Perspectiva de Alto Nivel del Funcionamiento y de las interconexiones del computador Captulo 3 Fecha de presentacin

Debemos poder contestar las preguntas, Qu aspectos de diseo son los que permite que los componentes del computador pueda realizar sus funciones bsicas. Podemos describir los conceptos que permiten manejar y controlar la gestiones de proporciona las estructuras arriba sealadas.

Componentes del Computador Actuales.

Su diseo se basa en el diseo de creado por John von Neumann, en el Instituto de Estudios Avanzados de Priceton (Institute for Advances Studies Priceton) conocido como IAS. Los Tres conceptos Bsicos: o Los datos y las instrucciones se almacenan en

una sola memoria de lectura-escritura.

o Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posicin, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma.

o La ejecucin se produce siguiendo una

secuencia de instruccin tras instruccin (a no ser que dicha secuencia se modifique explcitamente).

Secuencia de funciones lgicas y

aritmticas

Secuencia de funciones lgicas y

aritmticas Programacin Software

Seales de control

Cdigos de instruccin

Datos Resultados

Secuencia de funciones lgicas y

aritmticas Programacin Hardware

Datos Resultados

Cmo se suministran las Seales de Control? El programa se realmente una secuencia de pasos.

Para cada paso, se requiere un nuevo conjunto de seales de control.

Se asocia un cdigo especfico a cada posible conjunto de seales de control. Se aade al hardware de uso general una parte encargada de generar las seales de control a partir del cdigo.

En vez de tener que reconfigurar el hardware para cada programa, se necesita es proporcionar una nueva secuencia de cdigos, una instruccin, y una parte del hardware interpreta cada instruccin y genera las seales de control.

Elementos necesarios: o Un Intrprete de instrucciones y o Un mdulo de uso general para las funciones

aritmticas y lgicas.

Instruccin

Datos

Instruccin

Datos

. . .

. . .

. . .

0 1 2 . . .

. . .

n-2 n-1

MAR

MBR

E/S BR

PC

IR

Unidad de ejecucin

E/S AR

CPU

Modulo de E/S

. . .

Registros

Bus del Sistema

PC= Ctrl. de prog. IR= Reg. de inst. MAR= Reg. dir. mem. MBR=Reg. buff. mem. E/S AR= Reg. dir. E/S E/S BR= Reg. buff. E/S

Funcionamiento del computador El procesador se encarga de ejecutar las instrucciones especificadas en el programa. La

forma ms simple consta de dos etapas:

El procesador lee (capta) la instruccin de memoria. Ejecuta. Esto consiste en la repeticin del proceso de captacin y ejecucin de instruccin.

El Procesamiento que requiere una instruccin se denomina ciclo de instruccin. Ciclo de ejecucin se para solo si:

o La mquina se Desconecta. o Se produce algn tipo de Error Irrecuperable o Ejecuta una instruccin del programa

que Detiene al computador.

Ciclo de captacin Ciclo de ejecucin

Ciclo de ejecucin Ciclo de captacin

Los Ciclos de Captacin y Ejecucin. Inicio de Ciclo de instruccin. El CPU capta una instruccin de Memoria, utiliza el reg. PC

(Program Counter) para seguir la pista de las instruccin que debe captarse a continuacin e incrementa PC (prox dir. mem.)

La instruccin captada se almacena en el reg. de CPU llamado IR (cdigo binario que especifica la accin que debe realizarla CPU. La CPU interpreta y lleva a cabo la accin requerida.)

Cuatro Tipos de Etapas que puede realizar: o Procesador Memoria: Debe transferir datos desde CPU a MEM o

viceversa. o Procesador E/S: Debe transferir datos a o desde Medio externo y

CPU. o Procedimiento de Datos: Realiza operaciones aritmtica o lgica

con los datos. o Control: Especifica la cual ser la siguiente accin.

Direccin

Codop

0

34

15

Formato de instruccin

0

1

15

Magnitud

Formato de enteros

Estados del Ciclo de Instruccin.

Captacin de

instruccin

Captacin de

operando

Almacena-miento de operando

Clculo de la dir. de operando

Operacin con datos

Clculo de la dir. de operando

Decodifica-cin de la operacin

de la instruccin

Calculo de la dir. de

instruccin

Varios resultados

Varios operandos

Cadena o vector de datos Instruccin completada captar siguiente instruccin

Nota: Algunos estados pueden no darse y otros pueden visitarse ms de una vez.

Estados del Ciclo de Instruccin. Clculo de la direccin de la instruccin (IAC):

Determina la direccin de la siguiente instruccin a ejecutar, sumando un nmero fijo a la direccin de la instruccin previa, dependiendo del tamao de la instruccin (dir. de la instruccin) y el tamao de la palabra de la memoria.

Captacin de instruccin (if): La CPU lee la instruccin desde su posicin en memoria.

Decodificacin de la operacin indicada en la instruccin (IOD): Analiza la instruccin para determinar e tipo de operacin a realizar y el (los)

operando(s) a utilizar. Clculo de la direccin del operando (OAC):

Si la instruccin implica una referencia a un operando en memoria o disponible mediante E/S, determina la direccin del operando.

Captacin de operando (OF): Capta el operando desde memoria o se lee desde el dispositivo de E/S.

Operacin con los datos (DO):

Ciclo de Instruccin

Operacin con los datos DO, data

operation

Alamacenamiento de operando OS, operand store

Programa Temporizacin E/S Fallo de hardware

Interrupciones

Generadas por alguna condicin que se produce como resultado de la ejecucin de una instruccin.

Generadas por un temporizador interno al procesador, OS.

Generadas por un controlador de E/S, indicando la finalizacin sin problema o avisando cierta condiciones de error.

Generadas por un fallo tal como la falta de potencia de alimentacin o un error de paridad en la memoria.

Permite al procesador

realizar otras instr. mientras una operacin

E/S est en curso.

Las llamadas al Prog. E/S estn

constituidas solo por el cd. de

preparacin y la orden de E/S

Mientras el disp. Externo est ocupado acept. datos de mem.

este proceso es concurrente con la ejec.

de instr. de usuario

Cuando el disp. ext. Pasa a estar preparado para

actuar, enva una seal de peticin de

interrupcin

Las Interrupciones y el ciclo de instruccin

Funcionamieto de las E/S Puede intercambiar datos directamente con el

procesador. El procesador puede iniciar una lectura o

escritura en memoria, especificando la direccin de un aposicin de ella.

El procesador puede leer o escribir datos de (o en) un mdulo de E/S determinado. En algunos ocasiones se permiten intercambios de E/S directamente a memoria, cediendo el procesador la autoridad para leer de o escribir en memoria a un mdulo de E/S esto recibe el nombre de Acceso directo a memoria DMA (Direct Memory Access).

Prog. de

usuario

Gestor de interrupcin X

Gestor de interrupcin Y

Estructura de Interconexin El conjunto de lneas que conectan los diversos mdulos

se denomina estructura de interconexin. Su diseo depender de los intercambios que deban producirse entre los mdulos.

Los tipos de intercambios que se necesita indicando las formas de las entradas y las salidas por mdulos:

Memoria: constituido por N palabras de la misma longitud, a esta se le asigna una nica direccin numrica (0,1,, n-1); se puede leer de o escribirse a la memoria utilizando las seales de control Read (leer) y Write (escribir) y la posicin de memoria se especifica mediante una direccin.

Mdulo de E/S: es similar a la memoria, hay dos tipos de operaciones, leer y escribir, y puede controlar ms de un dispositivo externo. A los cuales nos referimos a ellos como puertos (port), asignadoles direcciones (0,1,,M-1) accedidas a travs de Seales de Interrupcin.

Seales de control

Seales de interrup.

Instrucciones

Datos

Direccin

Datos

CPU

Datos inter.

Datos exter.

Leer

Escribir

Direccin

Mdulo de

E/S Datos inter.

Datos exter.

Seales de interrup.

M Puertos

Leer Escribir MEM

Direccin

Datos Datos

N Palabras 0 . . . N-1

Estructura de Interconexin Procesador: el procesador lee instrucciones y datos, escribe datos una

vez los ha procesado, y utiliza seales para contralar el funcionamiento del sistema. As tambin puede recibir seales de interrupcin.

Tipos de Transferencias: o Memoria a procesador: el procesador lee una instruccin o un dato desde la

memoria. o Procesador a memoria: el procesador escribe un dato en la memoria. o E/S a procesador: el procesador lee datos de un dispositivo de E/S a travs

de un mdulo de E/S. o Procesador a E/S: el procesador enva datos al dispositivo de E/S. o Memoria a E/S y viceversa: para ambos casos, un mdulo de E/S puede

intercambiar datos directamente con la memoria, sin que tengan que pasar a travs del procesador, utilizando el acceso directo a memoria (DMA).

Interconexin con Buses Es un camino de comunicacin entre dos o ms dispositivos y se caracteriza por ser un

medio de transmisin compartido, conectado a varios dispositivos; cualquier seal transmitida por uno de esos dispositivos est disponible para que los otros dispositivos conectados al bus puedan acceder a ella.

No se permite la transmisin simultaneas de dos dispositivos, esto puede causar un solapamiento o distorsin de la seal.

El bus esta constituido por varios caminos de comunicacin, o lneas. Cada una capaz de transmitir seales binarias, en un intervalo de tiempo; se puede transmitir una secuencia de dgitos binarios a travs de una nica lnea.

Se pueden utilizar varias lneas de bus para transmitir dgitos binarios simultneamente (en paralelo).

Existen varios tipos de buses que proporcionan comunicacin entre sus componentes a distintos niveles dentro de la jerarqua del sistema.

El bus que conecta los componentes principales del computador se denomina bus del sistema (system bus)

ESTRUCTURA DEL BUS

Bus

CPU

MEMORIA

MEMORIA E/S

E/S