PDF de programación - Arquitectura del computador

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

Ingeniería de Sistemas

SYC-30525

Realizado por:
Rojas Morales, Junipero,
Urdaneta Melean, Jorge Luis
Valera Antequera, Daviglem Anny

OBJETIVO ESPECIFICO

Describir los elementos conceptuales referidos a la

organización básica y diseño del computador
considerando los códigos de instrucción para
garantizar la correcta ejecución de instrucciones

- Instrucción: Código binario que especifica una serie de
microoperaciones (Posiciones consecutivas y se ejecutan
secuencialmente)

-Código de Instrucción: Grupo de bits que le dice a la
computadora como ejecutar una operación

- Operación a ejecutar
- Dirección de los operandos
- Donde se van a almacenar

- Código de Operación : Define operaciones como (Sumar,
Restar, Multiplicar, Desplegar, y Complementar)
-Bits requeridos : Depende la cantidad de operaciones
disponibles de la computadora y están sujeto a :

N=N
2

OPERACIONES

DIAGRAMA

Memoria

Instrucciones

(códigos)

Registro de Control

Lee

Interpreta

Señales de control

Copiar operando

Registro del procesador

Sumar operando

-Organización de un programa almacenado :
La mas simple es tener :

-Registro de procesador
-Formatos de códigos de instrucción

- Operación que se va a ejecutar
- Especifica la dirección

Memoria 4096 x 16

Instrucciones
(programas)

________________

Operandos

(datos)

15 12 11 0
Código de
Dirección
operación
memoria

Formato de
instrucción

16 operaciones
posibles

Palabras que se
Pueden almacenar

-Direccionamiento: Existen 3 tres de direccionamiento :

-Operando inmediato (Acceso directo)
-Direccionamiento directo (Accesa Dirección)
- Direccionamiento indirecto (Accesa otra Dirección)

- Se utiliza un bit del código de instrucción para

diferenciar los direccionamientos

Memoria
O ADD 457

22

Memoria
1 ADD 300
1350

35
300

457

OPERANDO

1350

OPERANDO

AC

AC

-Tipos de instrucciones: Los tipos son:

-Instrucciones aritméticas, lógicas y de corrimiento (Tipo de

datos)

-Instrucciones para mover información hacia y desde la

memoria y los registros del procesador (Datos=Memoria,
Cálculos=RP)

-Instrucciones de control de programa, junto con las

instrucciones que verifican las condiciones de estado ( tomar decisiones
y poder cambiar programa, TP)

-Instrucciones de entrada y salida ( comunicación C.U)

-Formato de instrucción :
Existen 3 tres formatos de instrucción

-Instrucción de referencia a memoria (CO = 000 al 110)
-Instrucción de referencia a registro (CO = 111, I=0)
-Instrucción de entrad – salida (CO = 111, I=1)

CÓDIGO DE DIRECCIÓN

I OPERACIÓN

Instrucción de
referencia a memoria

OPERACIÓN
0 1 1 1 DE REGISTRO

Instrucción de
referencia a registro

1 1 1 1 DE I - 0

OPERACIÓN

Instrucción de
entrada y salida

-Búsqueda y descodificación :

Registros en las computadoras

AR = Registro de dirección (Contiene la dirección de memoria)
PC = Contador del programa (Contiene dirección de instrucción)
IR = registro de instrucción (Código de instrucción)

CICLO DE INSTRUCCIONES

1. Buscar una instrucción de la memoria
2. Decodificar la instrucción
3. Verificar tipo de instrucción
4. Ejecutar instrucción
5. Volver al paso 1, con la siguiente instrucción (HALT)

-Búsqueda y descodificación :

15 14 12 11 0
CÓDIGO DE DIRECCIÓN

I OPERACIÓN

-Programa :
AR PC (Dirección de 1 instrucción)
IR M(AR), PC = PC + 1 (Leer instrucción)
D Decodificar(12-14), AR(0-11), I(15)
Volver a AR principal

DISEÑO LÓGICO DE PROCESADORES.

Interpretar el diseño lógico de la unidad aritmética-

lógica, reconociendo su importancia en la Arquitectura

OBJETIVO ESPECIFICO

del Computador

DISEÑO LÓGICO DE PROCESADORES.

Su función es ejecutar los programas almacenados
en la memoria central, tomando sus instrucciones,
examinándolas y ejecutándolas unas tras otra.

CONJUNTO DE REGISTROS

Almacena los datos que se usan durante la
ejecución de las instrucciones. Son varios registros
que se van a ejecutar.

UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA (ALU)

las micro operaciones

Lleva a cabo
requeridas para ejecutar las instrucciones.
Suma, resta, multiplicación y división.
Lógicas que son las comparaciones entre la
AND y OR.

A=B AND A=B y A=B OR A=B

UNIDAD DE CONTROL.
las transferencia de

Supervisa
información
entre los registros e instruye a la Unidad
Aritmética Lógica

CONTROL

CONJUNTO

DE

REGISTROS

UNIDAD

ARITMÉTICA
LÓGICA ALU

ORGANIZACIÓÓN GENERAL DE LOS REGISTROS
N GENERAL DE LOS REGISTROS
ORGANIZACI

Es la forma de organizar los accesos a las
operaciones,
las cuales se almacenan en
registros del procesador para ser más rápido el
proceso de búsqueda.

ORGANIZACIÓÓN GENERAL DE LOS REGISTROS
N GENERAL DE LOS REGISTROS
ORGANIZACI

R 7
.
.
.
R 2

R 1

R0
R 0

D
D

Selec A

MUX
MUX

A

MUX
MUX

Selec B

B

Selec D

Operaciones

ALU

Salida

PALABRA DE CONTROL

Nos permite verificar
los datos a
procesar y las operaciones a ejecutar.
Podemos decir que la instrucción es la
palabra de control.

ORGANIZACIÓN DE UNA PILA

PILA:
Es un dispositivo que permite almacenar
información.
Posee dos operaciones:
borrado de datos.

inserción y el

LIFOLIFO

Es un stack o pila o lista, último en entrar,
primero en salir.

* 1 0 0 0

*

1

0
0
0

0

Nos permiten llevar el orden que poseen los
registros.

APUNTADOR DE PILA (SP).
APUNTADOR DE PILA (SP).

Es el registro que contiene
la
dirección para la pila, ya sea para
cambiar, sacar o meter.

PILA DE REGISTRO
PILA DE REGISTRO

Esta pila en una parte de la memoria
grande o puede organizarse como un
conjunto de una cantidad finita de
palabras de memoria o registros.

DIAGRAMA DE BLOQUE DE UNA PILA DE 64 PALABRAS
Dirección
63

LLENO

VACÌO

SP

4

3

2

1
0

CC
BB
AA

DRDR

EMPUJAR (PUSH)
EMPUJAR (PUSH)

Es la operación de escritura, ya que es el
resultado de “empujar” un nuevo dato sobre
la parte superior.

Push

1

1

0

0

HACER SALTAR (POP).

Operación de BORRADO o recuperación de
datos, se le llama también “botar”
(pop)
porque es el resultado de quitar un dato para
que salga despedido de la pila.

SP

P0P
3

1

6

3

0

SP

11

6

0

PILA DE MEMORIA
PILA DE MEMORIA

Se implementa en la CPU para
asignar una parte de la memoria
a una operación de pila y al usar
un registro de procesador como
un apuntador de pila.
En ella se almacena programas
u
o
operandos y pila.

instrucciones,

datos

NOTACIÓÓN POLACA INVERSA
N POLACA INVERSA
NOTACI

Una organización de pila es muy eficiente
para evaluar las expresiones aritméticas, las
cuales pueden representarse de la siguiente
manera:

NOTACIÓÓN INTERNA FIJA
N INTERNA FIJA
NOTACI

Es donde cada operador escrito se encuentra
entre los operandos.

A+B

NOTACIÒN POSTERIOR FIJA
NOTACIÒN POSTERIOR FIJA

Se denomina notación polaca, coloca el operador
antes de los operandos.

+AB

NOTACIÒN POLACA INVERSA (RPN)
NOTACIÒN POLACA INVERSA (RPN)

Es una forma adecuada para la manipulación de la
pila, y nos indica como se ejecutan las operaciones
internas.

AB+

Ejemplos de Notacióón Polaca Inversa
n Polaca Inversa
Ejemplos de Notaci

1.-

2.-

A*B +C
AB*C+

A*B + C*D + E
AB* CD*+ E +

N DE LAS EXPRESIONES
EVALUACIÓÓN DE LAS EXPRESIONES
EVALUACI
ARITMARITMÉÉTICAS.
TICAS.

Es la combinación de la notación polaca
inversa con un arreglo de pila de registros.

Este procedimiento se emplea en algunas
calculadoras electrónicas y
también en
algunas computadoras.

EVALUACIÓÓN DE LAS EXPRESIONES
N DE LAS EXPRESIONES
EVALUACI
ARITMARITMÉÉTICAS.
TICAS.

La pila es particularmente útil para manejar
problemas grandes y complejos que
representan cadenas de cálculos.
El procedimiento consiste en convertir
primero la expresión aritmética a su notación
polaca inversa sin paréntesis.

EVALUACIÓÓN DE LAS EXPRESIONES
N DE LAS EXPRESIONES
EVALUACI
ARITMÉÉTICAS
TICAS
ARITM

todas

La mayoría de los compiladores, sin
considerar la organización de su CPU,
expresiones
convierten
aritméticas a notación polaca de todas
manera, porque este es el método más
traducir expresiones
eficiente para
aritméticas a instrucciones de lenguaje
máquina.

las

Ejemplos de la Evaluación de las Expresiones

Aritméticas.

1.-

2.-

(3*4) + (5*6)

34*56+

(76* 5 ) + (3*8)
765* 38* +

Unidad Central De Procesamiento
Unidad Central De Procesamiento

(CPU)
(CPU)

FORMATO DE LAS INSTRUCCIONES.
FORMATO DE LAS INSTRUCCIONES.

Una computadora tendrá varios formatos de códigos de
instrucciones. Normalmente el formato de una instrucción
se muestra en una caja rectangular que simboliza los bits
de instrucción conforme aparece en la palabra o memoria o
en un registro de control.
Los bits de la instrucción se dividen en grupos llamados
campos.

Los campos máás comunes:
s comunes:
Los campos m

1.1.-- Un campo de c
Un campo de cóódigo de operaci
2.2.-- Un campo de c
Un campo de cóódigo de direcci
3.3.-- Un campo de modo.
Un campo de modo.

digo de operacióón.n.
digo de direccióón.n.

Direccióón de registros:
n de registros:
Direcci

Es un núúmero binario de k bits que define uno de
mero binario de k bits que define uno de
Es un n
22kk en la CPU.
en la CPU.

Reloj

Ej.: R1 ← R2 + R3

Entrada
Externa

R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7

DEC
3 x 8

SELA

0
1
0

R2

MUX

R3

MUX

Canal A

Canal B

0 1

0
SELD

OPR

0
0
0
1
0

Unidad Lógica Aritmética
(ALU)

Salida

0
1
1

SELB

SELA = R2
SELB = R3
SELD = R1
OPR = A + B

Las computadoras pueden tener instrucciones
Las computadoras pueden tener instrucciones
de di