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.