MICROPROCESADORES II - Capítulo 1

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1 MICROPROCESADORES II - Capítulo 1
OBJETIVOS 1- Diagrama de bloques de una computadora. 2- Ciclos de carga, ejecución. 3- Bus de control, datos y direcciones. 4- Evolución de las computadoras. 5- Computadoras con interés histórico. 6- Diferencias entre un microprocesador, microcomputador y microcontrolador. 7- Procesador digital de señales ( DSP ). 8- Microprocesadores Intel 80x86. 9- Modo de operación real, protegido y virtual 80x86.

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PRIMERAS COMPUTADORAS. ENIAC Universidad de Pennsylvania 24 m. de largo 5,5 m. de alto 140 m2 de área. 18000 TUBOS DE VACÍO Programada con 6000 interruptores y cables. EDVAC En la misma universidad. Diseñada por Van Neumann, A.W. Burks y H.H. Goldstein. Primera computadora con memoria de programa almacenado. Construida en Capacidad de 1000 palabras en memoria con 10 dígitos por palabra. Carga de memoria con cinta perforada.

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ARQUITECTURA CON BUS DE DATOS, CONTROL Y DIRECCIÓN. EL BUS DE DATOS. Puede ser de 8, 16, 32 o 64 bits. Es utilizado para clasificar a un computador. El bus de datos externo puede ser diferente al interno. El microprocesador Pentium tiene el bus externo de 64 bits y el interno de 32 bits. BANCOS DE MEMORIA. El ancho de los bancos de memoria es de 8 bits. Las memorias SIMMs de 30 pines son de 8 bits, SIMMs de 72 pines son de 32 bits, DIMMs son de 64 bits.

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EL BUS DE DIRECCIONES. Identifica la palabra de memoria o dispositivo de entrada/salida. El bus de direcciones es de 20 bits para el 8086, 32 bits para 80386/80486, 36 bits para el Pentium. EL BUS DE CONTROL. Fundamentalmente tiene cuatro señales: Lectura de memoria. Escritura en memoria. Lectura de dispositivo de entrada/salida. Escritura a dispositivo de entrada/salida.

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PROBLEMAS 1.1 1.1.1 LOS TRES BLOQUES DE UNA COMPUTADORA DE PROGRAMA ALMACENADO SON: __________________. 1.1.2 EL PUNTERO A INSTRUCCIÓN ( PC ): A) CONTIENE LA DIRECCIÓN EN MEMORIA DE LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN A SER CARGADA AL REGISTRO DE INSTRUCCIONES. B) ESTA UBICADO DENTRO DEL PROCESADOR. C) ES INCREMENTADO AUTOMATICAMENTE CON CADA CICLO DE CARGA Y EJECUCIÓN DE INSTRUCCIÓN. D) TODOS LOS ANTERIORES. 1.1.3 LAS OPERACIONES ARITMÉTICAS COMPLEJAS SON LLEVADAS A CABO POR LA _____________________________ Y LOS RESULTADOS GUARDADOS EN __________________. 1.1.4 UNA MICROCOMPUTADORA CON UN BUS DE DIRECCIONES DE 24 BITS PUEDE ACCESAR _______________________ DIRECCIONES EN MEMORIA.

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1.1.5 LA UNIDAD DE MEMORIA DE UN MICROPROCESADOR REQUIERE __________________ BANCOS DE MEMORIA. 1.1.6 CUANDO UN PROCESADOR ESCRIBE DATOS AL TERMINAL DE VIDEO EN EL DIBUJO 1.1, SE ACTIVARÁ LA SEÑAL _______________ EN EL BUS DE CONTROL. 1.1.7 DE LOS TRES SISTEMAS DE BUS, UNICAMENTE EL ________________ ES BIDIRECCIONAL.

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HISTORIA DE LAS COMPUTADORAS. LA ERA DEL TUBO DE VACIÓ ( Computadoras de Primera Generación ). Voluminosas, con refrigeración. Tubos de vacío con vida útil de horas. Remington-Rand entregó primera computadora comercial UNIVAC I a la oficina del censo de E.U.A. en IBM entregó su primera computadora comercial en Thomas Watson Sr. Fundador de IBM predijo un mercado no superior a 8 computadoras para comunidad científica y comercial. Su hijo, Watson Jr. lo convenció entrar en el negocio.

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EL TRANSISTOR. Laboratorios BELL. William Shockley, John Barden y Walter Brattain inventan en el transistor bipolar. Reciben el premio Nobel en Física – En 1.954, en este laboratorio se fabrica la primera computadora con 800 transistores ( TRADIC ). IBM Aparece con sus primeras computadoras transistorizadas en La serir 7070/7090. Llamadas de Segunda Generación. Las computadoras eran construidas con circuitos impresos Montados en “racks” o “frames. De aquí el nombre “mainframe” para una computadora de gran tamaño.

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CIRCUITOS INTEGRADOS En 1959 Robert Noyce en Fairchild Semiconductors Corp. patentó la fabricación de componentes sobre un “wafer” Conectados con hilos de alambre de oro. Varios meses después Noyce, en Texas Instrumentes patentó la interconexión de los componentes mediante deposición metálica. Computadoras de Tercera Generación. En 1964, IBM anunció la computadora más exitosa en la historia de la computación, utilizaba circuitos integrados. Se trata de la serie IBM 360. IBM invirtió 5 billones de dólares en su desarrollo y lo convirtió en líder del negocio de las computadoras.

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IBM 360 Disponibles 6 modelos con 40 dispositivos auxiliares. Memoria entre 16k y 1Mbyte. Registros internos de 32 bits. Bus de direcciones de 24 bits. Bus de datos de 128 bits. Ejecutan instrucciones por segundo.

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MINICOMPUTADORAS. En Digital Equipment Corporatoin ( DEC ), Edson de Castro Desarrollo un computadora pequeño y económico. La PDP-8 ( Programmer Data Processor ) Utilizando circuitos impresos tenia el bajo precio de $25.000 La PDP-8 era de 12 bits y fue seguida por la PDP-11 con gran éxito comercial.

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En 1968, para fabricar circuitos integrados, fue fundada Intel ( Integrated Electronics ) por Robert Noyce y Gordon Moore fundadores de Fairchild. En 1969, BUSICOM compañía japonesa, les encomendo la fabricación de un chip para calculadora. Ted Hodd y Stan Mazor se encargaron del diseño y crearon la familia 4004. Consistía en: 4001 Rom de 2k con puerto de I/O de 4 bits. 4002 Ram de 320 bits con un puerto I/O de 4 bits. 4003 Registro serial de 10 bits. 4004 procesador de 4 bits. Luego siguió el 8008 en 1972, el 8080 en Motorola apareció con el M6800, Zilog con el Z80, MOS con el 6502.

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LAS COMPUTADORAS PERSONALES. MITS Altair es la primera computadora personal ofrecida en Se entregaba en “kit” por U.S. $ 399. Utilizaba el microprocesador 8080. Siguieron el IMSAI 8080, Procesor Technology con el Motorola 6800, conel Z80 North Star, Cromenco y Radio Shack. Steve Jobs y Steve Wozniak diseñan el Apple I basado en el MOS Technology Apple fue la compañía de más Rápido crecimiento en la historia de las computadoras. En 1982, IBM anuncia su computadora personal basada en el 8080 de Intel.

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MICROCONTROLADORES. Un microcontrolador es una computadora en un chip. Tienen múltiples aplicaciones en control general. Intel diseñó el primer microcontrolador. La familia 8048 de 8 bits a principios de los 80. Actualmente se les denomina “Embedded Systems” y están disponibles en arquitecturas desde 8 bits hasta 32 bits.

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SUPERCOMPUTADORAS. Tienen mayor capacidad de procesamiento para resolver Problemas muy complejos. CDC6600 y CDC7600 fueron las primeras supercomputadoras por Control Data Corporation. Diseñadas por Seymor Cray. En 1976 desarrollo la Cray-1 supercomputadora desarrollada con tecnología ECL. Con capacidad de Procesamiento de 130 Mflops. Costaba $ 5,1 millones. Una pentium de 100 Mhz proceso 150 Mlops.

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PROCESADORES PARALELOS. Para aumentar la capacidad de procesamiento, se utilizan Múltiples procesadores en un sistema. El HYPERCUBE es un conjunto de procesadores llamados nodos. El primer computador con esta arquitectura es el COSMIC CUBE desarrollado en el Instituto Tecnológico de California. Intel desarrolló un supercomputador con nodos de 1.000 Gflops ( 1 Teraflop ). Cada nodo tiene dos Pentium Pro de 200 Mhz. La memoria es de 600 Gbytes. Almacenamiento de disco de dos trillones de bytes

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Cray Research ofrece una supercomputadora llamada T3E. Refrigeración líquida, 2048 procesadores DEC Alpha EV5 Risc. Memoria entre 1 y 4 terabytes. Capacidad de procesamiento de 1,2 Teraflops.

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PROCESADORES RISC. A principios de los 80 comenzó esta nueva tendencia en el diseño de microprocesadores. Computadoras con un juego reducido de instrucciones ( RISC ) Reduced instrucction set computer. El procesador RISC i860 de Intel tiene las siguientes características: 82 instrucciones de 32 bits ( pocas ). Cuatro modos de direccionamiento ( pocos ). 32 registros de propósito general ( muchos ). Todas las instrucciones se ejecutan en un solo ciclo de reloj.

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MICROPROCESADORES PARA APLICACIONES ESPECÍFICAS. DSP – Digital Signal Processor. Las instrucciones y los datos están en memorias separadas con bus separado ( Arq. Harvard ). Multiplicadores de alta velocidad implementados en hardware. -Varias instrucciones se ejecutan simultaneamente. ( Pipelining ). -Lazos de programas implementados en hardware. -Varios puertos seriales de entrada/salida para comunicación con otros procesadores.

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PROBLEMAS 1.2 1.2.1 LAS COMPUTADORAS DE PRIMERA Y DE SEGUNDA GENERACIÓN ESTÁN ASOCIADAS CON ____________________ Y _________________________. 1.2.2 LA PRÍMERA COMPUTADORA EN UTILIZAR TECNOLOGÍA DE CIRCUITOS INTEGRADOS FUE ______________________________. 1.2.3 ¿CÓMO SE DIFERENCIA UNA MINICOMPUTADORA DE UNA COMPUTADORA MAINFRAME? 1.2.4 ¿CUÁL ES LA DIFERENCIA ENTRE UN MICROPROCESADOR Y UNA MICROCOMPUTADORA? 1.2.5 ¿PORQUÉ LOS MICROCONTROLADORES SON LLAMADOS “COMPUTADORAS OCULTAS? 1.2.6 ¿QUÉ ES UN PROCESADOR PARALELO? 1.2.7 ¿PORQUÉ LOS PROCESADORES RISC SON MÁS EFICIENTES QUE LOS PROCESADORES CISC? 1.2.8 ¿EN QUE SE DIFERENCIA UN DSP DE UN MICROPROCESADOR CONVENCIONAL?

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PROBLEMAS TEMA 1 1. LAS TRES PARTES PRINCIPALES DE UNA COMPUTADORA SON: 2. LAS COMPUTADORAS REPETIDAMENTE SIGUEN LA SECUENCIA ____ Y ________. 3. CUANDO UN DATO ES TRANSMITIDO DESDE LA MEMORIA HASTa EL PROCESADOR, SE ENCUENTRA EN EJECUCIÓN UN CICLO DE _______. 4. BAJO QUE CONDICIONES EL CICLO DE CARGA Y EJECUCIÓN PUEDEN SOBREPONERSE. 5. BAJO QUE CONDICIONES PUEDEN SOBREPONERSE LOS CICLOS DE DECODIFICACIÓN DE INSTRUCCIÓN Y EJECUCIÓN. 6. ENUMERE LOS TRES TIPOS DE BUS DE UNA COMPUTADORA. 7. LOS PROCESADORES 80x86 ORGANIZAN SU MEMORIA COMO BANCOS DE _______ BITS DE ANCHO. 8. UN PROCESADOR CON UN BUS DE DIRECCIONES DE 20 BITS PUEDE ACCEDER A ______________ BYTES DE MEMORIA.

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9. UN COMPUTADORA IBM 360 ES UN EJEMPLO DE UN COMPUTADORA DE ______________ GENERACIÓN. 10. EL PRIMER MICROPROCESADOR ESTABA BASADO EN UN ANCHO DE PALABRA DE __________ BITS. 11. UN MICROPROCESADOR CON ENTRADA/SALIDA Y MEMORIA INTEGRADA EN EL CIRCUITO INTEGRADO, SE DENOMINA ___________. 12. ¿CÓMO DIFIERE LA ARQUITECTURA DE UNA SUPERCOMPUTADORA Y UNA COMPUTADORA DE MESA? 13. ¿CUÁLES DE LAS SIGUIENTES CARACTERÍSTICAS CORRESPONDEN A UN PROCESADOR CISC? A)TODAS LAS INSTRUCCIONES SE EJECUTAN EN UN SOLO CICLO. B)UN NÚMERO PEQUEÑO DE REGISTROS INTERNOS. C)UN GRAN NÚMERO DE INSTRUCCIONES CON MUCHOS MODOS DE DIRECCIONAMIENTO. D)TODAS LAS INSTRUCCIONES TIENEN EL MISMO TAMAÑO.

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14. UN DSP ES: A) UN MICROPROCESADOR ANALÓGICO. B) UN MICROPROCESADOR OPTIMIZADO PARA EJECUTAR OPERACIONES REPETITIVAS. C) UN MICROPROCESADOR DISEÑADO PARA PROCESAR SEÑALES ANALÓGICAS PREVIAMENTE CONVERTIDAS A DIGITALES. D) ( B ) Y ( C ).