PDF de programación - Estructura de computadores

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Estructura de
computadores

Miquel Albert Orenga
Gerard Enrique Manonellas

PID_00177069

CC-BY-SA • PID_00177069

Estructura de computadores

Miquel Albert Orenga

Gerard Enrique Manonellas

Licenciado en Informática por la
Universidad Autónoma de Barcelo-
na. Profesor de la Escuela Universita-
ria Tomàs Cerdà (centro adscrito a
la UAB). Desarrolla su actividad do-
cente en las áreas de estructura y ar-
quitectura de computadores, redes
y bases de datos.

Licenciado en Informática por la
Universidad Autónoma de Barcelo-
na. Profesor de la Escuela Universita-
ria Tomàs Cerdà (centro adscrito a
la UAB). Desarrolla su actividad do-
cente en las áreas de estructura y ar-
quitectura de computadores y SOA.

El encargo y la creación de este material docente han sido coordinados
por los profesores: Montse Serra Vizern, David Bañeres Besora (2011)

Primera edición: septiembre 2011
© Miquel Albert Orenga, Gerard Enrique Manonellas
Todos los derechos reservados
© de esta edición, FUOC, 2011
Av. Tibidabo, 39-43, 08035 Barcelona
Diseño: Manel Andreu
Realización editorial: Eureca Media, SL
Depósito legal: B-23.646-2011

Los textos e imágenes publicados en esta obra están sujetos –excepto que se indique lo contrario– a una licencia de
Reconocimiento-Compartir igual (BY-SA) v.3.0 España de Creative Commons. Se puede modificar la obra, reproducirla, distribuirla
o comunicarla públicamente siempre que se cite el autor y la fuente (FUOC. Fundació per a la Universitat Oberta de Catalunya), y
siempre que la obra derivada quede sujeta a la misma licencia que el material original. La licencia completa se puede consultar en:
http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/es/legalcode.ca

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Contenidos

3

Estructura de computadores

Módulo didáctico 1
El computador
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1.
2. Arquitectura Von Neumann
3. Arquitectura Harvard
4.

Evolución de los computadores

El computador

Módulo didáctico 2
Juego de instrucciones
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1.
2. Modos de direccionamiento

Juego de instrucciones

Módulo didáctico 3
El procesador
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1. Organización del procesador
2. Ciclo de ejecución de las instrucciones
3. Registros
4. Unidad aritmética y lógica
5. Unidad de control
6. Computadores CISC y RISC

Módulo didáctico 4
Sistema de memoria
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1. Características de las memorias
2.
3. Memoria caché
4. Memoria interna
5. Memoria externa

Jerarquía de memorias

Módulo didáctico 5
Sistema de entrada/salida
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1. Aspectos básicos del E/S
2.
3.
4.
5. Comparación de las técnicas de E/S

E/S programada
E/S con interrupciones
E/S con acceso directo a memoria

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4

Estructura de computadores

Módulo didáctico 6
Programación en ensamblador (x86-64)
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1. Arquitectura del computador
2.
3.
4.
5. Conceptos de programación en ensamblador y C
6. Anexo: manual básico del juego de instrucciones

Lenguajes de programación
El lenguaje de ensamblador para la arquitectura x86-64
Introducción al lenguaje C

Módulo didáctico 7
La arquitectura CISCA
Miquel Albert Orenga y Gerard Enrique Manonellas
1. Organización del computador
2.
3.
4.

Juego de instrucciones
Formato y codificación de las instrucciones
Ejecución de las instrucciones

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Bibliografía

5

Estructura de computadores

Angulo, J. M. (2003). Fundamentos y Estructura de Computadores (2.ª edición).
Paraninfo.

Angulo, J. M. (2006). Microcontroladores PIC. Diseño práctico de aplicaciones.
Segunda parte: PIC16F87X, PIC18FXXXX (2.ª edición). McGraw-Hill.

Angulo, J. M. (2007). Microcontroladores PIC. Primera parte (4.ª edición). Mc-
Graw-Hill.

Dandamundi, S. (2005). Guide to Assembly Language Programming in Linux
(1.ª edición). Springer.

Charte, F. (2003). Ensamblador para DOS, Linux y Windows (1.ª edición). Anaya
Multimedia.

Duntemann, J. (2009). 8088-8086/8087 Assembly Language Step-by-Step. Pro-
gramming with Linux (3.ª edición). John Wiley Publishing.

Hamacher, C.; Vranesic, Z.; Zaky, S. (2003). Organización de computadores
(5.ª edición). McGraw-Hill.

Hennessy, John L.; Patterson, David A. (2002). Arquitectura de computado-
res. Un enfoque cuantitativo (1.ª edición). McGraw-Hill.

Miguel, Pedro de (2004). Fundamentos de los computadores (9.ª edición).
Thomson-Paraninfo.

Patterson, David A.; Hennessy, John L. (2009). Computer organization and
design. The hardware/software interface (4.ª edición). Morgan Kaufmann.

Prieto, A.; Lloris, A.; Torres, J. C. (2006). Introducción a la Informática (4.ª
edición). McGraw-Hill.

Stallings, W. (2006). Organización y arquitectura de computadores (7.ª edición).
Prentice Hall.

Stallings, W. (2009). Computer Organization and Architecture: Designing for Per-
formance (8.ª edición). Prentice Hall.

Documentos electrónicos

AMD64. Architecture Programmer's Manual. Volumen 1: Application Program-
ming.
<http://support.amd.com/us/Processor_TechDocs/24592.pdf>

AMD64. Architecture Programmer's Manual. Volumen 2: System Programming.
<http://support.amd.com/us/Processor_TechDocs/24593.pdf>

AMD64. Architecture Programmer's Manual. Volumen 3: General-Purpose and
System Instructions.

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6

Estructura de computadores

<http://support.amd.com/us/Processor_TechDocs/24594.pdf>

Intel® 64; IA-32. Architectures Software Developer's Manuals.
<http://www.intel.com/products/processor/manuals/>

El computador


Miquel Albert Orenga
Gerard Enrique Manonellas

PID_00177070

CC-BY-SA • PID_00177070

El computador

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o comunicarla públicamente siempre que se cite el autor y la fuente (FUOC. Fundació per a la Universitat Oberta de Catalunya), y
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Índice

El computador


Introducción...............................................................................................

Objetivos.......................................................................................................

1. El computador....................................................................................
1.1. Arquitectura y organización del computador .............................
1.2.
Tipos de arquitecturas .................................................................


2. Arquitectura Von Neumann............................................................
2.1.
Procesador ....................................................................................
2.2. Memoria y unidades de E/S ........................................................
2.3.
Sistema de interconexión ............................................................


3. Arquitectura Harvard.......................................................................
3.1. Microcontroladores .....................................................................
3.1.1.
Estructura de un microcontrolador ...............................
3.1.2. Organización de la unidad de proceso ..........................
3.1.3. Dispositivos de E/S y recursos auxiliares .......................
Procesador de señales digitales ...................................................
3.2.1. Organización de un DSP ...............................................

3.2.


4. Evolución de los computadores.....................................................
Evolución del procesador ............................................................
4.1.
Evolución del sistema de memoria .............................................
4.2.
Evolución del sistema de interconexión .....................................
4.3.
4.4.
Evolución del sistema de E/S ......................................................
4.5. Microprocesadores multinúcleo ..................................................


Resumen.......................................................................................................

5

6

7
8
9

10
11
12
12

14
14
15
16
17
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18

20
21
21
22
22
23

25

CC-BY-SA • PID_00177070

Introducción

5

El computador

En este módulo se describe el concepto de computador y también su organiza-
ción interna, los elementos que forman parte de él, el funcionamiento general
que tienen y cómo se interconectan.

Se explican los dos tipos de organizaciones principales, Von Neumann y Har-
vard, y se ven cuáles son las características de cada una de estas organizaciones.

Asimismo, se presentan los dos tipos de computadores que utilizan habitual-
mente arquitectura Harvard:




Los microcontroladores.
Los procesadores digitales de señales (DSP).

Finalmente, se realiza una explicación breve sobre la evolución de los compu-
tadores desde las primeras máquinas electrónicas de cálculo hasta los compu-
tadores actuales, y se muestra la organización de los microprocesadores mul-
tinúcleo.

CC-BY-SA • PID_00177070

Objetivos

6

El computador

Con el estudio de este módulo se pretende que el estudiante alcance los obje-
tivos siguientes:

1. Entender el concepto de computador.

2. Conocer los dos tipos de organizaciones de un computador más habitua-

les: Von Neumann y Harvard.

3. Conocer la estructura de las dos aplicaciones más habituales de la arqui-

tectura Harvard: microcontroladores y DSP.

4. Conocer de manera general cómo ha evolucionado el concepto y la estruc-

tura del computador a lo largo del tiempo.

CC-BY-SA • PID_00177070

1. El computador

7

El computador

Un computador se puede definir como una máquina electrónica capaz
de hacer las tareas siguient
  • Links de descarga
http://lwp-l.com/pdf15156  

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