenta salida entrada el salidaha El Para de supondremos Camino datos y unidad control 31 la forma cálculo control implementar habitual de serán la de lógica necesarios tipo los Docho de estado estados tres biestables, siguiente de la unidad se que realiza de Diseño o de una unidad de control Camino de datos y unidad de control 32 16

17 La la a la señal lógica palabra de de salida de control Hecho de la del y unidad camino las 20 de señales de control datos pertenecientes debe incluir Diseño o una de control Este muestra de implementación Camino la datos y unidad de 33 y diagrama que el unidad unos se camino ha con el de utilizado contador de la control datos de Diseño o una unidad de control Camino de datos y unidad de control 34 17

18 Introducción Camino Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Podemos Hasta diseña asociada Camino datos y unidad de control 35 un indica, registro ahora usando el para estado pensar de se calcular estado biestables ha de en supuesto la el que unidad conjunto el estado almacena, que la de de la correspondiente siguiente control unidad biestables como de y su la control como nombre salida lógica en se Implementación n de la de control Camino de datos y unidad de control 36 18

19 Sin El control un tipo registro deimplementación sencillas estado,resulta que útil hemos para unidades visto,basada de en Por tener de con embargo, una unidad de control puede llegar a Implementación n la unidad de control que miles de estados posibles y cientos señales unidades entrada este biestables permiten motivo, de y control salida, simplificar daría existen por resultado lo varios la que implementación una diseños demasiado implementación alternativos de complejo las Una Cada de un Camino datos y unidad control 37 valga concreto las decodificador posibilidad estado 1 lógicas cuando y 0 se en identifica el los para estado registro demás simplificar siguiente mediante de casos estado la y una implementación salida estéen señal es un utilizando que estado Implementación n de la unidad de control Camino de datos y unidad de control 38 19

20 También tienen siguiente Codificando Sustituyendo El puede simplificar la lógica estado secuencia contador secuencias aprovechando o incrementaráel cargaráun consecutivamente el registro de estados nuevo de que estado muchas valor con los por estados un para un único unidades seguir saltar contador de las sucesor a por otra secuencias de una distinta control Implementación n de la unidad de Una En estado control Camino de datos y unidad control 39 como este última un siguiente microprogamado, tipo registro estrategia de diseños, por de direcciones una requiere que memoria el suelen registro sustituir para ROM recibir de la la estado ROM de lógica el control nombre actúa de de Implementación n de la unidad de control Camino de datos y unidad de control 40 20

21 El La microprograma, contenido de la determina ROM, que cuál suele es el conocerse estado siguiente como a Mientras partir determinar uno dado estado lógica asociada a la ROM es la encargada de Implementación n la unidad de control control el estado siguiente, lo que puede implicar el Seguir Realizar diseño es microprogramadose incrementando que de la más procesadores salto la implementación popular a otra secuencialmenteel para complejos emplea circuitos dentro con con un del valor sencillos, registro frecuencia programa del estado de el en Introducción Camino de datos y unidad de control 41 Unidad Caminos de datos datos camino generales de datos sencillo más completo Resumen Diseño Implementación de de y control Bibliografía una unidad de una de unidad control de control Camino de datos y unidad de control 42 21

22 Lasunidades valores ejecutan de en las un de variables camino memorización de usadas datosen permitenalmacenarlos los programas que se Una una que Resumen y interpretación de estos programas corre a cuenta de entrever un debe unidad camino cómo hacer de de control, se para datos realiza obtener capaz que el indica diseño de los de ejecutarlo resultados interpretar al de camino un procesador nos deseados un permiten programa datos real lo Principios Capítulo Daniel PrenticeHall, D. de 7Gajski Diseño 1997Digital Camino de datos y unidad de control 43 Bibliografía Camino de datos y unidad de control 44 22