La Arquitectura de Von Neumann

Profesores: Mara Jos Garca, Ral Murciano, Manuel Ortega, PilProfesores: Mara Jos Garca, Ral Murciano, Manuel Ortega, Pilar ar RomayRomay, Pedro J Lara Bercial, Pedro J Lara Bercial 1

Introduccin a la Programacin

Tema 1:Conceptos Bsicos para la

Programacin

La arquitectura de von Neumann


Por qu surgen las computadoras?

z a.c. Abaco

z S XVII Pascal Leibnitz

z S XIX Babbage

8 Programaz 1945 Von Neumann

8 Programa interno8 Ruptura de secuencia. PROCESADOR Y MEMORIA


zEn qu consiste comunicar algo a la mquina?8Introducir de alguna manera las instrucciones en algn sitio al que pueda acceder el cerebro de la mquina para comprenderlas y ejecutarlas.

zQu es un lenguaje de programacin?8 Un lenguaje directamente traducible a operaciones que algn componente de la mquina sea capaz de realizar.

Introduccin a la Programacin

Memoria

Perifricos

Unidad de Control

Unidad Aritmtico Lgica

Representacin


Que es una computadora?

z La memoria

z La unidad de control

z La Unidad Aritmtico-Lgica

z La unidad de Entrada/Salida.


Detalle de los componentes de un ordenador: Von Neumann

Unidad de Control

Unidad de Entrada / Salida

Perifricos

Perifricos

. . . . .

Unidad de memoriaUnidad Aritmtico Lgica

buses buses

ABST

RACC

IN


La memoria

z Se encarga de almacenar el programa y los datos sobre los que ste debe actuar.

z Conjunto de celdas, accesibles directamente de manera individual mediante su Direccin (relacin unvoca).

8 Sobre cada celda de memoria, slo operaciones de lectura (consulta) y escritura (sustitucin) de la informacin almacenada

z El registro de direcciones (MAR): almacenar la direccin de la celda de memoria a la que se desea acceder.

z El registro de intercambio (MBR): almacenar la informacin que se desea escribir (o leer) en (de) la celda de memoria direccionada.

z El dispositivo selector: encargado de establecer la comunicacin fsica entre la celda de memoria indicada en el registro de direcciones y el registro de intercambio.


La memoria

z Operaciones: Lectura: (transferir de la celda

al MBR)

8 DIR MAR8 selector comunica8 (MAR) MBR

Escritura (copiar del MBR a la celda):

8 DIR MAR8 INFO MBR8 selector comunica8 MBR (MAR)


El procesador

z Leer secuencialmente de la memoria las instrucciones que componen el programa, identificando para cada una de llas, la operacin a realizar y los operandos que intervienen.

z Ejecutar la operacin identificada sobre los datos adquiridos y guardar el resultado donde corresponda.

8 Unidad de control8 Unidad aritmtico-lgica


La unidad de control

z Leer de la Memoria la instruccin del programa que se ejecutar en cada momento e identificar la operacin a realizar.

z Buscar los operandos que intervienen en la operacin.

z Informar a la Unidad Aritmtico-Lgica de la operacin a realizar y suministrarle los operandos.

z Guardar en la memoria el resultado de la operacin realizada.


La unidad de controlz El registro Contador de Programa (PC). Almacena la direccin de

memoria donde reside la instruccin que se ejecutar a continuacin. Cuando se inicia la ejecucin de una instruccin, el contenido del registro contador se incrementa siempre en una unidad.

z El registro de Instruccin (IR). Almacena la instruccin que se est ejecutando en cada momento.

8 Formato de instruccin: Cdigo_operacin operando(s) dir_resultado

OPS: operando(s): puede haber uno o dos, en funcin de la operacin, y sern valores o direcciones de memoria donde realmente se encuentra el operando. Dir_resultado es la direccin de la celda de memoria donde se debe almacenar el resultado

z Secuenciador. Es un dispositivo que se encarga de interpretar la informacin contenida en el registro de instruccin. Una vez interpretada sta, se encarga de activar en orden los circuitos apropiados para que la operacin se complete con xito.

8 El secuenciador comprende un conjunto limitado de operaciones


La unidad de controlz Ejecucin de una instruccin:

8 Secuenciador activa circuitos para cargar instruccin en IR

PC MAR (MAR) MBR MBR IR

8 PC + 1 PC8 Secuenciador interpreta esta instruccin,

transfiriendo a la UAL datos y operador si es necesario, y almacena el resultado

8 Repeticin del ciclo


La Unidad Aritmtico-Lgica

z Almacenar temporalmente en sus registros los operandos que le suministra la Unidad de Control.

z Realizar sobre ellos la operacin aritmtica (suma, resta) o lgica (and, or) que le indique la propia unidad de control.

z Almacenar temporalmente en sus registros el resultado de dicha operacin.

Cuntas operaciones tiene que ser capaz de ejecutar una U.A.L.?


La Unidad de Entrada/Salida.

z Sirve de intermediario entre la mquina y el mundo exterior, es decir, se encarga de comunicarse con el exterior, con objeto de cargar el programa y los datos en la memoria y de notificar al usuario los resultados de los clculos obtenidos.

z Perifricos.

8 Entrada8 Salida


Los busesz Caminos fsicos por los que circula la informacin.

z Sirven para que los distintos dispositivos se comuniquen entre s y con el exterior.

z La velocidad de trabajo de la computadora vendr dada, en cierta medida, por la cantidad de informacin que pueda viajar por el bus en un momento dado (Anchura de banda del bus).

8 control8 datos8 direcciones

qu hace cada bus y con quin se comunica?


Detalle de los componentes de un ordenador: Von Neumann

Unidad de Control

Reg. contador del programa

Reg. Instruccin

Secuenciador

Unidad de Entrada / Salida

Perifricos

Perifricos

. . . . . Unidad de

memoria

celdas de memoriaSelecto

r

Reg. Direcciones MAR

Reg. Intercambio MBR

Unidad Aritmtico Lgica

Reg. Oper 1

Acumulador

Reg. Oper 2

+/-

buses


Ejercicio (Utilizando fichas)z Si suponemos la siguiente estructura de la memoria, y que en

el registro contador de programa hay un 12, decir todos los pasos que sigue la computadora para ejecutar el programa.

Fin14

1243

1837

2618

Aadir15d4313Sumard18d37d4312CONTENIDODIRECC


Ejercicio (Utilizando fichas)z Si suponemos la siguiente estructura de la memoria, y que en

el registro contador de programa hay un 71, decir todos los pasos que sigue la computadora para ejecutar el programa.

Fin73

251530149131512811710

aadir 20 d1572restar d11 d12 d1571aadir 10d1270


Representacin de la informacin

z Los sistemas de numeracin

z Representacin de la informacin en una computadora (datos)

8 Nmero enteros8 Nmeros reales8 Caracteres

z Organizacin de la memoria


Los sistemas de numeracinz Informacin analgicaz Informacin digital Por qu digital?8 0 , 1 BIT: Cantidad de informacin que se puede almacenar en

una variable binaria.

BYTE: Informacin que se puede codificar con 8 bits. 28 = 256 valores.

KBYTE: 210 bytes = 1.024 bytes MBYTE: 210 Kbytes = 220 bytes = 1.048.576 bytes GBYTE: 210 Mbytes = 220 Kbytes = 230 bytes = 1.073.741.824

bytes


Los sistemas de numeracinz Necesitamos una sistemtica de conversin(una

cosa es el concepto y otra la representacin nmero romanos)

z Sistema de numeracin posicional dn-1....d3d2d1d0Su valor decimal serdn-1 rn-1 + dn-2 rn-2 + ... + d2 r2 + d1 r1 + d0 r0

donde r representa la base o raiz del sistema de numeracin.

Es decir: =

1

0

n

i

iird


Sistemas de numeracin

z Decimal (base 10)

8 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 98 32710 = 3 x 100 + 2 x 10 + 7 =

3 x 102 + 2 x 101 + 1 x 100

z Binario (base 2)

8 0, 18 10112 = 1 x 20 + 1 x 21 + 0 x 22 + 1 x 23 =

1110



z Octal (base 8)

8 0,1,2,3,4,5,6,7 8 2038 = 3 x 80 + 0 x 81 + 2 x 82 = 13110

z Hexadecimal (base 16)

8 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F8 AC16 = 10 x 161 + 12 x 160 = 17210


z DECIMAL -> BINARIO

Tenemos un nmero en decimal N10N10 = dn-1 2n-1 + dn-2 2n-2 + ... + d2 22 + d1 2 + d0

=

2(dn-1 2n-2 + dn-2 2n-3 + ... + d2 2 + d1 ) + d02(2(dn-1 2n-3 + dn-2 2n-4 + ... + d2 ) + d1 ) +

d0

2910 = 111012


29 21 14 2

0 7 21 3 2

1 1



z BINARIO OCTALAgrupar de 3 en 3 (dcha -> izqda)

z BINARIO HEXADECIMALAgrupar de 4 en 4Ejemplo

z N10 = 29z N2 = 11101 = 11 101 => N8 = 35

3 5

z N2 = 11101 = 1 1101 => N16 = 1D161 13


Representacin de la informacin en una computadora (datos)

z Numeros enteros8 Enteros sin signo8 Enteros con signo

Magnitud y signo Complemento a 1 Complemento a 2 Exceso a M

z Numeros reales

Coma fija Coma flotante

z Caracteres

ABST

RACC

IN


Representacin de caracteres

8 Caracteres alfabticos: Las letras maysculas y minsculas del alfabeto a..z, A..Z

8 Caracteres numricos: Los dgitios del sistema decimal 0..9

8 Signos de puntuacin: : ; . , ( ) ? ! ...8 Operadores aritmticos: + - = / *...

aOperadores lgicos: aCaracteres especiales: ....


Representacin de caracteresz En cualquier codificacin de los caracteres que utilizemos debe

verificarse:

Unicidad de cdigo (cada cdigo equivaldr a un carcter y viceversa).

Orden (los cdigos guardarn los rdenes establecidos para cada tipo de caracteres, es decir, 0


Organizacin de la memoriaz Normalmente, los caracteres necesitan 8 bits, los nmeros

enteros 8 (128), 16 (33920) 32 (21.474.83.648) bits, dependiendo de su precisin, y los nmeros reales 32 64 bits

z cuntos bits colocamos en cada posicin direccionable? -> 1 byte

z Palabra -> conjunto de bits necesarios para almacenar un entero de longitud normal.

z Tamao de la memoria o espacio de direcciones -> capacidad de la memoria (el nmero de bytes disponibles)

z Tipos de memoria: RAM y ROM

ABSTRACCIN


Pero, qu es la tan nombrada abstraccin?

z abstraccin.(Del lat. abstracto, -nis).z 1. f. Accin y efecto de abstraer o abstraerse.

z abstraer.(Del lat. abstrahre).z 1. tr. Separar por medio de una operacin intelectual

las cualidades de un objeto para considerarlas aisladamente o para considerar el mismo objeto en su pura esencia o nocin.

z 2. intr. Prescindir, hacer caso omiso. Abstraer de examinar la naturaleza de las cosas. U. t. c. prnl.3.prnl. Enajenarse de los objetos sensibles, no atender a ellos por entregarse a la consideracin de lo que se tiene en el pensamiento.

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