El modelo de Von Neumann

Modelo de Von Neumann ¿ De qué manera se puede ejecutar un algoritmo sobre una máquina ? ¿ Cómo hacer el hardware de la manera más general para este propósito ? ¿ Cual es la manera de diseñar hardware que pueda ejecutar un algoritmo ?

El modelo de Von Neumann ¿ Qué es un algoritmo ? Un conjunto de instrucciones lógicas. ¿ Qué elementos contiene ? Variables (Datos) Funciones o procedimientos (Instrucciones)

El modelo de Von Neumann ¿ Qué elementos se sugieren ? Elementos de almacenamiento. Memoria Registros Elementos de procesamiento Unidad central de procesamiento (CPU)

Modelo de Von Neumann Esquema totalmente paralelo.

Modelo de Von Neumann Esquema pseudo paralelo.

Modelo de Von Neumann Esquema de Von Neumann.

Modelo de Von Neumann Esquema de bus de sistema*.

Modelo de Von Neumann Esquema de bus de sistema.

Modelo de Von Neumann Otros esquemas. Harvard Princeton

La 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 10100010

Interfaz con la memoria ¿ Cómo hace la unidad de procesamiento para leer o escribir datos en la memoria ? MAR: Registro de dirección de memoria. MDR: Registro de datos de memoria. Procesos de Lectura y escritura en memoria.

Entrada - Salida 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.

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.

Unidad de procesamiento. Unidad de procesamiento (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.

Unidad de procesamiento. 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. Unidad de control: 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.

Unidad de procesamiento (suite)

Procesamiento de instrucciones Fetch instruction from memory Decode instruction Evaluate address Fetch operands from memory Execute operation Store result

Procesamiento de instrucciones Para la CPU, la instrucción es la unidad fundamental de trabajo. Una instrucción debe especificar dos cosas: El código de la operación a realizar. Los operandos necesarios para tal operación 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 conjunto de instrucciones (ISA).

Procesamiento de instrucciones: Fetch Cargar la siguiente instrucción a ejecutar dentro del registro de instrucción. 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 D EA OP EX S

Procesamiento de instrucciones: Fetch EA OP EX S

Procesamiento de instrucciones: Decodificación Se debe identificar primero el opcode y la función que se pretende realizar con la instrucción. MIPS: campos op y funct. Deben identificarse además los operandos de la instrucción y el destino d la misma. D EA OP EX S