Arquitectura de la PC-I

Componentes Básicos de la PC

Laboratorio de Hardware

Conceptos Básicos 1


• Informática INFORmación + autoMATICA• Computador Máquina de programa almacenado• Programa Secuencia de instrucciones que se

ejecuta de forma secuencial

ProgramaProgramaDatos

deEntrada

Datosde

Salida

Computador

Conceptos Básicos 2


• Hardware Conjunto de elementos tangibles (mecánicos o eléctricos)

• Software Conjunto de elementos intangibles (sistema operativo, programas)

• Unidad Funcional del Computador Circuito que realiza una tarea específica

• Bit Unidad mínima (binaria) de información (0 ó 1).

• Byte Unidad de información formada por 8 bits (28 = 256 combinaciones).

ARQUITECTURA DE PROCESADORES

Señal Analógica Una señal eléctrica es analógica cuando su representación en el tiempo es la de una función continua, es decir, los cambios no son bruscos y puede adoptar infinitos valores. Ejemplo: La voz, el calor, la presión , etc.

Señal Digital Una señal es digital, cuando adopta en el tiempo valores discretos predeterminados y limitados. Su representación en el tiempo, refleja cambios bruscos de magnitud. Las señales digitales han sido creadas por el ser humano.

Juan A. CARBAJAL M.

CONVERSORES Existen circuitos que permiten convertir señal analógica en señal digital y viceversa. Estos circuitos se llaman conversores : ADC : Conversor Análogo Digital. DAC : Conversor Digital Análogo. Las señales analógicas, en cambio, son creadas por la naturaleza.

Los conversores se especifican en función a la cantidad de bit’s que utilizan para realizar la conversión

Si usamos una cantidad pequeña de bits la aproximación a la señal no es muy buena.

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A B Y

0 0 0

0 1 0

1 0 0

1 1 1

Conforme aumentamos la cantidad de bit’s la conversión se aproxima cada vez mas a la señal real. Los conversores pueden ser de 8, 10, 12, 16, 24, 32 bits.

LOGICA DIGITAL

La lógica digital o binaria, permite representar valores con una secuencia de 1 y 0. Se definen funciones lógicas como : OR, AND, etc. Con estas funciones podemos implementar una serie de funciones mas complejas como la multiplicación, división, etc.

Juan A. CARBAJAL M.

Ecuación : Y = A . B

Símbolo:

Tabla Lógica:

111

001

010

000

YBA

FUNCION AND FUNCION OR

Ecuación : Y = A + B

Símbolo:

Tabla Lógica:

111

101

110

000

YBA

EL TRANSISTOR :

El transistor es un switch digital hecho por la tecnología del estado sólido ( semiconductores ).

Permite implementar las funciones lógicas en elementos llamados Chips o IC.

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Con el avance de la tecnología comienza la etapa de miniaturización de los IC y aparecen + Large Scale Integration (LSI).+ Very Large Scale Integration (VLSI).

CARACTERISTICAS FISICAS DE LOS IC

La tecnología de fabricación :NMOS (XT - 8088).CMOS.BiCMOS (Pentium).

El tamaño del transistor (Circuit Size) : Se especifica en micras.

• Matríz del chip (Die Size) : Especifica el tamaño de la matriz del procesador. Se especifíca en mm cuadrado.

• Velocidad (MHz).

• Número de transistores

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Power sw

Conector P8-P9Placa Base

12V 5V GndFloppy

Disco DuroCDrom

Conector P1Placa Base

12V 5V GndFloppy

Disco DuroCDrom

Fuente ATFuente AT Fuente ATXFuente ATX


Fuentes de AlimentaciónFuentes de Alimentación

Fuentes de Alimentación


5v

12v

GND

Control de Sistema

Rectificador

Oscilador

TransformadorReductor

Rectificador

FiltradoRegulador

Ingraso de Energia Eléctrica

SISTEMA BASADO EN PROCESADOR

Todo sistema basado en Procesador está compuesto de :Procesador : Es un Chip “inteligente”, porque entiende y ejecuta instrucciones (órdenes). Memoria : Sirve para almacenar programas (ROM) y para ejecutarlos (RAM). Interfases : Permite la comunicación entre el Procesador y los periféricos.Periféricos : Permite la interacción con el mundo real.

COMPONENTES INTERNOS Registros.Unidad de Interfase al Bus.Unidad de Control.Floating Point Unit (FPU).Memoria Cache primaria (L1)

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FPU (Floating Point Unit).+ Las instrucciones son ejecutadas a una alta velocidad.+ Las instrucciones están cableadas dentro del procesador.+ Es usado en aplicaciones como: CAD/CAM. Multimedia y Gráficos. Modelamiento en 3D. + Los sistemas operativos generalmente no utilizan el coprocesador matemático.

COPROCESADOR MATEMATICO

BUSESEl procesador se comunica con los otros bloques del sistema a través de los siguientes buses : + Bus de direcciones. + Bus de datos + Bus de control

Bus de Direcciones : Permite “direccionar” la memoria y los puertos. La cantidad de lineas de dirección que posee un procesador especifica la cantidad de memoria que puede soportar. Bus de Datos : Permite el flujo de los datos entre los diferentes bloques del sistema (procesador, memoria, interfases, etc). Bus de Control : Permite controlar la secuencia de operaciones y el tráfico en los otros buses (acciones de lectura, escritura, etc).

SMM

System Management Mode (SMM): Es un circuito que esta construido dentro del procesador y opera independientemente de el. Permite controlar el consumo de energía del procesador. El usuario puede especificar que ante una inactividad del procesador, se desconecte algunos de los bloques internos para ahorrar energía. Esto se configura en el Setup.

ACPI

La especificación 'Advanced Configuration and Power Interface' (ACPI) es una especificación abierta propuesta por Intel, Microsoft y Toshiba. ACPI permite y soporta una fiable gestión de energía a través de mejoras en el hardware en coordinación con el sistema operativo.

VOLTAJE DE LOS PROCESADORES

La mayoría de procesadores trabajan con dos voltajes : uno externo y otro interno. Esto lo realizan básicamente con la finalidad de reducir el consumo del procesador. El elemento que permite reducir el voltaje se llama Regulador de Voltaje. Este regulador de voltaje inicialmente estaba en la mainboard, pero ahora se encuentra dentro del procesador. Juan A. CARBAJAL M.

2.700 a 2.900v2.800v2.8v

3.450 a 3.600 o 3.400 a 3.600v 3.520 o 3.500vVRE (Voltage Reduced Extended)

3.300 a 3.465v 3.380vVR (Voltage Reduced)

3.135 a 3.465 o 3.135 a 3.600v3.300vSTD (estándar)

4.750 a 5.250v5.000vSystem +5V

Rango de Voltaje Voltaje Nominal Nombre

EMPAQUETADOS

DIP : Dual Inline Package.PGA : Pin Grid Array.PLCC : Plastic Leaded Chip Carrier. CPGA : Ceramic Pin Grid Array.PPGA : Plastic Pin Grid Array.SEC : Single Edge Contact.

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ZOCALOS

Pentiun II Xeon Pentium III Xeon?330Slot 2

Pentium II y III2.8 / 3.3242Slot 1 o SC-242

AMD-K6-III?321Super 7

Celeron 400 MHz?370Socket - 8

Pentium Pro3.1/3.3387Socket - 7

Pentium 75 - 200 MHz, Pentium OverDrive, Pentium MMX, Pentium MMX OverDrive, 6x86, K5, K6, 6x86MX

2.5/3.3321Socket - 6

Pentium 75 - 133 MHz, Pentium OverDrive 125 - 166, Pentium MMX OverDrive 125 - 166

3.3320Socket - 5

Pentium 60 - 66, Pentium OverDrive120/1335273Socket - 4

486DX, 486SX, 486DX2, 486DX4, AMD 5X86, Cyrix 5x86, Pentium OverDrive 63 y 83

5/3.3237Socket - 3

486DX, 486SX, 486DX2, 486DX4 OverDrive, Pentium OverDrive 63 y 83

5238Socket - 2

486DX, 486SX, 486DX2, 486DX4 OverDrive5169Socket - 1

Procesadores SoportadosVoltaje (V)Número de

PinesDesignación

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VELOCIDAD

Los procesadores de hoy en día trabajan con dos velocidades :

Velocidad InternaEs la velocidad con la cual procesa información internamente el procesador. Esta no esta restringida por problemas de retardos de propagación y ruido. Velocidad Externa o de BusEs la velocidad de clock con la cual trabaja el procesador en forma externa cuando accesa a memoria o interfase.

Estas dos velocidades se relacionan por la siguiente formula :

V interna = n * V externa Donde n es un valor mayor o igual a 1.

486 DX2-66MHz.

Velocidad Externa = 33MHz

Velocidad Interna = 66 MHz.

Factor de Multiplicación = 2

Pentium de 200MHz

Velocidad Externa = 66MHz.

Velocidad Interna = 200 MHz

Factor de Multiplicación = 3

Ejemplos:

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TIPOS DE PROCESADORES

RISC (Reduced Instruction Set Computer).

• PowerPC (Apple-IBM-Motorola).• ALPHA (Digital Equipment Corporation).• Hewlett-Packard.• Sun SPARC.

El micro código es eliminado. Las instrucciones son ejecutadas a una alta velocidad. Las instrucciones están cableadas dentro del procesador. Las instrucciones RISC son de la misma longitud. 32 bits de longitud. Permite una alta performance. No es compatible con los sistemas operativos y aplicaciones que corren en plataforma Intel.

CISC (Complex Instruction Set Computer).• Intel. • AMD (Advanced Micro Devices). • Cyrix.

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Las Instrucciones se basan en microcódigo. El microcódigo es una colección de pasos para procesar una instrucción. El microcódigo adiciona retardo en la instrucción (reduce la velocidad). Las instrucciones CISC varían en longitud. 8, 16, 32, etc bits de longitud. Reduce eficiencia pero adiciona flexibilidad.

NOMENCLATURA INTEL

Double Word Low Consumption with Cache.DLC

Pondera la velocidad interna por nDXn o SLCn

Single Word Low Consumption with CacheSLC

Single Word Low ConsumptionSL

Double Word 32 bits.DX

Single Word 16 bits.SX

PIPELINE

Los siguientes diagramas ilustran la operación interna de los procesadores de tipo Pentium. Por cada clock, una o más instrucciones ingresan al canal, y la instrucción en cada etapa se mueve a la siguiente etapa. A continuación se explica este proceso.

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El código es llevado del cache de instrucciones a los buffers de búsqueda previa.

Búsqueda

El procesador encuentra y extrae el código en los buffers de búsqueda previa y lo convierte en formato interno de instrucciones.

Decodificación

Los valores necesarios para llevar a cabo la operación son transferidos de los registros o del cache de datos

Operando

Se lleva a cabo la operación. Ejecución

Los resultados de la operación se almacenan en registros o en un cache de datos.

Reescrituración

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Unidadde Segmento

Unidad de Página Unidad de Ejecución

Unidad de Decodifica- ción de Ins- trucciones

Unidadde Pre- Búsqueda

Unidadde Bus

Coproce- sador Matemático

Controladorde Cache

Memoria Cache2 4KBytes

Unidadde Segmento

Unidad de Página Unidad de Ejecución

Unidad deDecodifica- ción de Ins- trucciones

Unidadde Pre- Búsqueda

Unidadde Bus

80486

80386

Juan A. CARBAJAL M.

AUUnidad

de Direc-cionamiento

BUUnidad de

Bus

EUUnidad deEjecución

IUUnidad de

Instrucción

80286

BIU

EU

8088

MICROPROCESADORES DE 8 BITS

8085

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SUPERESCALAR

El concepto de superescalar se refiere a la capacidad del procesador de ejecutar más de una instrucción por ciclo de reloj.

El procesador Pentium puede ejecutar solo ciertas combinaciones de instrucciones en forma simultánea. Algunas instrucciones pueden ser ejecutadas solo una a la vez, lo cual significa que el desempeño real del Pentium no es tan alto como lo sugiere el modelo idealizado de doble ejecución. El M1 de Cyrix está sujeto a menos restricciones de ejecución por ende es más rápido.

Juan A. CARBAJAL M.

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