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PBN - 02 - 1 © Jaime Alberto Parra Plaza CLASE 2 HARDWARE DEL MICROPROCESADOR.

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1 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza CLASE 2 HARDWARE DEL MICROPROCESADOR

2 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza TEMAS DE HOY: Partes componentes de un computador El microprocesador La memoria Los puertos de entrada/salida Estructura interna del microprocesador

3 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Un sistema de cómputo consta de dos elementos fundamentales: computador y periféricos. Computador Periféricos de Entrada Periféricos de Salida

4 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza PERIFÉRICO: Dispositivo externo al computador y que sirve para que el computador se comunique con su entorno, ya sea con otro computador, con un proceso físico o con un ser humano.

5 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza EJEMPLOS DE PERIFÉRICOS: 1. De Salida: Vídeo, Impresora, Plotter, Modem, Unidad de Disco. 2. De Entrada: Teclado, Mouse, Scanner, Joystick, Modem, Unidad de Disco.

6 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza DIAGRAMA FUNCIONAL DE UN COMPUTADOR: Bus de DireccionesCPUMemoriaE/S Bus de Datos Bus de Control

7 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza CPU = Unidad Central de procesamiento. En un Microcomputador la CPU es un elemento llamado Microprocesador. E/S = Conexiones para Entrada/Salida, llamadas Puertos, en ellas se conectan los periféricos. BUS = Conjunto de conductores eléctricos que transportan información a través de señales de voltaje.

8 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza EL SISTEMA DE BUSES: Permite conectar muchos elementos entre sí utilizando sólo una línea (o conjunto de líneas) que entra y sale de cada elemento. Permite añadir o retirar módulos de un computador sin necesidad de hacer cambios laboriosos en la estructura física del equipo (es decir, un método del tipo plug and play - inserte y encienda -.)

9 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza BUS DE DIRECCIONES: Dado que las líneas de los buses son comunes a todos los elementos del computador, se asigna una dirección única a cada uno de ellos para poder diferenciarlos. La dirección es un número que es colocado por el microprocesador como una cantidad binaria sobre el bus de direcciones.

10 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza BUS DE DATOS: En él se ubica la información que requiera ser transferida de un sitio a otro del sistema. La cantidad de líneas en este bus se utiliza para indicar la capacidad de un microprocesador, hablándose entonces de microprocesadores de 8 bits, de 16 bits, de 32 bits, etc.

11 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza BUS DE CONTROL: Para impedir que haya conflictos en el bus de datos, si varios elementos intentan colocar simultáneamente información en él, se utilizan líneas que cierran o abren la conexión de los elementos a los buses. Esas líneas se agrupan en el bus llamado de control.

12 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza EXPRESIONES PARA DESIGNAR CANTIDADES BINARIAS: Página: 256 bytes Segmento: 64 Kbytes Kilo: 2 10 Mega: 2 20 Giga: 2 30 Nibble: 4 bits Byte: 8 bits Word: 16 bits Double: 32 bits (2 Words) Párrafo: 16 bytes

13 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza CARACTERÍSTICAS DEL MICROCOMPUTADOR PERSONAL TIPO IBM (PC): Microprocesador: 8088 de Intel Bus de Direcciones: 20 líneas Bus de Datos: 8 líneas (1 byte) Bus de Control: Variable según el modelo Memoria direccionable: 1 Megabyte (1 MB) Puertos E/S direccionables: 1024 (1 Kilo)

14 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza El microprocesador realiza, en esencia, dos tareas: 1. Comunicarse con los otros módulos para leer instrucciones o para leer/escribir datos. 2. Realizar operaciones sobre esos datos. Dado que esas tareas son independientes entre sí, para optimizar la labor del sistema el uP posee internamente dos módulos para cada una de esas labores:

15 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza EUBIU Bus del Sistema Unidad de Ejecución Unidad de Interfaz al Bus Bus Interno Cola de Instrucciones

16 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Reg. De Flags Registros de Trabajo Regs. de Direcc. Dec. de Instruc. Unidad de Control Cola de Instruc. ALU Bus Ext. Bus Interno

17 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza ALU = Unidad Aritmética y Lógica Flags = Indicadores de Resultados Registro = Conjunto de celdas que almacenan bits. Los registros del 8086 son todos de 16 bits.

18 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza El uP es un dispositivo electrónico que puede realizar una secuencia de instrucciones (programa). El programa debe ubicarse en una memoria externa al uP. La ejecución de un programa ocurre cuando el uP ejecuta una a una cada instrucción del programa. Tal ejecución consta de dos partes: Leer instrucción Realizar instrucción

19 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza 1. Leer la instrucción de la memoria (actúa la BIU) 2. Ejecutar la operación que indica la instrucción (actúa la EU) Para ambas labores es necesario almacenar temporalmente cierta información: En el paso 1 la dirección donde ubicar la instrucción y la instrucción misma, en el paso 2 los operandos y el resultado que se obtenga.

20 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Dentro del uP existen lugares de almacenamiento llamados registros. Un registro es físicamente igual a una memoria tipo RAM, con la característica de que sólo posee una fila. Registro bit n bit

21 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza REGISTROS DE LA BIU: 1. IP (Instruction Pointer) : Almacena la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. 2. Registros de segmento: Almacenan la dirección de inicio de cada uno de los 4 segmentos accesibles por el uP.

22 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza REGISTROS DE SEGMENTO: CS = Puntero al segmento de código DS = Puntero al segmento de datos estándar ES = Puntero al segmento de datos extra SS = Puntero al segmento de pila

23 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza REGISTROS DE LA EU: Registros de Trabajo Registros Índice Registros Puntero Registro de Banderas

24 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza AX Acumulador BX Base CX Contador DX Datos REGISTROS DE TRABAJO:

25 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza DI Índice Destino SI Índice Origen BP Puntero Base SP Puntero a Pila REGISTROS ÍNDICE: REGISTROS PUNTERO:

26 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Los registros de trabajo pueden también manipularse como registros de 8 bits: AL Acumulador BL Base CL Contador DL Datos AH BH CH DH Alta Baja

27 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza REGISTRO DE BANDERAS: Es un registro de 16 bits, de los cuales sólo se usan 9 bits. 6 de ellos sirven para indicar alguna característica de la última operación realizada por la ALU, fijándose en 1. Los otros 3 sirven para programar el uP en determinada modalidad.

28 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza OF: Overflow. El resultado no cabe en el rango definido para los operandos. SF: Sign. El resultado es negativo. ZF: Zero. El resultado es cero. AF: Auxiliar carry. Acarreo de nibble. PF: Parity. Cantidad de unos es impar. CF: Carry. Resultado generó acarreo. DF: Direction. Acceso a cadenas. IF: Interrupt. Atender interrupciones. TF: Trap. Fija el uP en el modo paso a paso.

29 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza MEMORIAS: Todo sistema microprocesado necesita dispositivos de memoria para su trabajo.Una memoria recuerda la información que se le entrega y la almacena en su interior. Existen 2 tipos de memorias: ROM RAM

30 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza MEMORIA DE SÓLO LECTURA (ROM): En ella la información viene grabada permanentemente y no puede ser modificada, sólo leída. Útiles para guardar programas y/o datos que no necesitan cambiarse.

31 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza En los microcomputadores, la ROM está dividida en dos partes: ROM BOOT ROM BIOS La ROM BOOT contiene el código que se ejecuta cuando el computador es encendido. La ROM BIOS posee las rutinas necesarias para comunicarse con los periféricos.

32 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza MEMORIAS DE LECTURA Y ESCRITURA (RAM): La información se puede leer y también sobrescribir información nueva sobre la anterior. En ella se ubican los programas que se cargan en el computador y los datos que se desarrollan al activar tales programas.

33 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Físicamente, una memoria (ROM o RAM) corresponde a una matriz de celdas, cada una con capacidad de almacenar un bit. Lógicamente, la memoria es vista como un vector de registros, cada uno con capacidad de almacenar un byte.

34 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza En esta forma, una memoria se caracteriza por dos parámetros: Contenido Dirección

35 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza CONTENIDO DE UNA MEMORIA: Es la información almacenada en una fila en particular, considerándola como una unidad. El contenido se liga directamente al bus de datos, el número de líneas (columnas) usual es de 8, 16, 32 ó 64.

36 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza DIRECCIÓN DE UNA MEMORIA: Es la posición de la fila en mención con respecto al conjunto de filas. El número total de posiciones de memoria (filas), para n líneas de dirección es de 2 n. Las n líneas surgen del bus de direcciones.

37 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza posmem 0 posmem 1 posmem k posmem 2 n - 2 posmem 2 n - 1 n líneas de dirección Contenido de la posmem k, con una anchura de m bits

38 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza SEGMENTACIÓN DE MEMORIA: El uP 8086 ve la memoria como si estuviera formada de bloques llamados segmentos. Un segmento tiene un tamaño de 64 Kbytes y la memoria total direccionable es de 1MB. Un segmento puede empezar en cualquier posición que sea múltiplo de 16 (10H):

39 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza 30140H MEMORIA Segmento 1 Segmento H 10020H 40140H

40 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza DIRECCIÓN FÍSICA VERSUS DIRECCIÓN LÓGICA: El mecanismo de segmentación permite aislar unas partes de la memoria de otras, lo cual es muy útil en programación. En este sentido, un segmento es como una pequeña memoria, la cual puede ser manipulada como si el segmento fuera la memoria entera.

41 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza puntero a la dirección de inicio puntero a la posición actual SEGMENTO Un segmento es accesado usando dos punteros:

42 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza El primer puntero, llamado SEGMENTO, indica la dirección absoluta donde comienza el bloque de memoria, DIVIDIDO ENTRE 10H. El segundo puntero, o DESPLAZAMIENTO (offset ), es la posición relativa de una fila dada, con respecto al inicio del bloque.

43 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza A raíz de esto, toda posmem puede indicarse por dos direcciones diferentes: DIRECCIÓN FÍSICA: Es la dirección absoluta que ocupa en la memoria física. DIRECCIÓN LÓGICA: Es la dirección relativa a un segmento en particular.

44 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza dir físicaMEMORIAdirs. lógicas 00000H Segmento H Segmento1 Inicio del segmento H Inicio del segmento H 23H B3H

45 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza La dirección lógica se da usando este formato: Segmento : Desplazamiento Para el ejemplo anterior sería: Respecto al segmento 1: 7H : B3H Respecto al segmento 2: 10H : 23H

46 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza GENERACIÓN DE UNA DIRECCIÓN FÍSICA: Tanto el segmento como el desplazamiento ocupan 16 bits ( 4 hexadecimales), mientras que la dirección física ocupa 20 bits (5 hexadecimales). La relación entre ellos se da así:

47 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza Segmento Desplazamiento x10H Dirección Física

48 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza EJEMPLOS: 15H: 49H 15H*10H + 49H = 150H + 49H = 199H 2AH: 305H 2AH*10H + 305H = 2A0H + 305H = 5A5H 7DH: 9ABH7DH*10H + 9ABH = 7D0H + 9ABH = 117BH Len

49 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza PREGUNTA 2: El sistema descrito se basa en el modelo de computador definido por Von Neumann en los años 50. ¿Qué otros modelos se han definido y cuáles arquitecturas se basan en ellos?

50 PBN © Jaime Alberto Parra Plaza


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