Introduccion Arquitectura de Computadoras

Introduccion Arquitectura de Computadoras

1. CPU

   • -Interpreta instrucciones
     • PROCESADOR I: Este debe de ser capaz de hacer unas operaciones aritmeticas logicas basicas, a partir de las cuales se pueden resolver problemas mas complejos.
   • Arquitectura de Computadoras: Von Neumann
     • PROCESADOR=Sistema|Memoria-Unidades de E/S = Interconexion|
       • La ejecucion de las instrucciones se produce de manera secuencia: Despues de ejecutar una instruccion se ejecuta la sigueinte instruccion que hay en la memoria principal, pero se puede romper la secuencia de ejecucion utilizando instrucciones de ruptura de secuencia.
         • ARITMETICAS: Suma|Resta|Multiplicacion|Division.
           • EL OBJETIVO DE LA ARQUITECTURA ES CONSTRUIR UN SISTEMA FLEXIBLE QUE PERMITA RESOLVER DIFERENTES TIPOS DE PROBLEMAS:
             • Ruptura de Secuencia: Salto condicional| Salto incondicional.
             • Programa + Datos -> Memoria
               • Logicas: AND|OR|XOR|NOT
                 • TRANSFERENCIA DE DATOS: Mover un dato de una localizacion a otra
     • Arquitectura Harvard
       • El procesador dispone de un sistema de conexion independiente para acceder a la memoria de instrucciones y a la memoria de datos.
         • Cada memoria y cada conexion pueden tener caracteristicas diferentes: Por ejemplo, el tamaño de las palabras de memoria, el tamaño de cada memoria y la tecnologia utilizada para implementarlas.
           • Debe haber un mapa de direcciones de instrucciones y un mapa de direcciones de datos separados.
             • Los microcontroladores y el DSP (Procesador de señales digitales) son dos tipos de comptadores que utilizan arquitectura harvard.
               • Microcontroladores
                 • Es un sistema encargado de controlar el funcionamiento de un dispositivo, por ejemplo, controlar que el nivel de un deposito de agua este siempre entre un nivel minimo y un nivel maximo o controlar las funciones de un electrodomestico.
                   • Un microcontrolador se considera un computador dedicado. Dentro de la memoria se almacena un solo programa que controla un dispositivo.
                     • Aplicaciones de Microcontroladores
                       • Estructura de un Microcontrolador
                         • 1. Unidad de Proceso | 2. Dispositivos de Entrada y Salida. | 3.Recursos auxiliares.
                           • 1. Procesador | Memoria de programa | Memoria de datos | Lineas de interconexion. 2. Temporizador | Convertidor A/D | Comparadores Analogicos | Puertos de comunicacion. 3. Circuito de reloj | Modos de bajo consumo | Temporizador de vigilancia | Reinicializacion o reset de procesador.
                       • Telecomunicaciones: Se utilizan en los telefonos moviles | Productos de gran consumo: Lavadoras, microhondas, lavavajillas. | Automocion: Airbags, Frenado. | Informatica: HDD, Teclado. | Industria: Robotica, Motores.
   • Memoria y E/S
     • Las instrucciones que ejecuta el procesador y los datos necesarios para cada instruccion estan almacenados en la memoria principal, pero para introducirlos en la memoria es necesario de un dispositivo de entrada.
       • Instrucciones + Datos -> Dispositivo Entrada Memoria
         • Estos resultados se deben representar a los usuarios , por lo que es necesario algun tipo de dispositivo de salida.
           • En un computador con arquitectura VON NEWMANN, ademas del procesador son necesarias otros elementos: DISPOSITIVOS DE SALIDA | MEMORIA PRINCIPAL
             • Perifericos
               • Segun la aplicacion del microcontrolador, son necesarios unos u otros. Los recursos mas habituales que hay en la mayoria de los microcontroladores son los siguientes:
                 • Circuito de Reloj | Temporizador | Temporizador de vigilancia | Convertidor ADC/DAC | Comparadores analogicos | Sistema de proteccion de fallos de alimentacion | Modos de funcionamiento de bajo consumo | Modulos de comunicacion
             • PROCESADOR DE SEÑALES
               • Es un dispositivo capaz de procesar en tiempo real señales procedentes de diferentes fuentes. Un DSP tiene caracteristicas propias de un microcontrolador y tambien de los microprocesadores. | Dispone de un procesador con gran potencia de calculo preparado para tratar señales en tiempo real y puede hacer operaciones aritmeticas.
                 • APLICACIONES DE DSP
                   • Procesamiento de Voz | Radar y sonar | Sismologia y Medicina | Reconocmiento de voz | Procesamiento de Imagenes | Compresion de audio | Telefonos moviles | Reproductor MP3 | Modems ADSI | Manos Libres | Osciloscopios
                 • ORGANIZACION DE UN DSP
                   • El procesador habitualmente dispone de multiples ALU y multiplicadores que son capaces de hacer distintas operaciones aritmeticas en un solo ciclo de reloj del sistema.
     • Sistema de Interconexion
       • El medio de interconexion habitual en la Arquitectura de VON NEWMANN, es el bus un medio de comunicacion compartido o multipunto, donde se conectan todos los componentes que se quieren interconectar
         • El sistema de interconexion es necesario pero generalmente no se considera una unidad funcional del computador.
           • Como se trata de un medio compartido, es necesario un mecanismo de control y acceso de bus.
             • PROCESADOR DE SEÑALES: Banco de Registros -> Banco de registros -> Unidad aritmetica logica -> Unidad de control = BUS INTERNO DE DATOS E INSTRUCCIONES: Sistema de E/S -> Bus -> Memoria.
   • PROCESADOR II: Señales de control -> Datos ->Unidad Aritmetica Logica -> Resultados
     • Cada instruccion maquina se ejecuta en el procesador genera un determinado conjunto de señales a fin que la ALU haga una operacion determinada.
       • INSTRUCCIONES DE TRANFERENCIA DE DATOS: Se pueden mover datos entre diferentes localizaciones del computador sin la intervencion de la ALU.
         • Dentro del procesador es necesaria una unidad, denominada unidad de control, que sea capaz de interpretar las instrucciones para generar el conjunto de señales de control necesarias para gobenar la ejecucion de las instrucciones.
           • Almacenar Datos: Bus de Datos -> BR | Recuperar Datos: BR -> Bus de Datos.
             • Componentes Procesador
               • Arquitectura RISC-CISC
                 • Caracteristicas de RISC/CISC
                   • Parametro: Tipo instrucciones, No. Isntrucciones, Duracion, Formato, ejecucion, Duracion, Formato, Ejecucion, Modos direccionamiento, Conjunto registros, Complejidad
                     • RISC: Simples, Reducido (30%-40%), Ciclo Reloj, Fijo, Paralelo, Simple, Multiple
                       • CISC: Complejo, Extendido, Ciclos reloj, Variable, Secuencial, Complejo, Unico.
                 • RISC: Instrucciones de maquina -> Ejecucion de instrucciones | CISC: Instrucciones maquina -> Conversion microcodigo -> Microinstrucciones -> ejecucion de microinstruccion
               • Contador Programa | Memoria Instruccion | Unidad de Control | Banco de registros | Memoria Datos | Unidad Aritmetica Logica | Unidad Punto Flotante | Registro de Estado | Bus Control | Bus Instrucciones | Bus Datos | Bus Direcciones | Bus compartido | Bus Particular.