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ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 1 MODELO VON NEUMANN MODELO HARVAR MODELO VON NEUMANN MEMORIA DE PROGRAMA Y DE DATOS UNIDAD DE PROCESAMIENTO.

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1 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 1 MODELO VON NEUMANN MODELO HARVAR MODELO VON NEUMANN MEMORIA DE PROGRAMA Y DE DATOS UNIDAD DE PROCESAMIENTO (DATAPATH Y CONTROL) INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA) CICLO DE UNA INSTRUCCIÓN –FETCH –DECODE INSTRUCTION –EVALUATE ADDRESS –FETCH OPERANDS FROM MEMORY –EXECUTE –ESTORE RESULT BIBLIOGRAFIA

2 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 2 MODELO HARVARD CPU SYSTEM PROGRAM MEMORY DATA MEMORY Que ventajas y desventajas puede analizar en el modelo?

3 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 3 MODELO VON NEWUMAN Que ventajas y desventajas puede analizar en el modelo? CPU SYSTEM DATA AND INSTRUCTION MEMORY

4 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 4 MODELO VON NEWUMAN Código de programa y de datos residen en la misma memoria. Las instrucciones se ejecutan de manera secuencial. Capacidad de realizar saltos (ruptura de la ejecución secuencial de las instrucciones)

5 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 5 DIAGRAMA GENERAL Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124

6 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 6 BUS DEL SISTEMA CPU SYSTEM MEMORY I/O DATA BUS ADDRESS BUS CONTROL BUS

7 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 7 MEMORIA k m bits almacenados. Usualmente k = 2 n. Dirección: único de localidad (n bits). Dirección: Identificador único de localidad (n bits). Dato: contenido de cada localidad (m bits). Operaciones básicas: LOADSTORE Memoria de k=16 x 8bits

8 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 8 MEMORIA DE PROGRAMA Y MEMORIA DE DATOS En el modelo Von Neumann la memoria contiene el código del programa a ejecutar y los datos del mismo. MAR: Memory Address Register MDR: Memory Data Register

9 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 9 I / O Se trata de dispositivos que transfieren datos desde y hacia la memoria del computador. Cada dispositivo tiene su propia interfaz, usualmente un conjunto de registros como MAR y MDR. Algunos dispositivos son capaces de escribir directamente en la memoria sin pasar por la unidad de procesamiento (DMA).. Al software encargado de controlar el acceso a un dispositivo se llama driver.

10 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 10 UNIDAD DE PROCESAMIENTO Se puede dividir a la unidad de procesamiento en dos partes. En el datapath o sección de datos se encuentra el hardware sin inteligencia, es decir, la ALU, los registros, etc. La inteligencia reside en la sección de control, que interpreta las instrucciones y gestiona su ejecución.

11 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 11 UNIDAD DE PROCESAMIENTO Y EL DATAPATH Unidades funcionales. – –ALU – –Unidades de propósito especial Registros. – –Pequeños espacios de almacenamiento. – –Operandos y resultados de las unidades funcionales. Tamaño de la palabra. – –Se refiere generalmente al número de bits que maneja la ALU. – –Es también el tamaño de los registros.

12 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 12 UNIDAD DE PROCESAMIENTO CONTROL Coordina la ejecución de los programas. Registro de Instrucción (IR): Contiene la instrucción actual. Contador de programa (PC): Contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar. Funciones Lee una instrucción de la memoria. La dirección de dicha instrucción se encuentra en el PC. Interpreta la instrucción diciéndole a los elementos del datapath qué hacer. La ejecución puede tomar varios ciclos de máquina.

13 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 13 INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA) OPCODE (6) Rs1 (5) Rd (5) INMEDIATE (16) RD<= RS1 OP INMEDIATE I-TYPE INSTRUCTION DLX INSTRUCTION FORMAT INTEL ARCHITECTURES INSTRUCTION FORMAT Biblio (Intel Architecture Software Developers Manual Volume 2: Instruction Set Reference)

14 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 14 INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA) Para la CPU, la instrucción es la unidad fundamental de trabajo. Una instrucción debe especificar dos cosas: - -El código de la operación a realizar (OPCODE). - -Los operandos necesarios para tal operación (OPERANDS) Las instrucciones se codifican formando una secuencia de bits, justo como sucede con los datos. - -El tamaño de las instrucciones puede ser fijo o variable. - -La unidad de control en la CPU se encarga de interpretar la instrucción y generar la coordinación necesaria entre el hardware. A las instrucciones de un computador y sus formatos se les conoce como arquitectura del Instruction Set Architecture (ISA).

15 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 15 CICLO DE UNA INSTRUCCION FETCH INSTRUCTION DECODE INSTRUCTION EVALUATE ADREESS FETCH OPERANDS FROM MEMORY EXECUTE OPERATION STORE RESULT

16 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 16 PRELIMINARES –PC (PROGRAM COUNTER) registro que contiene la dirección de siguiente instrucción a ejecutar –IR (INSTRUCTION REGISTER) registro que contiene la actual instrucción.

17 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 17 FETCH Cargar la siguiente instrucción a ejecutar (PC) dentro del registro de instrucción (IR) - -Descargar el contenido del PC en el MAR. - -Enviar una señal de lectura a la memoria. - -Leer el contenido del MDR y cargarlo en el registro IR. El PC debe quedar incrementado. – –MIPS: PC PC + 4

18 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 18 FETCH Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124 FIGURE 4.3

19 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 19 DECODE INSTRUCTION Identificar el OPCODE. Dependiendo de la operación, identificar los operandos de origen.

20 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 20 EVALUATE ADREESS Algunos operandos pueden estar en los registros o pueden requerir acceso a memoria, dependiendo del modo de direccionamiento

21 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 21 FETCH OPERANDS FROM MEMORY Cuando se identifican los operando se envían como direcciones al Register File. Se entregan los valores direccionados por los operandos en el IR a la ALU

22 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 22 FETCH OPERANDS FROM MEMORY Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124 FIGURE 4.3

23 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 23 EXECUTE La ALU ejecuta la operación con los operandos. La unidad de control le indica cual es la operación a realizar

24 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 24 EXECUTE Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124 FIGURE 4.3

25 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 25 STORE RESULT Adquirir el DR (Destination Register) from IR (Instruction Register). Enviar el DR al Register File como una dirección. Almacenar el resultado que entrega la ALU en el Register File (será almacenado en la dirección apuntada por DR)

26 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 26 STORE RESULT Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124 FIGURE 4.3

27 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 27 REFERENCIAS (CHAPTER 4) THE VON NEUMANN MODEL. © 2003 BYU ECE - ECEN 124 MC Graw Hill Companies, inc. Chapter 4. The Von Neumann Model. Intel Architecture Software Developers Manual Volume 2: Instruction Set Reference Principles of Computer Architecture Miles Murdocca and Vincent Heuring Chapter 4: The Instruction Set Architecture


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