Conceptos de arquitectura de computadoras parte 2

PARTE ll
ORGANIZACIÓN DE LAS COMPUTADORAS
Dr. Adrián Antonio Castañeda Galván

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COMPUTADORA:
Esunamáquinaelectrónica,analógicaodigital,dotadadeunamemoriadegrancapacidadydemétodosdetratamientodelainformación,capazderesolverproblemasmatemáticosylógicosmediantelautilizaciónautomáticadeprogramasinformaticos.

Es una secuencia de pasos entendibles por el computador para realizar una tarea.
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Para cada operación se necesitan un conjunto particular de señales de control.

SellamaCPU(siglaseninglesdeCentralProcessingUnit)oUnidadCentraldeProceso(UCP)alaunidaddondeseejecutanlasinstruccionesdelosprogramasysecontrolaelfuncionamientodelosdistintoscomponentesdelordenador.Sueleestarintegradaenunchipdenominadomicroprocesador.

Unmicroprocesadoresunchipconunaaltaescaladeintegraciónconmillonesdetransistoresensuinteriorparacálculoycontrolcomputacional.
LaCPUestácompuestapor:registros,laUnidaddecontrol,laUnidadaritmético-lógica,ydependiendodelprocesador, unaunidadencomaflotante

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Unidad de control
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Unidad aritmético-lógica
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Registros de almacenamiento
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Memoria caché
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Unidades funcionales
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Buses de datos
de control y dirección
Las partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: Dr. Adrián Antonio Castañeda Galván

ElprimermicroprocesadorfueelIntel4004,desarrolladoen1971.Fuédiseñadopor:TedHoffyFedericoFaggindeIntel,yMasatoshiShimadeBusicom(ZiLOG).
Losmicroprocesadoresmodernosestánintegradospormillonesdetransistoresyotroscomponentesempaquetadosenunacápsulacuyotamañovaríasegúnlasnecesidadesdelasaplicacionesalasquevandirigidas,yquevanactualmentedesdeeltamañodeungranodelentejahastaeldecasiunagalleta.

LaunidaddecontroleslaunidadincluidaenlaCPUencargadadeleerlasinstruccionesmáquinaalmacenadasenlamemoriaprincipalydegenerarlasseñalesdecontrolnecesariasparacontrolarycoordinarelrestodelasunidadesfuncionalesdeunordenadorconelfindeejecutarlasinstruccionesleídas.
Constadelossiguientescomponentes:
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Contadordeprograma
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Registrodeinstrucción
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Decodificador
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Relojinterno
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Secuenciador

Cadafabricantedemicroprocesadorestendrásuspropiasfamiliasdeestos,ycadafamiliasupropioconjuntodeinstrucciones.
Elmicroprocesadorseccionaenvariasfasesdeejecuciónlarealizacióndecadainstrucción:
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Fetch,lecturadelainstruccióndesdelamemoriaprincipal
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Decodificacióndelainstrucción,esdecir,determinarque
instrucciónesyportantoquesedebehacer
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Fetchdelosdatosnecesariosparalarealizacióndelaoperación
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Ejecución
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Escrituradelosresultadosenlamemoriaprincipal

SedenominaUnidadAritmético-Lógica(UAL)oALU(Arithmeticandlogicalunit)alaunidadincluidaenlaCPUencargadaderealizaroperacionesaritméticasylógicassobreoperandosqueprovienendelamemoriaprincipalyquepuedenestaralmacenadosdeformatemporalenalgunosregistrosdelapropiaunidad.
Hay diferentes tipos de UAL: especializadas en operaciones con números enteros, con números en coma flotante, etc.
Esta unidad, de forma concreta se compone básicamente de:
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Circuito Operacional
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Registros de Entradas
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Registro Acumulador
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Registro de Estados

Unregistroesunamemoriadealtavelocidadypocacapacidad, integradaenelmicroprocesador,quepermiteguardaryaccederavaloresmuyusados,generalmenteenoperacionesmatemáticas.
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Estánenlacumbredelajerarquíadememoria,ysonlamanera
másrápidaquetieneelsistemadealmacenardatos.
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Semidengeneralmenteporelnúmerodebitsquealmacenan;
porejemplo,un"registrode8bits"oun"registrode32bits".
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Seimplementanenunbancoderegistros.
Eltérminoesusadogeneralmenteparareferirsealgrupoderegistrosquepuedenserdirectamenteindexadoscomooperandosdeunainstrucción,comoestádefinidoenelconjuntodeinstrucciones.Sinembargo,losmicroprocesadorestienenademásmuchosotrosregistrosquesonusadosconunpropósitoespecifico,comoelcontadordeprograma.

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Registrosdedatossonusadosparaguardarnúmerosenteros.Enalgunascomputadorasantiguas,existíaunúnicoregistrodondeseguardabatodalainformación,llamadoacumulador.
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Registrosdememoriasonusadosparaguardarexclusivamentedireccionesdememoria.EranmuyusadosenlaarquitecturaHarvard,yaquemuchasveceslasdireccionesteníanuntamañodepalabradistintoquelosdatos.
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Registrosdepropósitogeneral(GPRsoGeneralPurposeRegisters)puedenguardartantodatoscomodirecciones. SonfundamentalesparalaarquitecturaVonNeumann.LamayorpartedelascomputadorasmodernasusaGPRs.

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Registros de coma flotanteson usados para guardar datos en formato de coma flotante
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Registros constantestienen valores creados por hardware de solo lectura. Por ejemplo, en MIPS el registro $ cero siempre vale 0.
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Registros de propósito especificoguardan información especifica del estado del sistema, como el puntero de pila, o el registro de estado.

Eninformática,uncachéesunconjuntodedatosduplicadosdeotrosoriginales,conlapropiedaddequelosdatosoriginalessoncostososdeacceder,normalmenteentiempo,respectoalacopiaenelcaché.Cuandoseaccedeporprimeravezaundato, sehaceunacopiaenelcaché;losaccesossiguientesserealizanadichacopia,haciendoqueeltiempodeaccesoaparentealdatoseamenor.
Lamemoriacachéesuntipoespecialdememoriaqueposeenlosordenadores.EstamemoriasesitúaentreelmicroprocesadorylamemoriaRAMyseutilizaparaalmacenardatosqueseutilizanfrecuentemente.Permiteagilizarlatransmisióndedatosentreelmicroprocesadorylamemoriaprincipal.Esdeaccesoaleatorio(tambiénconocidacomoaccesodirecto)yfuncionadeunamanerasimilaracomolohacelamemoriaprincipal(RAM),aunqueesmuchomásrápida.

Busesunapalabrainglesaquesignifica"transporte".Aplicadaalainformática,permitesignificarlaideadelastransferenciasinternasdedatosquesedanenunsistemacomputacionalenfuncionamiento.
Enelbustodoslosnodosrecibenlosdatosaunquenosedirijanatodoslosnodos,losnodosalosquenovandirigidossimplementeloignoran.
EnInformática,buseselconjuntodeconductoreseléctricosimpresassobrelatarjetamadredelcomputador,pordondecirculanlasseñalesquecorrespondenalosdatosdelenguajemáquinaconqueoperaelMicroprocesador

Hay tres clases de buses:
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Bus de Datos
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Bus de Direcciones
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Bus de Control.

Muevelosdatosentrelosdispositivosdelhardware:deEntradacomoelTeclado,elEscáner,elRatón,etc.;desalidacomolaImpresora,elMonitorolatarjetadeSonido;ydealmacenamientocomoelDiscoDuro,elDisketteolaMemoria- Flash.
EstastransferenciasquesedanatravésdelBusdeDatossongobernadasporvariosdispositivosymétodos,deloscualeselControladorPCI,"PeripheralComponentInterconnect",esunodelosprincipales.

EstávinculadoalbloquedeControldelaCPUparatomarycolocardatosenelSub-sistemadeMemoriadurantelaejecucióndelosprocesosdecómputo.
BusdeControl
TransportaseñalesdeestadodelasoperacionesefectuadasporelCPUconlasdemásunidades.

UnaunidadfuncionalounidaddeejecuciónesunapartedelaCPUquerealizalasoperacionesycálculosllamadosporlosprogramas.
Tieneamenudo:supropiaunidaddecontroldesecuencia(noconfundirconlaunidaddecontrolprincipaldelaCPU),algunosregistros,otrasunidadesinternascomounasub-ALUounaunidaddepuntoflotante,oalgunoscomponentesmenoresmásespecíficos.
EsfrecuentequelasCPU'smodernastenganmúltiplesunidadesfuncionalesparalelas,tantoenundiseñoescalarcomosuperescalar.Elmétodomássimpleesutilizarunbus,elbusprincipal,paragestionarlainterfazdememoria,yelrestopararealizarloscálculos.Adicionalmente,lasunidadesfuncionalesdelasCPU'smodernassuelensersegmentadas.

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Son el conjunto de circuitos auxiliares integrados en el procesador o en la tarjeta madre que se encargan de mejorar el desempeño de los medios, los gráficos y la CPU al tener el control de los slots de memoria, los gráficos, los discos duros y periféricos de entrada y salida

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Chipset Northbridge
Elpuente norte,northbridge,MCH(memorycontrollerhub) oGMCH(graphicMCH), se usa como puente de enlace entre elmicroprocesadory lamemoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, lamemoria RAM, el puerto gráficoAGPo elPCI-Expressde gráficos, y las comunicaciones con elpuente sur. Al principio tenía también el control dePCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.
http://es.wikipedia.org/wiki/Chipset

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Chipset Southbridge
Elpuente sur,southbridgeoICH(input controllerhub), es el encargado de comunicar el procesador con el resto de losperiféricos controla los dispositivos asociados como son la controladora de discosIDE, puertosUSB,FireWire,SATA,RAID, ranurasPCI,ranura AMR,ranura CNR, puertosinfrarrojos,disquetera,LAN,PCI-Express, etc.

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