MICROPROCESADORES

PROTOCOLO 2

NOMBRE

RAFAEL ARRIETA SALCEDO

TUTOR

JOSÉ ALDEMAR PÉREZ

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

CENTRO TUTORIAL MAGANGUE

VII INGENIERÍA DE SISTEMAS

05/03/15

DESCRIPCION DE LA ACTIVIDAD:

1. La sesión se inició con el análisis de la unidad a tratar el cual se refiere a las arquitecturas básicas de los microprocesadores.

Temática:

ARQUITECTURA VON NEWMAN

Es una familia de arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de

almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la

arquitectura Harvard).

La mayoría de computadoras modernas están basadas en esta arquitectura, aunque

pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo, para gestionar las

interrupciones de dispositivos externos como ratón, teclado, etc.).

ARQUITECTURA INTERNA

LOS REGISTROS: Los registros del procesador se emplean para controlar instrucciones en

ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética.

REGISTROS ACUMULADOR: En computación, un acumulador es un registro en donde se

almacenan los resultados lógicos y aritméticos intermedios. Sin un registro acumulador,

sería necesario escribir el resultado de cada cálculo (suma, multiplicación, etc.) en la

memoria primaria, tal vez para leerse y ser usado sólo para la siguiente operación.

Acceder a la memoria primaria es más lento que acceder a un registro acumulador,

porque la tecnología utilizada para la memoria primaria es más lenta.

CONTADOR DE PROGRAMA: El contador de programa en inglés Program Counter o PC es

un registro interno del computador en el que se almacena la dirección de la última

instrucción leída. De esta manera el computador puede saber cuál es la siguiente

instrucción que debe ejecutar.

PUNTERO DE PILA: Es un registro de una CPU de computadora cuyo propósito es

mantener la pista de la posición actual de la pila de llamadas. En una máquina de

arquitectura basada en acumulador, éste puede ser un registro dedicado como el puntero

de pila (SP del inglés stack pointer) de una máquina Intel x86. En una máquina de registro

general, puede ser un registro reservado por convención, como el de las máquinas PDP-11

o RISC. Algunos diseños como el Data General Eclipse no tenían ningún registro dedicado

para el puntero de pila, pero usaron una dirección de memoria de hardware reservada

para esta función.

Registros de Propósito General: (en inglés GPRs o General Purpose Registers) pueden

guardar tanto datos como direcciones. Son fundamentales en la arquitectura de von

Neumann. La mayor parte de las computadoras modernas usa GPR.

REGISTROS ÍNDICE: En una CPU de computadora, un registro índice es un registro de

procesador usado para direccionar los datos de proceso hacia o desde la memoria RAM.

REGISTROS DE SEGMENTACIÓN: Segmentación (en inglés pipelining, literalmente tubería

o cañería) es un método por el cual se consigue aumentar el rendimiento de algunos

sistemas electrónicos digitales. Es aplicado, sobre todo, en microprocesadores. El nombre

viene de que para impulsar el gas en un oleoducto a la máxima velocidad es necesario

dividir el oleoducto en tramos y colocar una bomba que dé un nuevo impulse al gas. El

símil con la programación existe en que los cálculos deben ser registrados o sincronizados

con el reloj cada cierto tiempo para que la ruta crítica (tramo con más carga o retardo

computacional entre dos registros de reloj) se reduzca.

REGISTROS BASE: BX es el registro base, suele contener la dirección de inicio de una tabla

de valores.

REGISTRO DE BANDERAS: Sirven para indicar el estado actual de la máquina y el resultado

del procesamiento. De los 16 bits de registro de bandera 9 son comunes a toda la familia

de los procesadores 8086.

REGISTRO DE INSTRUCCIÓN IR: Es un registro de la unidad de control del CPU en donde se

almacena la instrucción que se está ejecutando. En los procesadores simples cada

instrucción a ser ejecutada es cargada en el registro de la instrucción que la contiene

mientras se es decodificada, preparada y a la final ejecutada, un proceso que puede tomar

varios pasos. Los procesadores más complejos usan una tubería de registros de instrucción

donde cada etapa de la tubería hace parte del trabajo, decodificación, preparación, o

ejecución, y después pasa el resultado a la siguiente etapa para realizar el siguiente paso

hasta que la instrucción es procesada totalmente.

REGISTRO DE DIRECCIÓN DE MEMORIA MAR: En arquitectura de ordenadores, el

Memory Address Register (MAR), en español Registro de Direcciones de Memoria, es un

registro específico de alta velocidad, integrado en el microprocesador. Este registro

contiene la dirección del dato que se quiere leer o escribir. El registro está conectado con

el bus de direcciones, y su contenido se refleja en este bus. El número de direcciones que

se pueden direccionar con una CPU depende del tamaño del MAR. Si el MAR tiene n bits

de tamaño entonces se podrán direccionar un máximo de 2n palabras.

REGISTRO INTERMEDIO DE MEMORIA MBR: Es el registro que contiene la palabra de

datos a escribir en memoria o la palabra leída más recientemente.

UNIDAD ARITMÉTICO - LÓGICA (ALU): es la parte que tiene que ver con toda la ejecución

de las operaciones aritméticas. Funciona con la tabla de registro para muchos de estos, en

particular, el acumulador y registro de banderas. El acumulador contiene los resultados de

las operaciones, mientras que el registro de marca contiene un número de bits que se

utilizan para almacenar información realizada por la Alu.

Tareas y subcomponentes

Suma y resta: realizadas por la construcción de puertas lógicas, como sumadores

complejos, además puede realizar las sustracción a través de uso de convertidores

Multiplicación y división: en la mayoría de los procesadores mdernos la multiplicación y

división de números enteros es manejado por determinado punto flotante de hardware

en la CPU.

Pruebas lógicas: se utilizan para cambiar los valores almacenados en el registro de la

bandera, de modo que se puedan comparar más adelante en operaciones separadas.

Comparación: comparan los valores con el fin de determinar cosas tales como si un

número es mayor, menor o igual a otro.

UNIDAD DE CONTROL: es la responsable de controlar mayor parte de la operación del

resto del procesador, se hace mediante la emisión de señales de control a las otras áreas

del procesador. Dando instrucción de lo que se va a realizar.

ELEMENTOS PRINCIPALES

Decodificador: decodifica las instrucciones que compone un programa cuando se está

procesando y determina en q acciones se deben tomar con el fin de poder procesarlos.

Reloj: garantiza que todos los procesos y las instrucciones se lleven a cabo y completas en

el momento adecuado.

CIRCUITOS LOGICOS DE CONTROL: se utilizan para crear las señales de control de sí

mismo que son enviados alrededor del procesador. Estas señales informan a la ALU y a la

tabla de registro las acciones, pasos que deben realizar y los datos que se deben utilizar

para llevar a cabo las acciones.

REGISTROS: es una ubicación de la memoria dentro de la CPU, diseñada para acceder a los

efectos de recuperación de datos rápido. Muchos tipos de registros son comunes entre la

mayoría de los diseños de microprocesadores estos son:

Contador de programa (PC): se utiliza para mantener la dirección de memoria de la

instrucción que se ejecuta en un programa.

Registro de instrucciones (IR): mantiene la instrucción en curso en el procesador mientras

está siendo codificado y ejecutado. Con el fin de que la velocidad del proceso de ejecución

sea reducida.

Acumulador (A): se utiliza para mantener el resultado de las operaciones realizadas por la

ALU.

SISTEMA DE BUS: es un cable que lleva la comunicación de datos entre los componentes.

El bus de sistema del sistema se compone de 3 grupos diferentes de cableado:

Bus de control: transporta las señales relacionadas con el control y la coordinación de las

actividades del equipo.

Bus de datos: se utiliza para el intercambio de información entre el procesador, la

memoria y los periféricos.

Bus de dirección: contiene las conexiones ente el microprocesador y la memoria que lleva

la señal a las direcciones de la CPU.

LA MEMORIA: También llamada almacenamiento se refiere a parte de los componentes

que integran una computadora. Son dispositivos que retienen datos informáticos durante

algún intervalo de tiempo. Las memorias de computadora proporcionan una de las

principales funciones de la computación moderna, la retención o almacenamiento de

información. Es uno de los componentes fundamentales de todas las computadoras

modernas que, acoplado a una unidad central de procesamiento (CPU por su sigla en

inglés, central processing unit), implementa lo fundamental del modelo de computadora

de Arquitectura de von Neumann, usado desde la década de 1940.

En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estado

sólido conocido como memoria RAM (memoria de acceso aleatorio, RAM por sus siglas en

inglés random access memory) y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento

rápido pero temporal. De forma similar, se refiere a formas de almacenamiento masivo

como discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético como discos duros y otros

tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más

permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque son fundamentales

para la arquitectura de computadores en general.

LOS PUERTOS: En la informática, un puerto es una forma genérica de denominar a una

interfaz a través de la cual los diferentes tipos de datos se pueden enviar y recibir. Dicha

interfaz puede ser de tipo físico, o puede ser a nivel de software (por ejemplo, los puertos

que permiten la transmisión de datos entre diferentes ordenadores en cuyo caso se usa

frecuentemente el término puerto lógico.

PUERTOS AISLADOS: Concentrador de 4 puertos USB con aislamiento de hasta 3 kV.

Protege los equipos de descargas provocadas por cualquier periférico o conexión USB.

Tanto el ordenador y el dispositivo USB conectado están protegidos contra

sobretensiones, interferencias EMI/RFI, y picos transitorios de voltaje que pueden causar

daños en la alimentación USB. El aislador es muy eficiente y seguro para eliminar

descargas, corrientes de tierra y proteger contra sobretensiones. Compatible con USB 2.0

y USB 1.1. Se suministra con fuente de alimentación de 12VDC (1A) que retro-alimenta

directamente los puertos USB y proporciona hasta 500mA de corriente a los dispositivos

conectados. El aislador USB ayuda a mejorar la estabilidad del sistema y la protección de

los equipos industriales. Cuando el host USB y los dispositivos USB operan con diferentes

tensiones de tierra, el USB-ISO-M es un protector ideal para prevenir daños.

PUERTOS MAPEADOS A MEMORIA E/S MAPEADA EN MEMORIA Y E/S: independiente

son dos métodos de implementar entradas/salidas entre los periféricos y la CPU en un

computador. Otro método no discutido en este artículo es usar DMA. La E/S mapeada en

memoria usa el mismo bus de direcciones para memoria y dispositivos de E/S, y las

instrucciones de la CPU usadas para acceder a la memoria son también usadas para

acceder a los dispositivos. Para tener espacio para los dispositivos de E/S, las áreas del

espacio direccionable por la CPU deben ser reservadas para E/S más que para memoria.

Esta reserva puede ser temporal Commodore 64 podía usar bank switch entre dispositivos

de E/S y memoria- o permanente. Cada dispositivo de E/S monitoriza el bus de direcciones

de la CPU y responde a cualquier acceso de esta al espacio de direcciones del dispositivo,

conectando el bus de datos con la localización en memoria física del dispositivo deseado.

ARQUITECTURA DE HARVARD

Este modelo utiliza los microcontroladores PIC, tiene la unidad central de proceso (CPU)

conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de

dos buses diferentes.

CARACTERÍSTICAS GENERALES

Su unidad de control es un sistema secuencial síncrono que puede ser Poseen dos buses

de cableado o programable según direcciones diferentes lo cual posea un circuito combi

nacional complica el sistema físico, cableado o programable, respectivamente. Su circuito

sobre todo si el procesador combi nacional suele ser una no se coloca en un solo memoria

de instrucciones no volátil circuito integrado. EPROM o FLASH que contiene las

direcciones de la memoria de datos (RAM). Reciben el nombre de procesadores de un

nivel porque El circuito combi nacional son capaces de realizar una de la unidad de control

operación y tomar una decisión en debe ser programable para función de su resultado en

teoría que el procesador lo sea en un solo ciclo del generador de también. Impulsos y en la

práctica en un máximo de dos.

VENTAJAS DE ESTA ARQUITECTURA

El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto

puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de

memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.

El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos,

logrando una mayor velocidad en cada operación.

PRINCIPALES LIMITACIONES DE LA ARQUITECTURA VON NEUMAN.

Una es la limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el

microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones

complejas.

Otra es la limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e

instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide

superponer ambos tiempos de acceso.

PROBLEMAS QUE SE ENCONTRARON EN LA INVESTIGACIÓN

Durante la realización de este protocolo surgieron algunas preguntas correspondiente a

esta unidad, pero contamos con suficiente material de apoyo, el cual una parte fue

suministrada por el tutor correspondiente a esta asignatura con el fin de hacer más fácil el

desarrollo de este actividad y aclara las respectivas inquietudes q surgieron.