Diseño logico de control y de computadores (Trabajo)

7/28/2019 Diseo logico de control y de computadores (Trabajo)

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Repblica Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para la Defensa

Universidad Nacional Experimental Politcnica de las Fuerzas Armadas

Coro Estado Falcn

Diseo de Lgica de ControlY

De Computadores

Integrantes:Jorge Capielo 21.114.509

Argenis Mustiola 23.673.977

IS6D-B

Santa Ana de Coro; Mayo del 2013


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INDCE

pp.Introduccin. Registro de Condicin

Memoria Scratchpad..Diseo de lgica de control.. Organizacin del control..Control de componentes alambrados.Control de microprogramas..Control de la unidad procesadoraControl a base de componentes conectados.Control del PLA..Secuenciador del microprogramaDiseo de computadoresConfiguracin del sistema

Instrucciones del computador. Sincronizacin de tiempo y control.Ejecucin de instrucciones..Diseo del registro del computadorDiseo de control..Consola del computador.. Conclusin. Bibliografa


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INTRODUCCIN

El diseo de los materiales de un computador digital puede derivarse en tres

fases interrelacionadas las cuales son el diseo del sistema, diseo lgico y

diseo del circuito. El diseo del sistema versa sobre las especificaciones y

propiedades generales del sistema. Esta tarea incluye el establecimiento de

un objetivo de diseo y filosofa de diseo, la formulacin de las instrucciones

del computador, y la investigacin de su factibilidad econmica. El diseo del

circuito especifica los componentes de los diferentes circuitos lgicos,

circuitos de memoria, equipo electromecnico y suministro de potencia. El

diseo de la parte de la parte de los materiales del computador es

enormemente influenciado por el sistema de programacin (software) el cual

normalmente se desarrolla al tiempo y constituye una parte integral del

sistema del computador total.

El diseo de un sistema digital requiere una secuencia de control que

comienza con la suposicin de la disponibilidad de variables de tiempo, este

es diseado como una variable de secuencia por medio de un estado o una

representacin equivalente para la transaccin entre estados. La secuencia

de control y las relaciones de transferencia registros pueden deducirse

directamente de la especificacin en palabras del problema, pero en algunas

ocasiones es conveniente utilizar una representacin intermedia para

describir la secuencia necesaria de operaciones del sistema.

La formacin binaria que se encuentre en un sistema digital es almacenada

en un procesador o en un registro de memoria y puede estar constituida por

datos e informacin de control, estos datos son elementos discretos que son

manipuladas por las microoperaciones. Siendo un algoritmo un

procedimiento para dar solucin a un problema especifico y un algoritmo

diseado es para configurar el problema con una pieza del equipo.

Un flujograma es una manera de expresar la secuencia de pasos de

procedimientos o instrucciones y la forma de tomar decisin respecto un

algoritmo. Este en un algoritmo diseado usa los nombres de las variables de

registro definidos de la configuracin inicial del equipo, y este consiste en un

diagrama de bloques conectados por medio de lneas directas y dentro de

estos bloques encuentran las instrucciones para la configuracin.


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Registro de Condicin

Las magnitudes relativas de dos nmeros pueden ser determinadas restando

un nmero de otro y luego combinando ciertas condiciones de los bits en la

diferencia resultante. Si los dos nmeros estn sin signo las condiciones de

los bits de algn inters, son el arrastre de salida y un resultado posible de

cero. Si los dos nmeros incluyen un bit de signo en la posicin de mayor

orden, las condiciones principales de los bits, son el signo del resultado, una

indicacin de cero y una condicin de sobrecapacidad (M. Morris Mano,

1982, Lgica Digital y Diseo de Computadores).

Es conveniente algunas veces suplementar el ALU con un registro de

condicin donde se almacenan aquellas condiciones de los bits para anlisis

posterior. El estado de los bits de condicin se llama algunas veces cdigo

de condicin de los bits o bits indicadores.

Memoria Scratchpad

La memoria Scratchpad o memoria de acceso rpido denominada Bloc de

notas se encuentra situada en la RAM interna de la posicin 30H a 7FH. Est

se utiliza para el almacenamiento temporal de los clculos, los datos y otros

trabajos en curso, esta memoria es ms gil que la memoria RAM externa al

micro-controlador, pero la RAM externa puede tener una capacidad suficiente

para cualquier aplicacin (64KB), el rea Scratchpad est limitada a 96

Bytes.

Diseo de Lgica de Control

La lgica de diseo de un sistema digital es un proceso para deducir los

circuitos digitales que realizan datos de procesamientos y de circuitos

digitales que suministran seales de control.

Actualmente se utilizan sistemas asistidos por computador para automatizar

este proceso, a pesar de todo el desarrollo del mismo y el anlisis del

sistema no pueden ser automatizados y requieren del razonamiento mental

del diseador humano.

Para ello se utilizan los algoritmos diseados para representar de una

manera secuencial y organizada la configuracin del diseo lgico de una

pieza del equipo.


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La lgica de control permite que todos los registros de un sistema digital se

puedan controlar por medio de pulsos de un reloj maestro, los cuales se

aplican a todos los flip-flop y los registros del sistema. Estos pulsos no

cambian el estado de un registro a no ser que el registro se habilite por la

seal de control.

Organizacin del Control

Una vez que se haya establecido la secuencia de control se puede disear el

sistema secuencial que configura las operaciones de control. Los mtodos de

diseo que se usan, estados y tablas de excitacin pueden usarse en teora,

pero en la prctica son engorrosos y difciles de manejar. Adems los

circuitos de control obtenidos en este mtodo requieren un gran nmero de

flip-flops y compuertas.

El principal objetivo de la organizacin del control debe ser el desarrollo de

un circuito que configure la secuencia de control deseada de una manera

lgica y directa.

Debido a esto se usan mtodos para el diseo que pueden ser considerados

como una extensin del mtodo lgico secuencial, estos son:

1. Mtodo de un flip-flop por estado: Este mtodo usa un flip-flop porestado en el circuito secuencial de control. Solamente pone a uno un flip-flop

en un tiempo dado, los dems se ponen a cero.

2. Mtodo del registro de secuencia y el decodificador: Este mtodo usaun registro para darle secuencia a los estados del control. El registro se

decodifica para suministrar una salida por cada estado.

3. Control PLA: El control del PLA es esencialmente similar al registro desecuencia y al mtodo del decodificador excepto que todos los circuitos

combinacionales se configuran con un PLA, incluyendo el decodificador y la

lgica de conexin.

4. Control de microprograma: El propsito de la unidad de control es iniciaruna serie de pasos secuenciales de micro-operaciones. Durante cualquier

tiempo dado se deben iniciar ciertas operaciones mientras que otras

permanecen latentes. As, las variables de control en un tiempo dado pueden

ser representadas por una cadena de 1 o 0 llamada palabra de control.


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Dichas palabras pueden ser programadas para iniciar las diferentes

componentes en el sistema de una manera organizada.

Control de Componentes Alambrados

La representacin bsica de el control alambrado es la de generar las

seales de control por medio de circuitos secuenciales. La ventaja principal

de esta forma de generar las seales de control es que la velocidad de

ejecucin de las micro-operaciones es mayor que en el control micro-

programado.

Su desventaja principal es la rigidez de la unidad de control: el cambiar o

agregar instrucciones a la CPU implica redisear y reconstruir toda la Unidad

de Control.

Para realizar el alambrado es necesario elaborar un diseo lgico de control,

el cual se lleva a cabo mediante 5 pasos:

1. se asume el problema.

2. se asume una configuracin inicial del equipo.

3. se formula el algoritmo.

4. se especifica la parte del procesador de datos.

5. se disea la lgica de control.

Control de Micro-programa.

Se llama microprograma a la secuencia de palabras de control necesarias

para ejecutar una instruccin.

La idea central del control micro-programado es la de almacenar en una

memoria el patrn de unos y ceros que representan las variables de control

de los registros.

Se le llama Palabra de Control o microinstruccin al patrn de unos y cerosque representa las seales de control de los registros necesarios para

ejecutar una micro-operacin.

Las caractersticas relevantes de una Unidad de Control Micro-programada

son los siguientes:


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* Los microprogramas almacenados en la memoria de control definen el

conjunto de instrucciones de la computadora. De ah que es posible cambiar

el conjunto de instrucciones cambiando solo el contenido de la memoria de

control. Esto ofrece mucha flexibilidad tanto al diseador como al usuario.

* Ya que no es frecuente que se cambien las microinstrucciones

almacenadas en la memoria de control, es muy comn utilizar ROM para

implementar esta memoria de control.

* La ejecucin de cualquier instruccin implica varios accesos a la memoria

de control, por lo que la velocidad de esta memoria juega un papel muy

importante en la velocidad de ejecucin de la computadora.

Control de la Unidad Procesadora

Se debe hacer provisin para incluir todas las variables de control posibles

en el sistema y no solamente para controlar un ALU. El multiplexor y los bits

seleccionados deben incluir todos los dems bits de condicin posibles que

se quieran comprobar en el sistema.

Para construir microprogramas correctos es necesario especificar

exactamente como el bit de condicin es afectado por cada micro-operacin

en el procesador. Los bits S (signo) y Z (cero) estn afectados por todas las

operaciones. Los bits C (arrastre) y V (sobrecapacidad) no cambian despusde las siguientes operaciones del ALU:

1. Las cuatro operaciones OR, AND, OR-exclusiva y complemento.

2. Las operaciones de incremento y decremento.

Para las dems operaciones, el bit de arrastre del ALU va al bit C del

registro de condicin. El bit C se afecta tambin despus de un

desplazamiento circular con operacin de arrastre.

Control a Base de Componentes conectados

Consiste en el desarrollo de un algoritmo aritmtico y de un mtodo diferente

para disear la lgica de control. En este mtodo se desarrolla en primer

plano un algoritmo, diseado conjuntamente con la con la configuracin de


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los materiales (Componentes) que conforma la parte procesadora del

sistema.

Control PLA (Programmable Logic Array Arreglo Lgico Programable)

Es un tipo de dispositivo lgico programable utilizado para implementar

circuitos lgicos combinacionales. Tambin posen componentes LSI que

pueden configurar cualquier circuito conbinacional.

Es esencialmente similar al registro de secuencia y al mtodo del

decodificador excepto que todos los circuitos combinacionales se configuran

con un PLA, incluyendo el decodificador y la lgica de decisin

El PLA tiene un conjunto de planos programables, puerta AND, que luego se

pueden complementar un condicional para producir una salida. Estadisposicin permite que un gran nmero de funciones lgicas pueda ser

sintetizado en la suma de los productos (y, a veces producto de sumas) de

formas cannicas.

Secuenciador del Micro-programa

Es un circuito lgico sencillo que permite realizar la ejecucin en secuencia

de un conjunto de instrucciones muy elementales llamadas

microinstrucciones (no confundir con las instrucciones propias del lenguaje

mquina). Cada microinstruccin contiene las seales de control que se

enviarn a la UP, junto a una serie de bits que permitirn seguir el

secuenciamiento. Es decir, Es el centro neurlgico de gestin, control y

planificacin del microprocesador, por tanto su funcin es fundamental para

el desarrollo de cualquier instruccin software.

Configuracin del sistema.


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Cada bloque representa un registro, excepto por la memoria, el generador

del reloj maestro y la lgica de control. Esta configuracin se supone que

satisface la estructura del sistema final. El nombre de cada registro se

describe dentro del bloque, conjuntamente con la designacin simblica en

parntesis.

El generador de reloj es una fuente de pulsos de reloj comn, por lo generalun oscilador, el cual genera un tren peridico de pulsos.

La unidad de memoria tiene una capacidad de 4.096 palabras de 16 bits

cada una. Esta capacidad es suficientemente larga para un proceso

significativo. Son necesarios 12 bits de una instruccin para especificar la

direccin de un operando, el cual deja 4 bits para la parte de la instruccin. El

tiempo de acceso de la memoria se asume que es menor que un

milisegundo, de manera que la palabra puede leerse o escribirse durante el

intervalo entre dos pulsos del reloj.

La parte del computador digital que se va a disear se descompone en

subunidades de registros los cuales son:


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Instrucciones de computador.

El numero de instrucciones disponibles en un computador y su eficiencia en

resolver el problema entre manos, es una buena indicacin de lo bien que el

diseador del sistema previo la aplicacin que se requera de la maquina.

Los sistemas de cmputo mediano y de gran escala, pueden tener cientos de

instrucciones, mientras que la mayora de computadores pequeos limitan la

lista a menos de 100. Las instrucciones se deben escoger con cuidados para

imprimir las caractersticas suficientes del sistema con el fin de resolver un

amplio rango de problemas de procesamiento de datos. Los requerimientos

mnimos de tal lista deben incluir una capacidad para almacenar y cargar

palabras de la memoria, un conjunto suficiente de operaciones aritmticas y

lgicas, algunas propiedades de modificacin de direcciones, bifurcacin

incondicional, bifurcacin bajo condiciones de prueba, propiedades de

manipulacin de registro e instrucciones I/0. La lista de instrucciones

escogidas para el computador pretende ser la mnima requerida para un

procesador de datos prctico pero restringido.

El diseo simblico es una palabra de tres letras y representa una

abreviacin que va a ser usada por programadores y usuarios cuando se


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escriben programas simblicos para el computador. EL cdigo hexadecimal

listado es un nmero hexadecimal equivalente al cdigo binario adoptado por

el cdigo de operacin. Una instruccin de referencia de memoria usa un

digito hexadecimal (4 bits) para el cdigo de operacin; los tres dgitos

hexadecimales restantes (12 bits) de la instruccin representan una direccin

designada por la letra m. Cada instruccin tiene una breve descripcin en

palabras y se especifica ms precisamente en la columna de funcin con una

proposicin de macro-operacin.

Instrucciones de referencia de registros:

Cada instruccin de referencia de registro tiene un cdigo de operacin 0110

(hexadecimal 6) y contiene un solo 1 en uno de los 12 bits restantes de la


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instruccin. Estas instrucciones se especifican cuatro dgitos hexadecimales,

los cuales representan todos los 16 bits de una palabra de instruccin.

Instrucciones de entrada salida:

El computador tiene cuatro instrucciones de entrada y salida que se listan en

la tabla de instrucciones de entrada-salida. Estas instrucciones tienen un

cdigo de operacin 0111 (hexadecimal 7) y cada una contiene un 1 en

solamente uno de los 12 bits restantes de la palabra de instruccin. Las

instrucciones de entrada salida se especifican en cuatro dgitos

hexadecimales comenzando con 7.

Sincronizacin de tiempo y control

Todas las operaciones del computador estn sincronizadas por un generador

de tiempo maestro cuyos pulsos de reloj se aplican a todos los flips-flops del

sistema. Adems est disponible cierto nmero de variables de tiempo en la

unidad de control para darle secuencia a la operacin en el orden adecuado.

Esas variables de tiempo se designan como t0, t1, t2 y t3 y se muestran a

continuacin:


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Ejecucin de instrucciones:

Fase de bsqueda Lectura de la instruccin y bsqueda de los operando

Fase de ejecucin Ejecucin de la instruccin

Bsqueda:

Extraer de la memoria

Incrementar el contenido

Determinar la instruccin


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Localizar operandos

Leer operandos

Ejecucin:

Ejecutar

Almacenar

Volver

Diseo del registro del computador

Este registro debe tener condicin de incremento y transferencia. Se puede

configurar por medio de un contador con carga en paralelo, como el PC

recibe entrada de dos fuentes, este requiere un multiplexor para seleccionar

entre dos entradas. Los otros registros se disean de manera similar.Los tipos de registros necesarios para el computador son los siguientes:


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Diseo del control:

La unidad de control del computador genera las variables de control para los

registros y unidad de memoria. Hay 24 variables de control diferentes as

como tambin 3 mtodos para el diseo de la lgica de control:

l. Control con Componentes Alambrados:

El registro de secuencia G en este caso es un contador y el decodificador de

tiempo entrega cuatro estados de control para el sistema. Un segundo

decodificador se usa para el cdigo de operacin almacenado en el registro I.

A su vez el bloque de la red de lgica de control genera todas las funciones


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de control para el computador. Y la configuracin de la red de lgica

completa el diseo del control con componentes alambrados.

II. El Control PLA:

Es similar al mtodo de registro de secuencia y decodificador, excepto que

todos los circuitos de combinaciones se configuran dentro del PLA. Los dos

decodificadores se incluyen dentro de la configuracin del PLA ya que ellos

son circuitos de combinaciones.

Es de inters aclarar que el nmero de salidas de control y el nmero total

de terminales de entrada PLA son de 24.

El Control del Microprograma:

El control del microprograma no necesita los registros I, G y F. El cdigo de

operacin est en B(OP) y al final del ciclo de bsqueda puede ser usado

para especificar una direccin de macro operacin para la memoria de

control sin necesidad de un registro I. Las variables de tiempo generadas en

el registro de secuencia G pueden ser remplazadas por una secuencia de

pulsos de reloj que leen microinstrucciones consecutivas de la memoria de

control. La parte de secuencia de direccin del control del microprograma

necesita solamente tres operaciones:

1. Incrementar el CAR para leer la siguiente microinstruccin en secuencia.

2. Borrar el CAR para iniciar el ciclo de bsqueda

3. Entregar la trasformacin de bits del B(OP) a una direccin externa del

CAR

Consola del computador:

Una computadora personal u ordenador personal, tambin conocido como

PC (sigla en ingls de personal computer), es una microcomputadora

diseada en principio para ser usada por una sola persona a la vez. (En el

habla habitual, las siglas PC se refieren ms especficamente a la

computadora compatible IBM PC.) Una computadora personal es


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generalmente de tamao medio y es usado por un solo usuario (aunque hay

sistemas operativos que permiten varios usuarios simultneamente, lo que es

conocido como multiusuario).

Una computadora personal suele estar equipada para cumplir tareas

comunes de la informtica moderna, es decir permite navegar por Internet,

escribir textos y realizar otros trabajos de oficina o educativos, como editar

textos y bases de datos. Adems de actividades de ocio, como escuchar

msica, ver videos, jugar, estudiar, etc.

En cuanto a su movilidad podemos distinguir entre computadora de escritorio

y computadora porttil. Dentro del conjunto de las computadoras porttiles

estn las llamadas computadoras porttiles de escritorio.


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Conclusin

Se puede concluir que la lgica de diseo de un sistema digital consiste en el

proceso de deducir los circuitos digitales que realizan datos de

procesamientos y los circuitos digitales que suministran seales de control; y

a su vez crear algoritmos y generar procesos que realicen las funciones o

tareas que se desea.

El control alambrado y el control micro-programado son similares en el hecho

de que ambos se utilizan para generar las seales de control, pero se

diferencian en que el control alambrado tiene una velocidad mayor de

ejecucin de las micro-operaciones que el control micro-programado; y que

este ltimo se basa en almacenar en una memoria el patrn de 1s y 0s que

representan las variables de control de los registros. Formando parte del

control micro-programado, est el termino Palabra de Control omicroinstruccin, que es el patrn de 1s y 0s que representa las seales de

control de los registros necesarios para ejecutar una micro-operacin.

Un sistema est configurado por registros, la memoria, el generador del reloj

maestro y la lgica de control, donde el reloj es una fuente de pulsos de reloj

comn, el cual genera un tren peridico de pulsos y la unidad de memoria

tiene una capacidad de 4.096 palabras de 16 bits cada una. Los sistemas de

cmputo mediano y de gran escala, pueden tener cientos de instrucciones,

mientras que la mayora de computadores pequeos limitan la lista a menos

de 100, entre las cuales se encuentran instrucciones de memoria, deregistros y de entrada y salida.

Todas las operaciones del computador estn sincronizadas por un generador

de tiempo maestro cuyos pulsos de reloj se aplican a todos los flips-flops del

sistema. Adems est disponible cierto nmero de variables de tiempo en la

unidad de control para darle secuencia a la operacin en el orden adecuado.

Para ejecutar las instrucciones existen dos fases, la fase de bsqueda y fase

de ejecucin.


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BIBLIOGRAFA

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computador-rojas-urdaneta-valera.pdf

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