Organización y Arquitectura de Computadoras -I
I-semestre 2011
Módulo 1:Componentes Generales del Computador
Por:
Ing. José Mendoza A.
Sistemas de Memoria Características de los sistemas de memoria:
Ubicación Capacidad Unidad de transferencia Método de acceso Prestaciones Dispositivo físico Características físicas Organización
Características de los sistemas de memoria
UBICACIÓN Memoria interna
Memoria principal Memoria local de la CPU Memoria interna de la UC de la CPU
Características de los sistemas de memoria
Memoria externa Dispositivos de almacenamiento periféricos
(discos, cintas, electrónicas) Accesibles por la CPU a través de controladores
E/S.
Características de los sistemas de memoria
CAPACIDAD Memorias internas: se expresa generalmente en bytes o en
palabras Longitudes de palabra típicas: 8,16 y 32 bits Memorias externas: se expresa generalmente en bytes
UNIDAD DE TRANSFERENCIA Palabra
Unidad básica de organización de la memoria Unidades direccionables
2n = N n: longitud de dirección N: Nº de unidades direccionables
Unidad de transferencia Nº de bits que se leen o escriben en memoria a la vez Memorias externas: bloques
Características de los sistemas de memoria
MÉTODO DE ACCESO
Acceso secuencial Organización en unidades de datos: Registros Acceso en una secuencia lineal específica Mecanismo de lectura/escritura compartida
que pasa de la posición original a la deseada Tiempo de acceso muy variable Ejemplo: cintas
Acceso directo Mecanismo de lectura/escritura que accede a
una vecindad, seguido de búsqueda secuencial hasta la posición final
Registros con una dirección física única Tiempo de acceso variable Ejemplo: disco
Características de los sistemas de memoria
MÉTODO DE ACCESO Acceso aleatorio (Random)
Acceso a posiciones de memoria por cableado físico Una posición cualquiera puede ser direccionada y
accedida directamente Tiempo de acceso constante e independiente de
accesos previos Ejemplo: memoria principal
Asociativa Es de acceso aleatorio Una palabra se recupera basándose en una porción
de su contenido Tiempo de recuperación de un dato es constante Compara ciertas posiciones de bits de una palabra
buscando coincidencia de ciertos valores Ejemplo: memoria caché
Características de los sistemas de memoria
PRESTACIONES Tiempo de acceso
Tiempo en que se realiza una operación de R/W para una memoria de acceso aleatorio (contado desde el instante en que se presenta una dirección a la memoria hasta que el dato ha sido memorizado)
Tiempo que tarda en situarse el mecanismo de R/W en la posición deseada
Tiempo de ciclo de la memoriaTiempo de acceso más un adicional hasta que pueda
iniciarse un segundo acceso a memoria Velocidad de transferencia
Velocidad con que se transfiere datos hacia o desde una unidad de memoria = frecuencia de acceso
Organización Elemento básico: celda de memoria Propiedades:
Presentan dos estables estables o semi-estables Puede escribirse en ellas Pueden leerse para detectar su estado
Celda
Escritura
Control
Entrada de datos
SelecciónCelda
Lectura
Control
DetecciónSelección
Estructura de memorias
Longitud de palabra
Dirección de memoria
0123
Datos
012
Nº de línea Etiqueta Bloque
Longitud de bloque
K palabras
2n-1
Memoria caché
Memoria principal
BUSES
Son el medio de comunicación que utilizan los diferentes componentes del procesador para intercambiar información entre sí, eventualmente los buses o una parte de ellos estarán reflejados en los pines del encapsulado del procesador.
En el caso de los microcontroladores, no es común que los buses estén reflejados en el encapsulado del circuito, ya que estos se destinan básicamente a las E/S de propósito general y periféricos del sistema.
Existen tres tipos de buses: Dirección: Se utiliza para seleccionar al
dispositivo con el cual se quiere trabajar o en el caso de las memorias, seleccionar el dato que se desea leer o escribir.
Datos: Son los datos de los programas o aplicaciones.
Control: Se utiliza para gestionar los distintos procesos de escritura lectura y controlar la operación de los dispositivos del sistema.
BUSES
BUSES Estructuras de interconexión en la red de módulos
elementales (CPU, memoria, E/S) Funciones del bus
Soportar la información a transmitir Realizar el tratamiento electrónico y físico de
las señales Evitar los ruidos Garantizar la correcta comunicación entre los
elementos que comparten el bus Realizar el arbitraje y la sincronización
Grupos funcionales: Bus de datos Bus de direcciones Bus de control
Buses
Tipos de transferencias: Memoria a CPU CPU a memoria E/S a CPU CPU a E/S Memoria a E/S y viceversa Otras funciones (control):
Consulta del estado de un dispositivo
Reconocimiento de la transferencia
Petición/cesión de bus Reloj
Estructura del bus Líneas de datos
Transferencia de bits Anchuras típicas: 8, 16, 32 bits
Líneas de dirección Designa fuente o destino Anchura del bus de direcciones determina la máxima
capacidad de memoria direccionable en el sistema Direccionamiento de puertos de E/S
Líneas de control Control de acceso y uso de líneas de datos y
direcciones Transmisión de información de temporización entre
módulos (validez de datos y direcciones) Transmisión de órdenes que indican operaciones a
realizar
Modo de operación Maestro (CPU y DMA)
Inicia y dirige la transferencia Esclavo (Memoria e interfaz E/S)
Obedece y accede a peticiones del maestro Enviar información de un módulo a otro:
Obtener el uso del bus Transferir los datos por el bus
Obtener información de otro módulo: Obtener el uso del bus Transferir la petición de información con las líneas de
dirección y control adecuadas Esperar a que envíen los datos
Elementos de diseño de un bus (2)
Tipos de buses Dedicadas
Permanentemente asignadas a una función o a un subconjunto físico de componentes del computador
Ejemplos: líneas para datos y líneas para direcciones; bus de E/S
Ventaja: elevado rendimiento Desventaja: mayor tamaño y costo
Multiplexadas en el tiempo Se transmiten direcciones y datos por las mismas
líneas, añadiendo una línea de control que indica validez de la dirección
Ventaja: ahorro de espacio y costo Desventaja: módulos con circuitos adicionales; cuello
de botella por demanda en el uso del bus
Elementos de diseño de un bus (5)
Anchura del bus Afecta a las
prestaciones del sistema
Cuanto más ancho es el bus de datos, mayor es el número de bits transmitidos a la vez
Cuanto más ancho es el bus de direcciones, mayor es el rango de posiciones a las que se puede hacer referencia
Tipos de transferencia de datos (2)
Operación de escritura (multiplexada)
Operación de lectura (multiplexada)
Dirección Dato(primer ciclo) (segundo ciclo)
Tiempo
Dirección DatoTiempo
de acceso
Dirección
Dato
Tiempo
Dato y dirección enviados por el maestro en el mismo ciclo, sobre líneas distintas
Operación de escritura (no multiplexada)
Dirección
Dato
Tiempo
Operación de lectura (no multiplexada)
Tipos de transferencia de datos (3)
Dirección Lectura de dato
Escritura de dato
Operación de lectura-después de-escritura
Dirección Dato Dato
Transferencia de bloques
Dirección Lectura de dato
Escritura de dato
Operación de lectura-modificación-escritura
Dato
Jerarquía del bus
Bus de expansión
Bus de sistema
Bus localCPU Caché
Controlador
Memoria Principal
Red SCSI Interfaz Módem Serie
Arquitectura de altas prestaciones
Bus de sistema
Memoria Principal
Bus de expansión
Bus local
CPU Caché/Adaptador
FAX
SCSI
Interfaz Módem Serie
Video Gráficos Bus de alta velocidad