Organización de la Computadora Capítulo 3 Organización de la Computadora y funcionamiento del HW

Objetivos Generales Describir las partes internas de la computadoras dando el enfoque del modelo Pequeño Hombre computadora Describir la forma en que se procesan los datos en el modelo Pequeño Hombre Computadora.

INTRODUCCIÓN El poder de la computadora no proviene de su complejidad, sino de su capacidad de efectuar operaciones simples a gran velocidad.

INTRODUCCIÓN Se utiliza el modelo pequeño hombre computadora, que lo creó el Dr. Stuart Madnick en el MIT durante 1965, con fines pedagógicos.

INTRODUCCIÓN Todas las operaciones de la computadora se reduce a un numero de instrucciones para que se pueda entender como maneja los datos internamente la PC.

INTRODUCCIÓN Todas las operaciones de la computadora se reduce a un numero de instrucciones para que se pueda entender como maneja los datos internamente la PC.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA 123 Calculadora 00 500 01 199 02 … Cesto de Entrada Pequeño Hombre Computadora 97 98 99 123 Cesto de Salida Buzones 05 Contador de ubicación de instrucciones Botón de reinicio

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA El modelo consta de una sala de correo, en donde existen una serie de 100 buzones de correo, numerados con una dirección que va del 00 al 99. Cada buzón esta diseñado para alojar una tira de papel, donde esta escrito un número decimal de tres dígitos.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA En contenido de un buzón no es lo mismo que su dirección. Además, existe una calculadora que sirve para introducir y conservar temporalmente números, así como para restar y sumar.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Hay un contador manual de dos dígitos del tipo que permite hacer un clic para incrementar el conteo. Su botón de reinicio se encuentra fuera de la sala de correo. A este contador lo llamaremos contador de ubicación de instrucciones.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Fuera del interruptor de reinicio en el contador manual, las únicas interacciones entre el Pequeño Hombre Computadora y el ambiente son un cesto de entrada y uno de salida.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Un usuario fuera del salón de correo puede comunicarse con el Pequeño Hombre Computadora dejando en el cesto de entrada un trozo de papel de tres dígitos, para que lo lea en le momento más conveniente.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Advierta que toda comunicación entre el Pequeño Hombre Computadora y el mundo externo, así como en el interior de la sala de correo, se lleva a cabo utilizando números de tres dígitos.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Para que el PHC funciones se ha inventado un grupo de instrucciones que puede realizar. Cada instrucción consta de un solo dígito. Emplearemos el primer dígito para indicar que operación realizar.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA En algunos casos la operación requerirá que utilice un buzón para guardar o recuperar datos. Como solo se utiliza un dígito para la operación, se utiliza los restantes dígitos para indicar la dirección correspondiente

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA 3 2 5 Instrucción Dirección del buzón

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA LOAD: código de operación 5. STORE: código de operación 3. ADD: código de operación 1. SUBTRACT: código de operación 2. INPUT: código de operación 9, dirección 01. OUTPUT: código de operación 9 , dirección 02. HALT: código de operación 0.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción LOAD.- Se dirige a la dirección especificada en la instrucción. Lee el contenido de la dirección. Va a la calculadora. Perfora el número. Introduce el número.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción STORE.- Se dirige a la calculadora. Lee el número de la calculadora. Lo anota en un papel. Lo pone en el buzón cuya dirección se especifico como parte de la instrucción.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción ADD.- Se dirige a la dirección especificada en la instrucción. Lee el contenido de la dirección. Va a la calculadora. Lo suma al valor contenido en la calculadora.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción SUBTRACT.- Se dirige a la dirección especificada en la instrucción. Lee el contenido de la dirección. Va a la calculadora. Lo resta del valor contenido en la calculadora.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción INPUT.- Se dirige al cesto de entrada. Recoge el trozo de papel. Se encamina a la calculadora. Perfora el número. Introduce el número en la calculadora.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción OUTPUT.- Se dirige a la calculadora. Anota el número en un trozo de papel. Se dirige al cesto de salida. Ubica el trozo de papel en dicho cesto.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucción HALT.- El PHC descansa un poco. Ignorará la parte de la instrucción correspondiente a la dirección.

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Las instrucciones que hasta ahora hemos definido caen dentro de cuatro categorías: Instrucciones que mueven los datos (LOAD, STORE).

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Instrucciones que realizan operaciones aritméticas simples (ADD, SUBTRACT). Instrucciones que realizan la E/S (INPUT, OUTPUT). Instrucciones que controlan la máquina (HALT).

FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA Por ejemplo: Código de contador Instrucción Descripción de la Instrucción 00 901 Introducir 1er número 01 399 Guardar los datos 02 Introducir 2do número 03 199 Sumarle 1er número 04 902 Mostrar resultado 05 000 Parada 99 Datos

EL CICLO DE INSTRUCCIONES Con la expresión ciclo de instrucciones se designa a los pasos que el Pequeño Hombre Computadora realiza al ejecutar una instrucción. Este ciclo es similar en todas las instrucciones.

EL CICLO DE INSTRUCCIONES La Captación, la conforman los siguientes pasos: El PHC lee la dirección en el Contador de ubicaciones. Se dirige al buzón correspondiente. Lee el número (contenido de la dirección).

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 25 589 … 25 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 25 589 … 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 5 89 25 589 … 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES La Ejecución, la conforman los siguientes pasos: El PHC se dirige a la dirección que le da la instrucción. Lee el número de ese buzón. Se dirige a la calculadora, perfora el número y lo introduce. Se encamina al Contador de locaciones y hace clic en el.

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 5 89 25 589 … 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 222 25 589 … 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 222 222 25 589 … 89 222 25

EL CICLO DE INSTRUCCIONES 333 25 589 … 89 222 26

NOTA ADICIONAL A John von Neumann suele considerársele el creador de la computadora tal como la conocemos hoy. Entre 1945 y 1951 estableció una serie de directrices que hoy se conocen como la organización von Neumann de la computadora.

NOTA ADICIONAL Se han diseñado y creado otras organizaciones experimentales, pero la suya continúa siendo la norma; hasta la fecha ninguna otra ha alcanzado éxito comercial.

NOTA ADICIONAL Las principales directrices que definen la organización propuesta por von Neumann:

NOTA ADICIONAL La memoria contiene los programas y los datos; a esto se le llama concepto de programa almacenado. Es un concepto que permite modificar los programas fácilmente.

NOTA ADICIONAL La memoria se direcciona linealmente, es decir, existe una sola dirección numérica secuencial en todas las localizaciones de ella.

NOTA ADICIONAL La memoria se direcciona mediante el número de ubicación, prescindiendo de los datos allí contenidos.

NOTA ADICIONAL Las instrucciones se ejecutan secuencialmente a menos que una instrucción o un evento externo haga que se introduzca una bifurcación.

NOTA ADICIONAL Además, según lo definió van Neumann, esta se compone de una Unidad de Control, una unidad Aritmético-Lógica y de una Unidad de Memoria.

NOTA ADICIONAL El modelo de Pequeño Hombre Computadora se ajusta al modelo organizacional de computadoras de von Neumann.

PREGUNTAS DE REPASO Realice el siguiente programa PHC: OUT = IN1 + IN2 – IN3

PREGUNTAS DE REPASO ¿Cuáles son los criterios que definen la organización de von Neumann? ¿De qué manera se explica el ejemplo de este capítulo en que introducimos y sumamos dos números?

PREGUNTAS DE REPASO Considere el ejemplo de la suma de dos números. Suponga que hayamos colocado la primera entrada en la localización 00 del buzón. ¿Habría provocado el programa el mismo resultado? ¿A qué característica de la computadora se debe?.

PREGUNTAS DE REPASO En la versión original del PHC se usó el código de operación 7 (700) para la instrucción HALT en vez de 0. ¿Qué ventaja tiene utilizar 000 con la instrucción HALT en vez de 700? (Sugerencia: imagine lo que sucedería si el programador olvidara introducir una instrucción HALT al final del programa).

PREGUNTAS DE REPASO Suponga que el PHC fue implementado como una computadora binaria de 16 bits. Suponga que el PHC binario ofrece el mismo conjunto instrucciones con los mismos códigos (en binario naturalmente)

PREGUNTAS DE REPASO y el mismo formato de instrucciones ( código de operación + la dirección) ¿Cuántos bits se necesitarán en la parte de la instrucción correspondiente al código? ¿Cuántos buzones podrían caber en la computadora binaria?.