ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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) ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL MEMORIA k  m bits almacenados. Usualmente k = 2n. Dirección: Identificador único de localidad (n bits). Dato: contenido de cada localidad (m bits). Operaciones básicas: LOAD STORE 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 1101 1110 1111 • 00101101 Memoria de k=16 x 8bits ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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. ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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). ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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

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

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 ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

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

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

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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) ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL

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

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 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 Developer’s Manual Volume 2: Instruction Set Reference Principles of Computer Architecture Miles Murdocca and Vincent Heuring Chapter 4: The Instruction Set Architecture ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL