Interrupciones.docx

INDICE.

Introducción 3

Concepto de Interrupciones 4

Interrupciones por Software 5 Interrupciones por Hardware 6 Conflictos por Hardware 8 Interrupciones Enmascarables 9 Interrupciones No Enmascarables 11

Llamadas a Servicios del Sistema 12

Modos de Direccionamiento 14

De desplazamiento 17 De pila

17 Respecto a un registro base 17 Respecto a un registro índice 18 Respecto al contador de programa 18 Indexado con autoincremento/autodecremento 18 Instrucción de salto con direccionamiento absoluto 19 Instrucción de salto con direccionamiento relativo 19 Direccionamiento paginado y direccionamiento segmentado

20 Conclusión 21

Referencias 22

INTRODUCCIÓN.

16 Indirecto mediante registros 16 De registro 16 Absoluto 16 Indirecto 15 Directo 15 Inmediato 14 Implícito

Lenguajes de Interfaz UNIDAD I

Como sabemos, en la materia de Lenguajes de Interfaz, tenemos como

competencia el obtener los conocimientos para el diseño e implementación de

interfaces hombre-máquina y máquina-máquina para la automatización de sistemas.

De manera que esto es posible gracias a una buena cimentación en temas

como lo son los procesos internos que tienen las computadoras tanto en su

procesador, como en su memoria y sus dispositivos de entrada y salida; así como

también un conocimiento extenso del lenguaje ensamblador, ya que una vez que

nosotros entendemos como una computadora funciona y se comunica internamente,

podremos entender y manejar de mejor manera este complejo lenguaje, ya sea para

lograr mandar órdenes a la máquina de forma más directa y enfocada.

Algunos de estos conocimientos se obtuvieron en materias pasadas, y

algunos se explicaran a continuación, con el fin de extender nuestro conocimiento en

el área de la arquitectura interna tanto del CPU como de la memoria.

En el presente documento se ha recabado de distintas fuentes algunos

conceptos, ejemplos y explicaciones sobre temas como lo son las interrupciones, las

llamadas a servicios del sistema y los modos de direccionamiento.

1.4 EL CONCEPTO DE INTERRUPCIONES

Las interrupciones son un método del que disponen los dispositivos e incluso los

procesos para hacer notar a la CPU la aparición de alguna circunstancia que

requiera su intervención. De este modo, los dispositivos pueden provocar que la

CPU deje por el momento la tarea que estaba realizando y atienda la interrupción.

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Una vez atendida, seguirá con su labor anterior.

Todo ese tiempo que el procesador estaba sondeando el estado de los dispositivos

era tiempo que no se podía dedicar a otros procesos, con lo que significa esto en

cuanto a rendimiento. Por todo ello se, pensó que lo mejor era que existiera una

línea especial entre el procesador y los dispositivos, por la que los dispositivos

indicaban al procesador que ya estaban listos. Cuando al procesador le llega una

interrupción, la atiende inmediatamente dejando de hacer lo que estuviera haciendo.

Para poder atenderla de la forma correcta, debe saber con anterioridad cómo

tratarla. Por ello, las computadoras tienen en un sitio conocido de memoria las

distintas rutinas de tratamiento para las diferentes interrupciones el procesador

reconoce la interrupción de la que se trata y busca en memoria la rutina

correspondiente.

Una vez terminado el tratamiento de la interrupción, es muy importante que el

procesador siga con lo que estaba haciendo. Por eso es muy importante que antes

de tratar la interrupción se guarde de alguna forma el estado del computador, y al

terminar la rutina de tratamiento se restaure el estado.

Interrupciones por Software.

Las interrupciones software son provocadas por los programas usando una función

especial del lenguaje. Tienen como objetivo el que la CPU ejecute algún tipo de

función. Al terminar de ejecutarse esta función, se seguirá ejecutando el programa

que provocó la interrupción. Este tipo de interrupciones son la forma más importante

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que tendrán los programas de ejecutar funciones especiales del DOS (Disk

Operating System) o del BIOS (Basic Input Output System). Estas funciones tienen

un número de interrupción software asociada. Cuando un programa lanza una

interrupción de este tipo, la CPU ejecuta su función de tratamiento asociada.

Las funciones que se ejecutan con cada interrupción software son un estándar en el

mundo PC. En nuestro caso, algunas de las interrupciones que nos van a ser mas

útiles serán:

· Interrupción 14h: Acceso al puerto serie por la BIOS.

· Interrupción 21h: Funciones del DOS.

· Interrupción 17h: Servicios de acceso a la impresora de la BIOS.

Cada interrupción tiene asociadas varias funciones. Para usar cada una de las

funciones de la interrupción que nos interese se debe:

- Escribir en un registro el número de interrupción.

- Escribir en otro registro en número de función deseada.

- Escribir en otro/s registro/s los parámetros asociados con la función.

- Lanzar la interrupción.

Interrupciones por hardware.

Una interrupción se convierte en una interrupción de hardware cuando es solicitada

por uno de los componentes de hardware del equipo. En efecto, existen varios

periféricos en un equipo. Estos periféricos necesitan generalmente utilizar los

recursos del sistema aunque sólo sea para comunicarse con el sistema mismo.

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Cuando un periférico desea acceder a un recurso, envía un pedido de interrupción al

procesador para llamar su atención. Los periféricos cuentan con un número de

interrupción que se denomina IRQ (Peticiones de Interrupción. Es como si cada

periférico tirara de un "hilo" que está atado a una campaña para señalarle al equipo

que desea que le preste atención.

Este "hilo" es, de hecho, una línea física que conecta cada ranura de expansión así

como cada interfaz E/S a la placa madre. Para una ranura ISA de 8 bits, por ejemplo,

hay 8 líneas IRQ que unen ranuras ISA de 8 bits a la placa madre (IRQ0 a IRQ7).

Estos IRQ están controlados por un "controlador de interrupción" que se encarga de

“cederle la palabra” al IRQ que posee la mayor prioridad.

Al aparecer las ranuras de 16 bits, se agregaron IRQ 8 a 15. En consecuencia, fue

necesario agregar un segundo controlador de interrupción. Los dos grupos de

interrupciones están unidos por IRQ 2 el cual se conecta (o "produce una cascada")

a IRQ9. En cierto modo, esta cascada "inserta" IRQ 8 a 15 entre IRQ1 y 3:

Los periféricos regularmente necesitan "pedir prestada memoria" del sistema para

utilizarla como zona búfer, es decir, un área de almacenamiento temporario que

permita que los datos de E/S sean rápidamente guardados. Por lo tanto, el canal de

acceso directo a la memoria, llamado DMA (Acceso Directo a Memoria fue definido

precisamente para esto.

El canal DMA designa un acceso a una de las ranuras (RAM) memoria de acceso

aleatorio del equipo, ubicado por una "dirección de inicio RAM" y una "dirección de

fin". Este método permite a un periférico pedir prestado canales especiales que le

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brindan un acceso directo a la memoria, sin necesidad de intervención, por parte del

microprocesador, para descargar estas tareas.

Una PC tiene 8 canales DMA. Los primeros cuatro canales DMA poseen un ancho

de banda de 8 bits mientras que los DMA 4 a 7 poseen a su vez un ancho de banda

de 16 bits.

Los canales DMA por lo general suelen asignarse de la siguiente manera:

• DMA0: libre

• DMA1: (tarjeta de sonido)/libre

• DMA2: controlador de disquete

• DMA3: puerto paralelo (puerto de la impresora)

• DMA4: controlador de acceso directo a memoria (conectado a DMA0)

• DMA5: (tarjeta de sonido)/libre

• DMA6: (SCSI)/libre

• DMA7: disponible

Conflictos de hardware.

Una interrupción es una línea que une el periférico al procesador. Una interrupción

es una interrupción de hardware cuando es solicitada por uno de los componentes

de hardware de la PC. Por ejemplo, este es el caso al tocar una tecla y que el

teclado llama la atención del procesador sobre este hecho. No obstante, los 6


256 interruptores no pueden ser solicitados al mismo tiempo ya que se interrumpe el

hardware y los diferentes periféricos siempre realizan interrupciones muy

específicas.

Por lo tanto, al instalar las tarjetas de expansión, debe asegurarse que, durante la

configuración, el mismo interruptor no se utilice para dos periféricos diferentes. Si

esto sucediera, ocurriría un "conflicto del hardware" y ningún periférico funcionaria.

Verdaderamente, si dos periféricos utilizan el mismo interruptor, el sistema no sabrá

cómo distinguirlos. Un conflicto del hardware no sucede únicamente cuando dos

periféricos poseen el mismo hardware. También puede ocurrir un conflicto cuando

dos periféricos poseen la misma dirección E/S o usan los mismos canales DMA.

Para realizar una transferencia por interrupción simple, ocurren generalmente los

siguientes pasos:

1. Un dispositivo periférico solicita una interrupción.

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2. El microprocesador emite un conocimiento de la interrupción.

3. Se guarda el PC y el programa brinca a una localidad de la memoria que

contiene una rutina para procesar la interrupción.

4. El contenido de los registros internos (de trabajo y estatus) son guardados y la

transferencia de datos es ejecutada bajo control de software.

Las Interrupciones pueden ser enmascarables y no enmascarables.

Interrupciones Enmascarables

Una interrupción enmascarable tiene la característica que si el microprocesador

ejecuta una instrucción de deshabilitar interrupción,(DI), cualquier señal de control en

la línea de interrupción será ignorado o enmascarada (masked out). El procesador

se mantendrá sin hacer caso a la línea de la interrupción enmascarable (EI) sea

ejecutada.

Las Interrupciones ordinarias INT también pueden ser “enmascaradas”

selectivamente por el programador. Haciendo uso de los flip flops IFF1 y IFF2 a “1”

las Interrupciones son autorizadas. Poniéndolas a cero (mascarándolos) se

prevendrá la detección de INT. La instrucción EI es usada para habilitarlas y DI para

deshabilitarlas.

IFF1 y IFF” no son “puestos” en “1” simultáneamente durante la ejecución de las

instrucciones EI y DI, las Interrupciones son deshabilitadas para prevenir cualquier

pérdida de información.

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Para que el microprocesador acepte esta interrupción, deben de cumplirse las

siguientes condiciones:

1. Que las Interrupciones hayan sido habilitadas previamente.

2. Que la entrada Busreq no esté activa.

3. Que la entrada NMI no esté activa.

El Z-80 puede responder a 3 formas de interrupciones enmascarables, dependiendo

de cuál de los modos de interrupción ha sido seleccionado por el programa del

microprocesador.

Modo 0: En este modo el dispositivo que provoca la interrupción coloca una palabra

de 8 bits en bus de datos en lugar de que lo haga la memoria. Esa instrucción es

leída por el Z-80 en el ciclo de respuesta a una interrupción y ejecutada

inmediatamente después.

Modo 1: Es un modo de interrupción no vectorizada. Una interrupción en la línea INT

en este modo, hará brincar a el procesador a una localidad fija ; la 0038h.

Modo 2: Es un modo de interrupción vectorizada que se habilita con la instrucción

IM2. En este modo, la dirección de la rutina de servicio de interrupción es

almacenada en dos bytes del espacio de memoria.

• Interrupciones No Enmascarable.

Este tipo de Interrupciones no puede ser inhibido por el programador. Es por esto

que se dice que es no enmascarable. Siempre será aceptada por el Z80

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hasta que finalice la instrucción en curso, asumiendo que no se ha recibido una

requisición de buses (BUSREQ). Si un NMI se recibe durante un BUSREQ se hará 1

el flip flop interno NMI, y será procesador al finalizar el BUSREQ.

El NMI producirá una colocación push automática del contador del programa en el

STACK, y brinca a la dirección 0066h : Los dos bytes que representan la dirección

0066h será instalado en el contador de programa. Estos representan la dirección de

inicio de la rutina de manejo para el NMI.

Este mecanismo fue diseñado así por rapidez, ya que es usado en casos de

emergencia. Por esto, no ofrece la flexibilidad del modo de interrupción

enmascarable.

1.5 LLAMADAS A SERVICIOS DEL SISTEMA.

En el mundo Windows en general, las llamadas al sistema se denominan API

(Windows application programming interface), es un conjunto de funciones

residentes en bibliotecas (generalmente dinámicas, también llamadas DLL

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por sus siglas en inglés, término usado para referirse a éstas en Windows) que

permiten que una aplicación corra bajo un determinado sistema operativo. Por

ejemplo, Windows proporciona una función denominada FlashWindowEx que

permite que la barra de título de una aplicación alterne entre un sombreado claro y

otro oscuro.

Las funciones API se dividen en varias categorías:

• Depuración y manejo de errores

• E/S de dispositivos

• Varias DLL, procesos e hilos

• Comunicación entre procesos

• Manejo de la memoria

• Monitoreo del desempeño

• Manejo de energía

• Almacenamiento

• Información del sistema

• GDI (interfaz para dispositivos gráficos) de Windows (tales como impresoras)

• Interfaz de usuario de Windows La ventaja de utilizar las API de Windows en el código es que pueden ahorrar tiempo

porque contienen numerosas funciones útiles ya escritas y listas para utilizar. La

desventaja es que puede resultar difícil trabajar con las API de Windows y pueden

ser implacables cuando las cosas van mal.

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Las API de Windows representan una categoría especial de interoperabilidad. Las

API de Windows no utilizan código administrado, no tienen bibliotecas de tipos

integradas y utilizan tipos de datos que son diferentes a los que se utilizan en Visual

Studio. Debido a estas diferencias y a que las API de Windows no son objetos COM,

la interoperabilidad con las API de Windows y .NET Framework se lleva a cabo

mediante la invocación de la plataforma o PInvoke. Invocación de la plataforma es

un servicio que permite al código administrado llamar a funciones no administradas

implementadas en archivos DLL.

Las llamadas a las API de Windows constituían en el pasado un parte importante de

la programación de Visual Basic, pero en Visual Basic 2005 pocas veces resultan

necesarias. Siempre que sea posible, debe utilizar código administrado en .NET

Framework para llevar a cabo tareas en lugar de utilizar llamadas a las API de

Windows.

1.6 MODOS DE DIRECCIONAMIENTO.

Los llamados modos de direccionamiento son las diferentes maneras de

especificar en informática un operando dentro de una instrucción en lenguaje

ensamblador.

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Un modo de direccionamiento especifica la forma de calcular la dirección de

memoria efectiva de un operando mediante el uso de la información contenida en

registros y / o constantes, contenida dentro de una instrucción de la máquina o en

otra parte.

Implícito

En este modo de direccionamiento no es necesario poner ninguna dirección

de forma explícita, ya que en el propio código de operación se conoce la dirección

del (de los) operando(s) al (a los) que se desea acceder o con el (los) que se quiere

operar.

Supongamos una arquitectura de pila, las operaciones aritméticas no

requieren direccionamiento explícito por lo que se ponen como:

- add

- sub

Ya que cuando se opera con dos datos en esta arquitectura se sabe que son los

dos elementos del tope de la pila:

Para finalizar y dejar este modo de direccionamiento generalizado para las

arquitecturas más usuales, remarcamos que también podemos encontrarlo en la

estos argumentos con los que se opera al

ntop() el siguiente al tope de la pila y son

donde top() representa el tope de la pila y

ntop() es 2

top() es 1

pila 2 3 4 5 6 1

Elementos de una pila

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arquitectura con registros de propósito general, por ejemplo con órdenes como setc,

que pone a 1 el registro c (acarreo).

Inmediato

En este modo el operando es especificado en la instrucción misma. En otras

palabras, una instrucción de modo inmediato tiene un campo de operando en vez de

un campo de dirección. El campo del operando contiene el operando actual que se

debe utilizar en conjunto con la operación especificada en la instrucción. Las

instrucciones de modo inmediato son útiles para inicializar los registros en un valor

constante.

Cuando el campo de dirección especifica un registro del procesador, la

instrucción se dice que está en el modo de registro.

Por ejemplo: MOV A,#17H

Directo

El campo de operando en la instrucción contiene la dirección en memoria

donde se encuentra el operando.

En este modo la dirección efectiva es igual a la parte de dirección de la

instrucción. El operando reside en la memoria y su dirección es dada directamente

por el campo de dirección de la instrucción. En una instrucción de tipo ramificación el

campo de dirección especifica la dirección de la rama actual.

Con este tipo de direccionamiento, la dirección efectiva es contenida en la

misma instrucción, tal como los valores de datos inmediatos que son contenidos en

la instrucción. Un procesador de 16 bits suma la dirección efectiva al contenido del

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segmento de datos previamente desplazado en 4 bits para producir la dirección física

del operando.

Por ejemplo: MOV A,17H

Indirecto

El campo de operando contiene una dirección de memoria, en la que se

encuentra la dirección efectiva del operando.

Por ejemplo: MOV A,@17H

Absoluto

El campo de operando contiene una dirección en memoria, en la que se

encuentra la instrucción.

De registro

Sirve para especificar operandos que están en registros.

Por ejemplo: MOV A,R0

Indirecto mediante registros

El campo de operando de la instrucción contiene un identificador de registro

en el que se encuentra la dirección efectiva del operando.

En este modo el campo de la dirección de la instrucción da la dirección en

donde la dirección efectiva se almacena en la memoria. El control localiza la

instrucción de la memoria y utiliza su parte de dirección para acceder a la memoria

de nuevo para leer una dirección efectiva. Unos pocos modos de direccionamiento

requieren que el campo de dirección de la instrucción sea sumado al control

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de un registro especificado en el procesador. La dirección efectiva en este modo se

obtiene del siguiente cálculo:

Dir. efectiva = Dir. de la parte de la instrucción + Contenido del registro del

procesador...

Por ejemplo: MOV A,@R0

De desplazamiento

Combina el modo directo e indirecto mediante registros

De pila

Se utiliza cuando el operando está en memoria y en la cabecera de la pila.

Este direccionamiento se basa en las estructuras denominadas Pila(tipo LIFO), las

cuales están marcados por el fondo de la pila y el puntero de pila (*SP), El puntero

de pila apunta a la última posición ocupada. Así, como puntero de direccionamiento

usaremos el SP. El desplazamiento más el valor del SP nos dará la dirección del

objeto al que queramos hacer referencia.

Respecto a un registro base

Este modo de direccionamiento es muy usado por los ensambladores cuando

se llaman a las funciones (para acceder a los parámetros apilados en la pila, valga la

redundancia). Consiste, al igual que el indirecto a través de registro, en calcular la

EA (Effective Address) como la suma del contenido del registro base y un cierto

desplazamiento (u offset) que siempre será positivo. Esta técnica permite códigos

reentrantes y acceder de forma fácil y rápida a posiciones cercanas de

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memoria. EA = RB+offset RB = registro base offset = desplazamiento -> RB se

comporta como una dirección de memoria a la que se le sumará el desplazamiento

Respecto a un registro índice

Es similar al anterior, lo único que es el contenido del registro índice el que

indica el desplazamiento que se produce a partir de una dirección de memoria que

se pasa también como argumento a la orden que utiliza este modo de

direccionamiento. Aunque en esencia son dos modos equivalentes. La EA se calcula

como la suma del contenido del registro índice y una dirección de memoria.

Respecto al contador de programa

Consiste en dirección una posición de memoria usando como registro base al

contador de programa (PC), el funcionamiento es análogo al direccionamiento

respecto a registro base con la salvedad de que, en este caso, el offset puede ser

también negativo.

Indexado con autoincremento/autodecremento

Es un modo de direccionamiento análogo al indexado, explicado

anteriormente.

La única diferencia es que permite un incremento o decremento de la

dirección final o el registro índice según los

siguientes casos:

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Indexado con autopreincremento: Incrementa el registro índice primero (se

incrementa un valor, según el tamaño del objeto direccionado) y luego calcula

la EA al igual que el direccionamiento indexado.

Indexado con autoposincremento: Calcula la dirección efectiva y después

incrementa esta.

Indexado con autopredecremento: Decrementa el registro índice y después

calcula la dirección efectiva.

Indexado con autoposdecremento: Calcula la dirección efectiva y después

decrementa esta.

Instrucción de salto con direccionamiento absoluto

Consiste en cargar en el PC el valor que se especifica en la orden de salto,

Por ejemplo: jmp 0xAB Carga 0xAB en PC

Instrucción de salto con direccionamiento relativo

Es parecida a la especificada anteriormente la diferencia es que el salto es

relativo al PC, pongamos un ejemplo:

Supongamos que PC vale = 0x0A, si nosotros interpretamos la instrucción jr

+03, saltaremos tres posiciones posteriores a PC (también podría ser -03 y serían

posiciones anteriores). Pero, ¡cuidado! si esa instrucción estaba en la posición 0x0A

la dirección de PC a incrementar será la inmediatamente posterior (ya que PC se

incrementa automáticamente después de leer la instrucción), por lo que quedaría:

PC = 0x0B ---> nuevo PC = 0x0B+0x03 = 0x0E, con lo que el PC quedaría como

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0x0E.

Direccionamiento paginado y direccionamiento segmentado

Paginado: La memoria se encuentra actualmente dividida en páginas

(bloques de igual longitud).

Para obtener las direcciones necesitamos:

Indicador de página (IP): en un registro específico o de propósito general de la

máquina.

Dirección de la palabra (DP): en el campo CD de la instrucción.

Así, concatenando ambas partes obtenemos la dirección completa.

Segmentado: La memoria se divide en porciones cuyos tamaños son

variables. Así, para acceder a ellos se tiene una tabla de segmentos que

contiene la dirección del comienzo y del final de cada segmento en memoria.

Usar este tipo de direccionamientos tiene como ventajas que se puede definir

segmentos de tamaño arbitrario. Por otro lado, esta misma ventaja, el

fraccionamiento de memoria es uno de sus problemas.

Ambos modos de direccionamiento facilitan la multiprogramación gracias a la

técnica de la memoria virtual que permite que un proceso no tenga que estar

cargado íntegramente en memoria, si no que se cargan distintas páginas del mismo

(o segmentos). Si se intenta cargar una página o segmento que no se encuentra en

la memoria principal se produce una excepción de falta de página o segmento y se

accede a la memoria para cargar la información requerida en la memoria principal.

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CONCLUSIÓN

En general, algunos temas que se pudieron apreciar e identificar fueron los

conceptos que explican las interrupciones, de manera que existe más de un tipo de

interrupción, ya sea de hardware o de software, estas son acciones que se realizan

para ordenar al CPU que suspenda su trabajo debido a un inconveniente o situación

que pudiera entorpecer su proceso. El tema de las llamadas a los servicios del

sistemas es considerado como simple y necesario en cuanto a su comprensión, y

manejo ya que gracias a estas “llamadas” es como se dan en el manejo de las

algunos comando para acciones a realizar por el CPU. Los modos de

direccionamiento son las diferentes maneras de especificar un operando dentro de

una instrucción en lenguaje ensamblador, existen diversos comandos para el

direccionamiento y realmente no todos cuentan con un nombre especifico y algunos

varían según el autor que se consulte.

Como conclusión es importante mencionar que los temas mencionados

anteriormente, son algunas de las bases o fundamentos que la materia Lenguajes de

Interfaz posee; ya que temas como las llamadas a los servicios de sistema y los

modos de direccionamiento, serán a continuación, parte de nuestro lenguaje

cotidiano. Esto se debe a que poseen una amplia relevancia para la comprensión de

temas posteriores en la asignatura.

REFERENCIAS.

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http://www.sites.upiicsa.ipn.mx/polilibros/portal/Polilibros/P_terminados/SISTE

MAS%20_OPERATIVOS/UNIDAD7/7.3.htm

http://es.slideshare.net/yesyduc10/comunicacion-interna-de-la-computadora

http://www.fing.edu.uy/tecnoinf/cursos/arqcomp/material/teorico/

arqteorico13.pdf

www.itescam.edu.mx/principal/sylabus/fpdb/recursos/r40732.DOC

http://dac.escet.urjc.es/~lrincon/uned/etc1/ModosDireccionamiento.pdf

21

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