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SISO, SIMO, MISO, MIMO _ Tutorial - Radio-Electronics
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792015 Arquitectura de Computadoras
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Arquitectura deComputadorasjueves 30 de mayo de 2013
1 Unidad
Modelo de arquitecturas de coacutemputo
11 Modelos de arquitecturas de coacutemputo claacutesicas segmentadas de multiprocesamiento
Claacutesicas
Los primeros computadores se programaban en realidad recableaacutendolos Esto praacutecticamente equivaliacutea a reconstruir todo el
computador cuando se requeriacutea de un nuevo programa La tarea era simplificada gracias a un panel de contactos (muy similar al
de los primeros conmutadores telefoacutenicos que eran atendidos por operadoras y que hoy en diacutea soacutelo llegamos a ver en viajes
peliacuteculas en blanco y negro Ver fig 1) con el que era posible enlazar circuitos para crear secciones dedicadas a una actividad
especiacuteficas La programacioacuten del computador se llevaba a cabo literalmente reconstruyeacutendolo
Fig 1shy ENIAC primer computador electroacutenico y su panel de conexiones
El Concepto de von Neumann
2013 (4)
mayo (4)
Unidad 4 MicrocontroladoresQueacutees un Microcontro
Unidad 3 La Computadorabasada en un procesador
Unidad 2Comunicacioacuteninterna en la computadoralt
1 Unidad Modelo dearquitecturas de coacutemputo
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Mientras que el recablear al computador estableciacutea una clara distincioacuten entre los datos (representados por los estados o sentildeales
eleacutectricas que seriacuten mantenidas por los relevadores o a traveacutes de los bulbos que conformaban al computador) y el programa (las
conexiones que seriacutean establecidas entre estos componentes del hardware) la labor de programacioacuten requeriacutea sino del propio
creador del computador si a un verdadero experto y conocedor de electroacutenica principios de loacutegica digital y del problema mismo
Esto vino a cambiar con el concepto del programa almacenado un concepto teoacuterico muy importante que fue establecido por el
matemaacutetico John von Neumann el 30 de junio de 1945 en un borrador sobre el disentildeo de la EDVAC A diferencia de los primeros
computadores von Neumann proponiacutea que tanto el programa como sus datos fueran almacenados en la memoria del
computador Esto no solo simplificaba la labor de programacioacuten al no tener que llevar a cabo el recableado del computador sino
que ademaacutes libraba y generalizaba el disentildeo del hardware para hacerlo independientede cualquier problema y enfocado al control
y ejecucioacuten del programa Este concepto fue tan importante y decisivo que dio lugar al concepto de la arquitectura de von
Neumann auacuten presente en nuestros diacuteas
La arquitectura de von Neumann se compone de tres elementos
1 La Unidad Central de Procesamiento (CPU por sus siglas en ingleacutes) que es considerada como el cerebro y corazoacuten delcomputador Internamente consiste de una Unidad AritmeacuteticoshyLoacutegica (ALU) un conjunto de registros y una Unidad de
Control (CU) La ALU es donde se realizan todas las operaciones que involucran un procesamiento matemaacutetico
(particularmente aritmeacutetico) o loacutegico (operaciones booleanas) Los registros permiten el almacenammiento de datos para
estas operaciones y sus resultados En la CU es donde se ejecutan todo el resto de las operaciones (decisioacuten control
movimiento de datos) Una CPU con todos estos elementos implementada en un solo chip recibe el nombre de
microprocesador
2 La memoria que es donde datos y programa es almacenado La memoria puede ser visto como un arreglounidimensional finito en la que cada localidad es identificada por un valor asociado a su posicioacuten y que es comunmente
llamado direccioacuten Existen diversos tipos de memoria identificados por el tipo de tecnologiacutea usada aunque para un
computador son generalmente clasificadas en dos grandes grupos por tipo de uso al que de destina La memoria RAM
(Random Access Memory Memoria de Acceso Aleatorio) y que es aquella destinada al almacenamiento de datos y
programas (incluyendo al sistema operativo) es considerada temporal o de tipo volaacutetil ya que pierde si contenido cuendo
el computador es apagadoo reinicializado La memoria ROM es aquella de tipo permanente aun cuando el computador
sea desenergizado mantendraacute su contenido Es usada principalmente para el almacenamiento de pequentildeos programas
destinados a la adminsitracioacuten baacutesica de recursos especialmente de entrada y salida
3 Las interfaces de entrada y salida (IO) destinadas a liberar de trabajo a la CPU en la comunidacioacuten con dispositivos deentrada (teclados ratones) salida (impresoras) y entradashysalidas (discos cintas)
Estos tres elementos estaacuten interconectados a traveacutes de un conjunto de liacuteneas que llevan instrucciones (control bus) datos (data
bus) y que permiten dar los valores de direcciones de memoria y dispositivos (memory bus)
Fig 2shy Esquema de la arquitectura de von Neumann
httphomepagemaccomeravilacomputerIIhtml
La arquitectura von Neumann se refiere a las arquitecturas de computadoras queutilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las intrucciones comopara los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard) El teacutermino se acuntildeoacute en el
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documento First Draft of a Report on the EDVAC (1945) escrito por el conocidomatemaacutetico John von Neumann que propuso el concepto de programaalmacenado Dicho documento fue redactado en vistas a la construccioacuten delsucesor de la computadora ENIAC y su contenido fue desarrollado por PresperEckert John Mauchly Arthur Burks y otros durante varios meses antes de queVon Neumann redactara el borrador del informeLos ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de cinco partes Launidad aritmeacuteticoshyloacutegica o ALU la unidad de control la memoria un dispositivode entradasalida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte delos datos entre las distintas partes
Un ordenador con arquitectura von Neumann realiza o emula los siguientespasos secuencialmente
1 Obtiene la siguiente instruccioacuten desde la memoria en la direccioacuten indicadapor el contador de programa y la guarda en el registro de instruccioacuten
2 Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccioacuten paraapuntar a la siguiente
3 Descodifica la instruccioacuten mediante la unidad de control Eacutesta se encargade coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar unafuncioacuten determinada
4 Se ejecuta la instruccioacuten Eacutesta puede cambiar el valor del contador delprograma permitiendo asiacute operaciones repetitivas El contador puedecambiar tambieacuten cuando se cumpla una cierta condicioacuten aritmeacuteticahaciendo que el ordenador pueda tomar decisiones que pueden alcanzarcualquier grado de complejidad mediante la aritmeacutetica y loacutegica anteriores
5 Vuelve al paso 1
Hoy en diacutea la mayoriacutea de ordenadores estaacuten basados en esta arquitecturaaunque pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo para gestionarlas interrupciones de dispositivos externos como ratoacuten teclado etc)
httpwwwprogramacioncomblogs44_diario_de_un_profesor_de_informticaarchive409_que_es_la_arquitectura_informticahtml
Arquitectura Harvard
El teacutermino Arquitectura Harvard originalmente se referiacutea a las arquitecturas decomputadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento fiacutesicamenteseparados para las instrucciones y para los datos (en oposicioacuten a la Arquitecturavon Neumann) El teacutermino proviene de la computadora Harvard Mark I quealmacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptoresTodas las computadoras constan principalmente de dos partes la CPU queprocesa los datos y la memoria que guarda los datos Cuando hablamos dememoria manejamos dos paraacutemetros los datos en siacute y el lugar donde se
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encuentran almacenados (o direccioacuten) Los dos son importantes para la CPUpues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo asiacute como coge losdatos de eacutesta direccioacuten y antildeaacutedelos a los datos de eacutesta otra direccioacuten sin saberen realidad queacute es lo que contienen los datosEn los uacuteltimos antildeos la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho encomparacioacuten a la de las memorias con las que trabaja asiacute que se debe ponermucha atencioacuten en reducir el nuacutemero de veces que se accede a ella paramantener el rendimiento Si por ejemplo cada instruccioacuten ejecutada en la CPUrequiere un acceso a la memoria no se gana nada incrementando la velocidadde la CPU shy este problema es conocido como limitacioacuten de memoriaSe puede fabricar memoria mucho maacutes raacutepida pero a costa de un precio muyalto La solucioacuten por tanto es proporcionar una pequentildea cantidad de memoriamuy raacutepida conocida con el nombre de cacheacute Mientras los datos que necesita elprocesador esteacuten en la cacheacute el rendimiento seraacute mucho mayor que si la cacheacutetiene que obtener primero los datos de la memoria principal La optimizacioacuten dela cacheacute es un tema muy importante de cara al disentildeo de computadorasLa arquitectura Harvard ofrece una solucioacuten particular a este problema Lasinstrucciones y los datos se almacenan en cacheacutes separadas para mejorar elrendimiento Por otro lado tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidadde cacheacute entre los dos por lo que funciona mejor soacutelo cuando la frecuencia delectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma Estaarquitectura suele utilizarse en DSPs o procesador de sentildeal digital usadoshabitualmente en productos para procesamiento de audio y video
httpeswikipediaorgwikiArquitectura_Harvard
httpwwwunicromcomTut_PICs1asp
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una quecontiene soacutelo instrucciones y otra soacutelo datos Ambas disponen de susrespectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones deacceso (lectura o escritura) simultaacuteneamente en ambas memorias Figura 13
Figura 13 La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientespara datos y para instrucciones permitiendo accesos simultaacuteneos
httpwwwmonografiascomtrabajos12microcomicrocoshtml
ARQUITECTURA VECTORIAL
El encadenamiento aumenta la velocidad de proceso pero auacuten se puede mejorar
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antildeadiendo teacutecnicas como el supersescalado Esta teacutecnica permite hacerparalelas las mismas etapas sobre instrucciones diferentes Un procesadorsuperescalar puede ejecutar maacutes de una instruccioacuten a la vez Para eacutesto esnecesario que existan varias unidades aritmeacuteticoshyloacutegicas de punto flotante y decontrol El proceso que sigue el micro es transparente al programa aunque elcompilador puede ayudar analizando el coacutedigo y generando un flujo deinstrucciones optimizado Veamos coacutemo se ejecutariacutean las instrucciones en unprocesador superescalar de que tiene duplicadas las subunidades que locomponen
Aunque esto mejora la velocidad global del sistema los conflictos de datoscrecen Si antes las instrucciones se encontraban muy proacuteximas ahora seejecutan simultaacuteneamente Esto hace necesario un chequeo dinaacutemico paradetectar y resolver los posibles conflictos
ARQUITECTURA PIPEshyLINE
Paralelismo Temporal PipeshyLine ldquoLinealrdquoLa arquitectura pipeshyline se aplica en dos lugares de la maquina en la CPU y enla UALVeamos en que consiste el pipeshyline y tratemos de entender porque el pipeshylinemejora el rendimiento de todo el sistemaVeamos una CPU no organizada en pipeshyline
Si se trata de una instruccioacuten a ser ejecutada por la ALU podemos decir que laCPU realiza a lo largo del ciclo de maquina estas 5 tareasUna vez que termina de ejecutar una instruccioacuten va a buscar otra y tarda enejecutarla un tiempo T es decir cada T segundos ejecuta una instruccioacuten
httphtmlrincondelvagocomcomputadores_arquitecturashyharvardshypipelineshyvectorialhtml
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Etiquetas 1 UNIDAD Modelo de arquitecturas de coacutemputo
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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Mientras que el recablear al computador estableciacutea una clara distincioacuten entre los datos (representados por los estados o sentildeales
eleacutectricas que seriacuten mantenidas por los relevadores o a traveacutes de los bulbos que conformaban al computador) y el programa (las
conexiones que seriacutean establecidas entre estos componentes del hardware) la labor de programacioacuten requeriacutea sino del propio
creador del computador si a un verdadero experto y conocedor de electroacutenica principios de loacutegica digital y del problema mismo
Esto vino a cambiar con el concepto del programa almacenado un concepto teoacuterico muy importante que fue establecido por el
matemaacutetico John von Neumann el 30 de junio de 1945 en un borrador sobre el disentildeo de la EDVAC A diferencia de los primeros
computadores von Neumann proponiacutea que tanto el programa como sus datos fueran almacenados en la memoria del
computador Esto no solo simplificaba la labor de programacioacuten al no tener que llevar a cabo el recableado del computador sino
que ademaacutes libraba y generalizaba el disentildeo del hardware para hacerlo independientede cualquier problema y enfocado al control
y ejecucioacuten del programa Este concepto fue tan importante y decisivo que dio lugar al concepto de la arquitectura de von
Neumann auacuten presente en nuestros diacuteas
La arquitectura de von Neumann se compone de tres elementos
1 La Unidad Central de Procesamiento (CPU por sus siglas en ingleacutes) que es considerada como el cerebro y corazoacuten delcomputador Internamente consiste de una Unidad AritmeacuteticoshyLoacutegica (ALU) un conjunto de registros y una Unidad de
Control (CU) La ALU es donde se realizan todas las operaciones que involucran un procesamiento matemaacutetico
(particularmente aritmeacutetico) o loacutegico (operaciones booleanas) Los registros permiten el almacenammiento de datos para
estas operaciones y sus resultados En la CU es donde se ejecutan todo el resto de las operaciones (decisioacuten control
movimiento de datos) Una CPU con todos estos elementos implementada en un solo chip recibe el nombre de
microprocesador
2 La memoria que es donde datos y programa es almacenado La memoria puede ser visto como un arreglounidimensional finito en la que cada localidad es identificada por un valor asociado a su posicioacuten y que es comunmente
llamado direccioacuten Existen diversos tipos de memoria identificados por el tipo de tecnologiacutea usada aunque para un
computador son generalmente clasificadas en dos grandes grupos por tipo de uso al que de destina La memoria RAM
(Random Access Memory Memoria de Acceso Aleatorio) y que es aquella destinada al almacenamiento de datos y
programas (incluyendo al sistema operativo) es considerada temporal o de tipo volaacutetil ya que pierde si contenido cuendo
el computador es apagadoo reinicializado La memoria ROM es aquella de tipo permanente aun cuando el computador
sea desenergizado mantendraacute su contenido Es usada principalmente para el almacenamiento de pequentildeos programas
destinados a la adminsitracioacuten baacutesica de recursos especialmente de entrada y salida
3 Las interfaces de entrada y salida (IO) destinadas a liberar de trabajo a la CPU en la comunidacioacuten con dispositivos deentrada (teclados ratones) salida (impresoras) y entradashysalidas (discos cintas)
Estos tres elementos estaacuten interconectados a traveacutes de un conjunto de liacuteneas que llevan instrucciones (control bus) datos (data
bus) y que permiten dar los valores de direcciones de memoria y dispositivos (memory bus)
Fig 2shy Esquema de la arquitectura de von Neumann
httphomepagemaccomeravilacomputerIIhtml
La arquitectura von Neumann se refiere a las arquitecturas de computadoras queutilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las intrucciones comopara los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard) El teacutermino se acuntildeoacute en el
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documento First Draft of a Report on the EDVAC (1945) escrito por el conocidomatemaacutetico John von Neumann que propuso el concepto de programaalmacenado Dicho documento fue redactado en vistas a la construccioacuten delsucesor de la computadora ENIAC y su contenido fue desarrollado por PresperEckert John Mauchly Arthur Burks y otros durante varios meses antes de queVon Neumann redactara el borrador del informeLos ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de cinco partes Launidad aritmeacuteticoshyloacutegica o ALU la unidad de control la memoria un dispositivode entradasalida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte delos datos entre las distintas partes
Un ordenador con arquitectura von Neumann realiza o emula los siguientespasos secuencialmente
1 Obtiene la siguiente instruccioacuten desde la memoria en la direccioacuten indicadapor el contador de programa y la guarda en el registro de instruccioacuten
2 Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccioacuten paraapuntar a la siguiente
3 Descodifica la instruccioacuten mediante la unidad de control Eacutesta se encargade coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar unafuncioacuten determinada
4 Se ejecuta la instruccioacuten Eacutesta puede cambiar el valor del contador delprograma permitiendo asiacute operaciones repetitivas El contador puedecambiar tambieacuten cuando se cumpla una cierta condicioacuten aritmeacuteticahaciendo que el ordenador pueda tomar decisiones que pueden alcanzarcualquier grado de complejidad mediante la aritmeacutetica y loacutegica anteriores
5 Vuelve al paso 1
Hoy en diacutea la mayoriacutea de ordenadores estaacuten basados en esta arquitecturaaunque pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo para gestionarlas interrupciones de dispositivos externos como ratoacuten teclado etc)
httpwwwprogramacioncomblogs44_diario_de_un_profesor_de_informticaarchive409_que_es_la_arquitectura_informticahtml
Arquitectura Harvard
El teacutermino Arquitectura Harvard originalmente se referiacutea a las arquitecturas decomputadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento fiacutesicamenteseparados para las instrucciones y para los datos (en oposicioacuten a la Arquitecturavon Neumann) El teacutermino proviene de la computadora Harvard Mark I quealmacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptoresTodas las computadoras constan principalmente de dos partes la CPU queprocesa los datos y la memoria que guarda los datos Cuando hablamos dememoria manejamos dos paraacutemetros los datos en siacute y el lugar donde se
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encuentran almacenados (o direccioacuten) Los dos son importantes para la CPUpues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo asiacute como coge losdatos de eacutesta direccioacuten y antildeaacutedelos a los datos de eacutesta otra direccioacuten sin saberen realidad queacute es lo que contienen los datosEn los uacuteltimos antildeos la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho encomparacioacuten a la de las memorias con las que trabaja asiacute que se debe ponermucha atencioacuten en reducir el nuacutemero de veces que se accede a ella paramantener el rendimiento Si por ejemplo cada instruccioacuten ejecutada en la CPUrequiere un acceso a la memoria no se gana nada incrementando la velocidadde la CPU shy este problema es conocido como limitacioacuten de memoriaSe puede fabricar memoria mucho maacutes raacutepida pero a costa de un precio muyalto La solucioacuten por tanto es proporcionar una pequentildea cantidad de memoriamuy raacutepida conocida con el nombre de cacheacute Mientras los datos que necesita elprocesador esteacuten en la cacheacute el rendimiento seraacute mucho mayor que si la cacheacutetiene que obtener primero los datos de la memoria principal La optimizacioacuten dela cacheacute es un tema muy importante de cara al disentildeo de computadorasLa arquitectura Harvard ofrece una solucioacuten particular a este problema Lasinstrucciones y los datos se almacenan en cacheacutes separadas para mejorar elrendimiento Por otro lado tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidadde cacheacute entre los dos por lo que funciona mejor soacutelo cuando la frecuencia delectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma Estaarquitectura suele utilizarse en DSPs o procesador de sentildeal digital usadoshabitualmente en productos para procesamiento de audio y video
httpeswikipediaorgwikiArquitectura_Harvard
httpwwwunicromcomTut_PICs1asp
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una quecontiene soacutelo instrucciones y otra soacutelo datos Ambas disponen de susrespectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones deacceso (lectura o escritura) simultaacuteneamente en ambas memorias Figura 13
Figura 13 La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientespara datos y para instrucciones permitiendo accesos simultaacuteneos
httpwwwmonografiascomtrabajos12microcomicrocoshtml
ARQUITECTURA VECTORIAL
El encadenamiento aumenta la velocidad de proceso pero auacuten se puede mejorar
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antildeadiendo teacutecnicas como el supersescalado Esta teacutecnica permite hacerparalelas las mismas etapas sobre instrucciones diferentes Un procesadorsuperescalar puede ejecutar maacutes de una instruccioacuten a la vez Para eacutesto esnecesario que existan varias unidades aritmeacuteticoshyloacutegicas de punto flotante y decontrol El proceso que sigue el micro es transparente al programa aunque elcompilador puede ayudar analizando el coacutedigo y generando un flujo deinstrucciones optimizado Veamos coacutemo se ejecutariacutean las instrucciones en unprocesador superescalar de que tiene duplicadas las subunidades que locomponen
Aunque esto mejora la velocidad global del sistema los conflictos de datoscrecen Si antes las instrucciones se encontraban muy proacuteximas ahora seejecutan simultaacuteneamente Esto hace necesario un chequeo dinaacutemico paradetectar y resolver los posibles conflictos
ARQUITECTURA PIPEshyLINE
Paralelismo Temporal PipeshyLine ldquoLinealrdquoLa arquitectura pipeshyline se aplica en dos lugares de la maquina en la CPU y enla UALVeamos en que consiste el pipeshyline y tratemos de entender porque el pipeshylinemejora el rendimiento de todo el sistemaVeamos una CPU no organizada en pipeshyline
Si se trata de una instruccioacuten a ser ejecutada por la ALU podemos decir que laCPU realiza a lo largo del ciclo de maquina estas 5 tareasUna vez que termina de ejecutar una instruccioacuten va a buscar otra y tarda enejecutarla un tiempo T es decir cada T segundos ejecuta una instruccioacuten
httphtmlrincondelvagocomcomputadores_arquitecturashyharvardshypipelineshyvectorialhtml
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Etiquetas 1 UNIDAD Modelo de arquitecturas de coacutemputo
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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documento First Draft of a Report on the EDVAC (1945) escrito por el conocidomatemaacutetico John von Neumann que propuso el concepto de programaalmacenado Dicho documento fue redactado en vistas a la construccioacuten delsucesor de la computadora ENIAC y su contenido fue desarrollado por PresperEckert John Mauchly Arthur Burks y otros durante varios meses antes de queVon Neumann redactara el borrador del informeLos ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de cinco partes Launidad aritmeacuteticoshyloacutegica o ALU la unidad de control la memoria un dispositivode entradasalida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte delos datos entre las distintas partes
Un ordenador con arquitectura von Neumann realiza o emula los siguientespasos secuencialmente
1 Obtiene la siguiente instruccioacuten desde la memoria en la direccioacuten indicadapor el contador de programa y la guarda en el registro de instruccioacuten
2 Aumenta el contador de programa en la longitud de la instruccioacuten paraapuntar a la siguiente
3 Descodifica la instruccioacuten mediante la unidad de control Eacutesta se encargade coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar unafuncioacuten determinada
4 Se ejecuta la instruccioacuten Eacutesta puede cambiar el valor del contador delprograma permitiendo asiacute operaciones repetitivas El contador puedecambiar tambieacuten cuando se cumpla una cierta condicioacuten aritmeacuteticahaciendo que el ordenador pueda tomar decisiones que pueden alcanzarcualquier grado de complejidad mediante la aritmeacutetica y loacutegica anteriores
5 Vuelve al paso 1
Hoy en diacutea la mayoriacutea de ordenadores estaacuten basados en esta arquitecturaaunque pueden incluir otros dispositivos adicionales (por ejemplo para gestionarlas interrupciones de dispositivos externos como ratoacuten teclado etc)
httpwwwprogramacioncomblogs44_diario_de_un_profesor_de_informticaarchive409_que_es_la_arquitectura_informticahtml
Arquitectura Harvard
El teacutermino Arquitectura Harvard originalmente se referiacutea a las arquitecturas decomputadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento fiacutesicamenteseparados para las instrucciones y para los datos (en oposicioacuten a la Arquitecturavon Neumann) El teacutermino proviene de la computadora Harvard Mark I quealmacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptoresTodas las computadoras constan principalmente de dos partes la CPU queprocesa los datos y la memoria que guarda los datos Cuando hablamos dememoria manejamos dos paraacutemetros los datos en siacute y el lugar donde se
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encuentran almacenados (o direccioacuten) Los dos son importantes para la CPUpues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo asiacute como coge losdatos de eacutesta direccioacuten y antildeaacutedelos a los datos de eacutesta otra direccioacuten sin saberen realidad queacute es lo que contienen los datosEn los uacuteltimos antildeos la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho encomparacioacuten a la de las memorias con las que trabaja asiacute que se debe ponermucha atencioacuten en reducir el nuacutemero de veces que se accede a ella paramantener el rendimiento Si por ejemplo cada instruccioacuten ejecutada en la CPUrequiere un acceso a la memoria no se gana nada incrementando la velocidadde la CPU shy este problema es conocido como limitacioacuten de memoriaSe puede fabricar memoria mucho maacutes raacutepida pero a costa de un precio muyalto La solucioacuten por tanto es proporcionar una pequentildea cantidad de memoriamuy raacutepida conocida con el nombre de cacheacute Mientras los datos que necesita elprocesador esteacuten en la cacheacute el rendimiento seraacute mucho mayor que si la cacheacutetiene que obtener primero los datos de la memoria principal La optimizacioacuten dela cacheacute es un tema muy importante de cara al disentildeo de computadorasLa arquitectura Harvard ofrece una solucioacuten particular a este problema Lasinstrucciones y los datos se almacenan en cacheacutes separadas para mejorar elrendimiento Por otro lado tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidadde cacheacute entre los dos por lo que funciona mejor soacutelo cuando la frecuencia delectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma Estaarquitectura suele utilizarse en DSPs o procesador de sentildeal digital usadoshabitualmente en productos para procesamiento de audio y video
httpeswikipediaorgwikiArquitectura_Harvard
httpwwwunicromcomTut_PICs1asp
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una quecontiene soacutelo instrucciones y otra soacutelo datos Ambas disponen de susrespectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones deacceso (lectura o escritura) simultaacuteneamente en ambas memorias Figura 13
Figura 13 La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientespara datos y para instrucciones permitiendo accesos simultaacuteneos
httpwwwmonografiascomtrabajos12microcomicrocoshtml
ARQUITECTURA VECTORIAL
El encadenamiento aumenta la velocidad de proceso pero auacuten se puede mejorar
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antildeadiendo teacutecnicas como el supersescalado Esta teacutecnica permite hacerparalelas las mismas etapas sobre instrucciones diferentes Un procesadorsuperescalar puede ejecutar maacutes de una instruccioacuten a la vez Para eacutesto esnecesario que existan varias unidades aritmeacuteticoshyloacutegicas de punto flotante y decontrol El proceso que sigue el micro es transparente al programa aunque elcompilador puede ayudar analizando el coacutedigo y generando un flujo deinstrucciones optimizado Veamos coacutemo se ejecutariacutean las instrucciones en unprocesador superescalar de que tiene duplicadas las subunidades que locomponen
Aunque esto mejora la velocidad global del sistema los conflictos de datoscrecen Si antes las instrucciones se encontraban muy proacuteximas ahora seejecutan simultaacuteneamente Esto hace necesario un chequeo dinaacutemico paradetectar y resolver los posibles conflictos
ARQUITECTURA PIPEshyLINE
Paralelismo Temporal PipeshyLine ldquoLinealrdquoLa arquitectura pipeshyline se aplica en dos lugares de la maquina en la CPU y enla UALVeamos en que consiste el pipeshyline y tratemos de entender porque el pipeshylinemejora el rendimiento de todo el sistemaVeamos una CPU no organizada en pipeshyline
Si se trata de una instruccioacuten a ser ejecutada por la ALU podemos decir que laCPU realiza a lo largo del ciclo de maquina estas 5 tareasUna vez que termina de ejecutar una instruccioacuten va a buscar otra y tarda enejecutarla un tiempo T es decir cada T segundos ejecuta una instruccioacuten
httphtmlrincondelvagocomcomputadores_arquitecturashyharvardshypipelineshyvectorialhtml
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Etiquetas 1 UNIDAD Modelo de arquitecturas de coacutemputo
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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encuentran almacenados (o direccioacuten) Los dos son importantes para la CPUpues muchas instrucciones frecuentes se traducen a algo asiacute como coge losdatos de eacutesta direccioacuten y antildeaacutedelos a los datos de eacutesta otra direccioacuten sin saberen realidad queacute es lo que contienen los datosEn los uacuteltimos antildeos la velocidad de las CPUs ha aumentado mucho encomparacioacuten a la de las memorias con las que trabaja asiacute que se debe ponermucha atencioacuten en reducir el nuacutemero de veces que se accede a ella paramantener el rendimiento Si por ejemplo cada instruccioacuten ejecutada en la CPUrequiere un acceso a la memoria no se gana nada incrementando la velocidadde la CPU shy este problema es conocido como limitacioacuten de memoriaSe puede fabricar memoria mucho maacutes raacutepida pero a costa de un precio muyalto La solucioacuten por tanto es proporcionar una pequentildea cantidad de memoriamuy raacutepida conocida con el nombre de cacheacute Mientras los datos que necesita elprocesador esteacuten en la cacheacute el rendimiento seraacute mucho mayor que si la cacheacutetiene que obtener primero los datos de la memoria principal La optimizacioacuten dela cacheacute es un tema muy importante de cara al disentildeo de computadorasLa arquitectura Harvard ofrece una solucioacuten particular a este problema Lasinstrucciones y los datos se almacenan en cacheacutes separadas para mejorar elrendimiento Por otro lado tiene el inconveniente de tener que dividir la cantidadde cacheacute entre los dos por lo que funciona mejor soacutelo cuando la frecuencia delectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma Estaarquitectura suele utilizarse en DSPs o procesador de sentildeal digital usadoshabitualmente en productos para procesamiento de audio y video
httpeswikipediaorgwikiArquitectura_Harvard
httpwwwunicromcomTut_PICs1asp
La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientes una quecontiene soacutelo instrucciones y otra soacutelo datos Ambas disponen de susrespectivos sistemas de buses de acceso y es posible realizar operaciones deacceso (lectura o escritura) simultaacuteneamente en ambas memorias Figura 13
Figura 13 La arquitectura Harvard dispone de dos memorias independientespara datos y para instrucciones permitiendo accesos simultaacuteneos
httpwwwmonografiascomtrabajos12microcomicrocoshtml
ARQUITECTURA VECTORIAL
El encadenamiento aumenta la velocidad de proceso pero auacuten se puede mejorar
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antildeadiendo teacutecnicas como el supersescalado Esta teacutecnica permite hacerparalelas las mismas etapas sobre instrucciones diferentes Un procesadorsuperescalar puede ejecutar maacutes de una instruccioacuten a la vez Para eacutesto esnecesario que existan varias unidades aritmeacuteticoshyloacutegicas de punto flotante y decontrol El proceso que sigue el micro es transparente al programa aunque elcompilador puede ayudar analizando el coacutedigo y generando un flujo deinstrucciones optimizado Veamos coacutemo se ejecutariacutean las instrucciones en unprocesador superescalar de que tiene duplicadas las subunidades que locomponen
Aunque esto mejora la velocidad global del sistema los conflictos de datoscrecen Si antes las instrucciones se encontraban muy proacuteximas ahora seejecutan simultaacuteneamente Esto hace necesario un chequeo dinaacutemico paradetectar y resolver los posibles conflictos
ARQUITECTURA PIPEshyLINE
Paralelismo Temporal PipeshyLine ldquoLinealrdquoLa arquitectura pipeshyline se aplica en dos lugares de la maquina en la CPU y enla UALVeamos en que consiste el pipeshyline y tratemos de entender porque el pipeshylinemejora el rendimiento de todo el sistemaVeamos una CPU no organizada en pipeshyline
Si se trata de una instruccioacuten a ser ejecutada por la ALU podemos decir que laCPU realiza a lo largo del ciclo de maquina estas 5 tareasUna vez que termina de ejecutar una instruccioacuten va a buscar otra y tarda enejecutarla un tiempo T es decir cada T segundos ejecuta una instruccioacuten
httphtmlrincondelvagocomcomputadores_arquitecturashyharvardshypipelineshyvectorialhtml
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Etiquetas 1 UNIDAD Modelo de arquitecturas de coacutemputo
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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antildeadiendo teacutecnicas como el supersescalado Esta teacutecnica permite hacerparalelas las mismas etapas sobre instrucciones diferentes Un procesadorsuperescalar puede ejecutar maacutes de una instruccioacuten a la vez Para eacutesto esnecesario que existan varias unidades aritmeacuteticoshyloacutegicas de punto flotante y decontrol El proceso que sigue el micro es transparente al programa aunque elcompilador puede ayudar analizando el coacutedigo y generando un flujo deinstrucciones optimizado Veamos coacutemo se ejecutariacutean las instrucciones en unprocesador superescalar de que tiene duplicadas las subunidades que locomponen
Aunque esto mejora la velocidad global del sistema los conflictos de datoscrecen Si antes las instrucciones se encontraban muy proacuteximas ahora seejecutan simultaacuteneamente Esto hace necesario un chequeo dinaacutemico paradetectar y resolver los posibles conflictos
ARQUITECTURA PIPEshyLINE
Paralelismo Temporal PipeshyLine ldquoLinealrdquoLa arquitectura pipeshyline se aplica en dos lugares de la maquina en la CPU y enla UALVeamos en que consiste el pipeshyline y tratemos de entender porque el pipeshylinemejora el rendimiento de todo el sistemaVeamos una CPU no organizada en pipeshyline
Si se trata de una instruccioacuten a ser ejecutada por la ALU podemos decir que laCPU realiza a lo largo del ciclo de maquina estas 5 tareasUna vez que termina de ejecutar una instruccioacuten va a buscar otra y tarda enejecutarla un tiempo T es decir cada T segundos ejecuta una instruccioacuten
httphtmlrincondelvagocomcomputadores_arquitecturashyharvardshypipelineshyvectorialhtml
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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Arquitectura PIPEshyLINEYa hemos mencionado que una de las formas de lograr operacionesconcurrentes en un procesador se utilizan dos teacutecnicas baacutesicas paralelismo ypipeliningEl paralelismo conseguiacutea la concurrencia multiplicando la estructura del hardwaretantas veces como sea posible de modo que las diferentes etapas del procesose ejecuten simultaacuteneamentePipelining consiste en desdoblar la funcioacuten a realizarse en varias partesasignaacutendole al hardware correspondiente a cada una de las partes tambieacutenllamadas etapas Asiacute como el agua fluye a traveacutes de una tuberiacutea (pipeline) lasinstrucciones o datos fluyen a traveacutes de las etapas de un computador digitalpipeline a una velocidad que es independiente de la longitud de la tuberiacutea(numero de etapas del pipeline) y depende solamente de la velocidad a la cuallos datos e instrucciones pueden ingresar al pipelineEsta velocidad a su vez depende del tiempo que tarde el dato en atravesar unaetapa Este tiempo puede ser significativo ya que el computador no solo desplazalos datos o instrucciones de etapa en etapa sino que en cada una de ellas serealiza alguna operacioacuten sobre los mismos Como ejemplo en el caso de lasinstrucciones tendremos operaciones de buacutesqueda decodificacioacuten y ejecucioacuten
Pipeline Fiacutesico
Arquitecturas Segmentadas
Las arquitecturas segmentadas o con segmentacioacuten del cauce buscan mejorar el desempentildeo
realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instruccioacuten al mismo tiempo El procesador se
divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de
las instrucciones
Arquitecturas de multiprocesamientoCuando se desea incrementar el desempentildeo maacutes aya de lo que permite la teacutecnica de segmentacioacutendel cauce (limite teoacuterico de una instruccioacuten por ciclo de reloj) se requiere utilizar maacutes de unprocesador para la ejecucioacuten del programa de aplicacioacuten
Las CPU de multiprocesamiento
SISO ndash (Single Instruction Single Operand ) computadoras independientesSIMO ndash (Single Instruction Multiple Operand ) procesadores vectorialesMISO ndash (Multiple Instruction Single Operand ) No implementado
MIMO ndash (Multiple Instruction Multiple Operand ) sistemas SMP Clusters
Procesadores vectoriales ndash Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numeacutericoa una serie de datos matriciales en especial en la simulacioacuten de sistemas fiacutesicos complejos talescomo simuladores para predecir el clima explosiones atoacutemicas reacciones quiacutemicas complejasetc donde los datos son representados como grandes nuacutemeros de datos en forma matricial sobrlos que se deben se aplicar el mismo algoritmo numeacuterico
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
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En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors) varios procesadores comparten la mismamemoria principal y perifeacutericos de IO Normalmente conectados por un bus comuacuten Se conocencomo simeacutetricos ya que ninguacuten procesador toma el papel de maestro y los demaacutes de esclavos sinoque todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y perifeacutericos y ambos sonadministrados por el sistema operativo
12 Anaacutelisis de los componentes CPU arquitectura memoria dispositivos de IO
CPUUnidad central de proceso o UCP (conocida por sus siglas en ingleacutes CPU) circuitomicroscoacutepico que interpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y elproceso de datos en las computadoras Generalmente la CPU es un microprocesadorfabricado en un chip un uacutenico trozo de silicio que contiene millones de componenteselectroacutenicos El microprocesador de la CPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegicaque realiza caacutelculos y comparaciones y toma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacutenes cierta o falsa mediante las reglas del aacutelgebra de Boole) por una serie de registros dondese almacena informacioacuten temporalmente y por una unidad de control que interpreta yejecuta las instrucciones Para aceptar oacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentarlos resultados la CPU se comunica a traveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamadobus El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro)los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida(por ejemplo un monitor o una impresora) Los factores relevantes de los chips de UCP sonCompatibilidad No todo el soft es compatible con todas las UCP En algunos casos se puedenresolver los problemas de compatibilidad usando software especial Velocidad La velocidad de una computadora estaacute determinada por la velocidad de su relojinterno el dispositivo cronomeacutetrico que produce pulsos eleacutectricos para sincronizar lasoperaciones de la computadora Las computadoras se describen en funcioacuten de su velocidadde reloj que se mide en mega hertz La velocidad tambieacuten estaacute determinada por laarquitectura del procesador es decir el disentildeo que establece de queacute manera estaacuten colocadosen el chip los componentes individuales de la CPU Desde la perspectiva del usuario el puntocrucial es que maacutes raacutepido casi siempre significa mejorEl Procesador El chip maacutes importante de cualquier placa madre es el procesador Sin el lacomputadora no podriacutea funcionar A menudo este componente se determina CPU quedescribe a la perfeccioacuten su papel dentro del sistema El procesador es realmente el elementocentral del proceso de procesamiento de datosLos procesadores se describen en teacuterminos de su tamantildeo de palabra su velocidad y lacapacidad de su RAM asociadaTamantildeo de la palabra Es el nuacutemero de bits que se maneja como una unidad en un sistema decomputacioacuten en particular Velocidad del procesador Se mide en diferentes unidades seguacuten el tipo de computadorMHz (Megahertz) para microcomputadoras Un oscilador de cristal controla la ejecucioacuten deinstrucciones dentro del procesador La velocidad del procesador de una micro se mide porsu frecuencia de oscilacioacuten o por el nuacutemero de ciclos de reloj por segundo El tiempotranscurrido para un ciclo de reloj es 1frecuenciaMIPS (Millones de instrucciones por segundo) Para estaciones de trabajo minis ymacrocomputadoras Por ejemplo una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100millones de instrucciones por segundoFLOPS (floating point operations per second operaciones de punto flotante por segundo)Para las supercomputadoras Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muypequentildeas o muy altas Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS(Gigaflops es decir 1000 millones de FLOPS)Capacidad de la RAM Se mide en teacuterminos del nuacutemero de bytes que puede almacenarHabitualmente se mide en KB y MB aunque ya hay computadoras en las que se debe hablarde GB
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httpwwwmonografiascomtrabajos12comptcncomptcnshtmlUCP
Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Etiquetas 1 UNIDAD Modelo de arquitecturas de coacutemputo
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Arquitectura interna del CPULa CPU contiene un conjunto de localidades de almacenamiento temporal de datos de alta
velocidad llamada registro Algunos de los registros estaacuten dedicados al control y solo la unidad
de control tiene acceso a ellos Los registros restantes son los registros de uso general y el
programador es el usuario que tiene acceso a ellos
Dentro del conjunto baacutesico de registros de control se deben incluir a los siguientes
middot Contador de programa (PC)middot Registro de direcciones de la memoria (MAR)middot Registro de datos (RD)middot Registro de instrucciones (ER)middot Palabra de estado de programa (PSW)
middot (PC) La funcioacuten del PC consiste en seguir la pista de la instruccioacuten por buscar (capturar) en elsiguiente ciclo de maquina por lo tanto contiene la direccioacuten de la siguiente instruccioacuten por
ejecutar El PC es modificado dentro del ciclo de buacutesqueda de la instruccioacuten actual mediante lasuma de una constante El numero que se agrega al PC es la longitud de una instruccioacuten en
palabras
Por lo tanto si una instruccioacuten tiene una palabra de longitud se agrega 1 al PC si una instruccioacuten
tiene dos palabras de largo se agrega 2 y asiacute sucesivamente
middot Registro de direcciones de la memoria (MAR) funciona como registro de enlace entre laCPU y el canal de direcciones Cuando se logra el acceso a la memoria la direccioacuten es colocada
en el MAR por la unidad de control y ahiacute permanece hasta que se completa la transaccioacuten El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de direcciones
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que durante el ciclo de ejecucioacuten de una
instruccioacuten el PC y el MAR sirven al mismo fin Sin embargo muchas de las instrucciones de la
maquina hacen referencia a la memoria y operan con los datos que estaacuten en ella Como la
direccioacuten de los datos suele ser diferente de la instruccioacuten siguiente se necesita el MAR
middot Registro de datos la funcioacuten del RD consiste en proporcionar un aacuterea de almacenamientotemporal (memoria intermedia acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la PCU y
la memoria Los datos pueden ser instrucciones (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) o datos del
operando (obtenidos en el ciclo de ejecucioacuten) Debido a su conexioacuten directa con el canal de datos
el RD contiene el mismo numero de bit que dicho canal
middot Registro de instrucciones (ER) es un registro que conserva el coacutedigo de operacioacuten de lainstruccioacuten en todo el ciclo de la maquina El coacutedigo es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las sentildeales apropiadas que controla le ejecucioacuten de la instruccioacuten La longitud
del ER es la longitud en bit del coacutedigo de operacioacuten
middot Palabra de estado de programa (PSW) la palabra de estado o condicioacuten de programaalmacena informacioacuten pertinente sobre el programa que este ejecutaacutendose Por ejemplo al
completarse una funcioacuten de la unidad aritmeacutetica loacutegica se modifica un conjunto de bit llamados
coacutedigos (o sentildeales de condicioacuten) Estos bit especifican si el resultado de una operacioacuten aritmeacutetica
fue 0 o negativo o si el resultado se desbordoacute
El programa puede verificar estos bit en las instrucciones siguientes cambiar en forma condicional
su flujo de control seguacuten su valor
Ademaacutes el PSW contiene bit que hacen posible que la computadora responda a solicitudes de
servicio asincroacutenicas generadas por dispositivos de EntradashySalida o condiciones de error
interno Estas sentildeales se denominan interrupciones
Los registros restantes que se pueden encontrar en un microprocesador son de uso general
Estos se utilizan para almacenar informacioacuten en forma temporal Tambieacuten retienen operandos
que participan en operaciones de la ULA
Algunas veces el conjunto de instrucciones de la computadora y el esquema de direccionamiento
de la arquitectura restringe el uso de alguno de estos registros
Si bien en todas las maquinas la informacioacuten contenida en el registro puede manipularse como
datos ordinarios durante la ejecucioacuten de algunas instrucciones los datos se utilizan en forma
expliacutecita para decidir una direccioacuten de la memoria La ventaja de usar registros para retener datos
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de operaciones es la velocidad
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Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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Entrada maacutes reciente Paacutegina principal
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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Plantilla Ethereal Imaacutegenes de plantillas de moorsky Con la tecnologiacutea de Blogger
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de operaciones es la velocidad
httphtmlrincondelvagocomarquitectura-interna-de-la-cpuhtml
Elementos que la componen1 Unidad de control controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el
computador2 Unidad aritmeacutetico-loacutegica (ALU) encargada de llevar a cabo las funciones de
procesamiento de datos del computador3 Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU4 Interconexiones CPU Son mecanismos que proporcionan comunicacioacuten entre la
unidad de control la ALU y los registros
FuncionamientoFunciones que realizaLa Unidad central de proceso o CPU se puede definir como un circuito microscoacutepico queinterpreta y ejecuta instrucciones La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en losordenadores Habitualmente la CPU es un microprocesador fabricado en un chip un uacutenicotrozo de silicio que contiene millones de componentes electroacutenicos El microprocesador de laCPU estaacute formado por una unidad aritmeacutetico-loacutegica que realiza caacutelculos y comparaciones ytoma decisiones loacutegicas (determina si una afirmacioacuten es cierta o falsa mediante las reglas delaacutelgebra de Boole) por una serie de registros donde se almacena informacioacuten temporalmentey por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones Para aceptaroacuterdenes del usuario acceder a los datos y presentar los resultados la CPU se comunica atraveacutes de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus El bus conecta la CPU a losdispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro) los dispositivos de entrada (porejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o unaimpresora)
MemoriaSe denomina memoria a los circuitos que permiten almacenar y recuperar la informacioacuten En unsentido maacutes amplio puede referirse tambieacuten a sistemas externos de almacenamiento como las
unidades de disco o de cinta Memoria de acceso aleatorio o RAM (Random Access Memory)es la memoria basada en semiconductores que puede ser leiacuteda y escrita por el microprocesador
u otros dispositivos de hardware El acceso a las posiciones de almacenamiento se puede
realizar en cualquier orden
Los chips de memoria son pequentildeos rectaacutengulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas
plaquitas con pines o contactos La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de
almacenamiento como los disquetes o los discos duros es que la RAM es muchiacutesimo maacutes
raacutepida y que se borra al apagar el ordenador no como eacutestos El interior de cada chip se puede imaginar como una matriz o tabla en la cual cada celda escapaz de almacenar un bit Por tanto un bit se puede localizar directamenteproporcionando una fila y una columna de la tabla En realidad la CPU identifica cada celdamediante un nuacutemero denominado direccioacuten de memoria A partir de una direccioacuten secalcula cuaacutel es la fila y columna correspondiente con lo que ya se puede acceder a la celdadeseada El acceso se realiza en dos pasos primero se comunica la fila y luego la columnaempleando los mismos terminales de conexioacuten Obviamente esta teacutecnica (denominadamultiplexado) permite emplear menos terminales de conexioacuten para acceder a la RAM lo queoptimiza la relacioacuten entre el tamantildeo del chip y la capacidad de almacenamientoRealmente la CPU no suele trabajar con bits independientes sino maacutes bien con agrupacionesde los mismos en forma de palabras binarias Esto hace que la RAM no se presente en un solochip sino maacutes bien en agrupaciones de los mismosHemos de tener muy en cuenta que esta memoria es la que mantiene los programas funcionando
y abiertos por lo que al ser Windows 9598 un sistema operativo multitarea estaremos a merced
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
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Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
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de la cantidad de memoria RAM que tengamos dispuesta en el ordenador En la actualidad
hemos de disponer de la mayor cantidad posible de eacutesta ya que estamos supeditados al
funcionamiento maacutes raacutepido o maacutes lento de nuestras aplicaciones diarias La memoria RAM hace
unos antildeos era muy cara pero hoy en diacutea su precio ha bajado considerablemente
Cuando alguien se pregunta cuaacutenta memoria RAM necesitaraacute debe sopesar con queacute programas
va a trabajar normalmente Si uacutenicamente vamos a trabajar con aplicaciones de texto hojas de
caacutelculo y similares nos bastaraacute con unos 32 Mb de eacutesta (aunque esta cifra se ha quedado
bastante corta) pero si trabajamos con multimedia fotografiacutea viacutedeo o CAD por poner un
ejemplo hemos de contar con la maacutexima cantidad de memoria RAM en nuestro equipo (unos 128
Mb o maacutes) para que su funcionamiento sea oacuteptimo ya que estos programas son auteacutenticos
devoradores de memoria Hoy en diacutea no es recomendable tener menos de 64 Mb para el buen
funcionamiento tanto de Windows como de las aplicaciones normales ya que notaremos
considerablemente su rapidez y rendimiento pues generalmente los equipos actuales ya traen
128 Mb de RAM
Arquitecturas de la memoriaElementos que la componen Una memoria vista desde el exterior tiene la estructura mostrada en la figura 3-1 Paraefectuar una lectura se deposita en el bus de direcciones la direccioacuten de la palabra dememoria que se desea leer y entonces se activa la sentildeal de lectura (R) despueacutes de ciertotiempo (tiempo de latencia de la memoria) en el bus de datos apareceraacute el contenido de ladireccioacuten buscada Por otra parte para realizar una escritura se deposita en el bus de datosla informacioacuten que se desea escribir y en el bus de direcciones la direccioacuten donde deseamosescribirla entonces se activa la sentildeal de escritura (W) pasado el tiempo de latencia lamemoria escribiraacute la informacioacuten en la direccioacuten deseada Internamente la memoria tiene unregistro de direccioacuten (MAR memory address register) un registro buffer de memoria oregistro de datos (MB memory buffer o MDR memory data register) y un decodificadorcomo se ve en la figura 3-2 Esta forma de estructurar la memoria se llama organizacioacutenlineal o de una dimensioacuten En la figura cada liacutenea de palabra activa todas las ceacutelulas dememoria que corresponden a la misma palabra
Por otra parte en una memoria ROM programable por el usuario con organizacioacuten lineal lasuniones de los diodos correspondientes a lugares donde deba haber un 0 deben destruirseTambieacuten se pueden sustituir los diodos por transistores y entonces la ceacutelula de memoria tieneel esquema de la figura 3-3 en este caso la unioacuten que debe destruirse para grabar un 0 esla del emisor
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2C0-2CF
EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
Puerto serie 8250 (COM3) 3E8-3EF
Controlador de disquete 3F0-3F7
Puerto serie 8250 (COM1) 3F8-3FF
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En el caso de una memoria RAM estaacutetica con organizacioacuten lineal cada ceacutelula de memoriatoma la forma mostrada en la figura 3-4 En este esquema las primeras puertas AND soacutelo sonnecesarias en el una de las ceacutelulas de cada palabra Se debe comentar la necesidad de lapuerta de tres estados a la salida del biestable esta puerta se pone para evitar que se unanlas salidas de los circuitos de las ceacutelulas de diferentes palabras a traveacutes del hilo de bit Si esapuerta no se pusiera (o hubiera otro tipo de puerta en su lugar como una puerta AND) lainformacioacuten correspondiente a la palabra activa entrariacutea por los circuitos de salida de lasdemaacutes ceacutelulas lo que los dantildeariacuteaOrganizar 1a memoria de esta forma tiene el inconveniente de que la complejidad deldecodificador crece exponencialmente con el nuacutemero de entradas y en una memoria demucha capacidad la complejidad del decodificador la hace inviable Esto hace necesaria unaalternativa que simplifique los decodificadores Esta alternativa la constituye laorganizacioacuten en dos dimensiones en que los bits del registro de direccioacuten se dividen en dospartes y cada una de ellas va a un decodificador diferente En este caso las liacuteneasprocedentes de ambos decodificadores (X e Y) se cruzan formando un sistema de coordenadasen que cada punto de cruce corresponde a una palabra de memoria Dado que en cadadecodificador soacutelo se activa una liacutenea soacutelo se activaraacute la palabra correspondiente al puntode cruce de las dos liacuteneas activadas Faacutecilmente se puede comprender que los decodificadoresse simplifican mucho ya que cada uno tiene la mitad de entradas que en el caso anterior Hayque decir sin embargo que la ceacutelula de memoria se complica un poco porque hay que antildeadiruna puerta AND en cada palabra para determinar si coinciden las liacuteneas X e Y
La organizacioacuten de la memoria en dos dimensiones tambieacuten es uacutetil para las memoriasdinaacutemicas ya que el refresco de estas memorias se realiza por bloques y eacutestos puedencoincidir con una de las dimensiones (la que corresponda a los bits de direccioacuten de mayorpeso) En la praacutectica las memorias dinaacutemicas son maacutes lentas que las estaacuteticas y ademaacutes son delectura destructiva pero resultan maacutes baratas aunque necesiten circuitos de refresco si lamemoria no es de mucha capacidad
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Agunas direcciones (hex) de puertos en el PC XTAT
Dispositivo Direccioacuten
Controlador DMAC1 primario 8237A 000-00F
Controlador de interrupciones PIC1 8259A 020-021
Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
Controlador de disco duro (AT) 1F0-1FF
Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
EGA (Enhanced Graphic Adapter) 2B0-2BF
DISPOSITIVOS DE ENTRADA Y SALIDACualquier dispositivo (distinto de la memoria RAM) que intercambie datos con el sistema lohace a traveacutes de un puerto por esto se denominan tambieacuten puertos de ES (IO ports) Desde el punto de vista del software un puerto es una interfaz con ciertas caracteriacutesticasse trata por tanto de una abstraccioacuten (no nos referimos al enchufe con el que se conectafiacutesicamente un dispositivo al sistema) aunque desde el punto de vista del hardware estaabstraccioacuten se corresponde con un dispositivo fiacutesico capaz de intercambiar informacioacuten (ES)con el bus
Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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EGA 2D0-2DF
GPIB Adaptador 0 (AT) 2E0-2E7
Puerto serie 8250 (COM4) 2E8-2EF
Puerto serie 8250 (COM2) 2F8-2FF
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 300-30F
Tarjetas especiacuteficas (prototipos) 310-31F
Controlador disco duro (XT) 320-32F
Tarjeta de red 360-363
Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
MDA (Monochrome Display Adapter) 3B0-3BB
Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
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Temporizador programable PIT 8253 y 8254 040-043
Controlador perifeacutericos PPI 8255 (XT) 060-063
Controlador 8742 (AT) 060-064
Altavoz del sistema 061-061
CMOS RAM amp NMI Mask Reg (AT) 070-071
Registros de paacutegina DMA 081-08F
Controlador de interrupciones PIC2 (AT) 0A0-0A1
NMI Mask register (XT) 0A2-0AF
Controlador DMAC2 secundario (AT) 0C0-0DF
Clear Reset del coprocesador matemaacutetico 0F0-0F1
Coprocesador matemaacutetico 80287 0F8-0FF
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Puerto de juegos 200-20F
Unidad de expansioacuten (XT) 210-21F
Ratoacuten (conectado al bus) 238-23B
Ratoacuten de bus alternativo 23C-23F
Puerto paralelo (LPT2) 278-27F
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Como los dispositivos ES tienen alguacuten tipo de conexioacuten con el bus externo deben tener unadireccioacuten (o conjunto de ellas) que los identifique Los hemos comparado con un teleacutefono undispositivo con el que se puede enviarrecibir informacioacuten mediante una direccioacuten Hablarde un puerto ES es casi siempre sinoacutenimo de una direccioacuten y es costumbre informaacuteticareferirse a estas direcciones en hexadecimal De modo que por ejemplo un puerto puede ser0x21 en un fuente o 21h en un texto informaacutetico
Direcciones de puertos
El modelo de direccionamiento del PC ha adoptado dos modelos seguacuten la naturaleza deldispositivo a conectar Direccionamiento dedicado para dispositivos de mediabajavelocidad Por ejemplo puertos serie y paralelo (impresora) teclado Etc ydireccionamiento mapeado en memoria para dispositivos raacutepidos (tiacutepicamente losadaptadores graacuteficos) En el apartado dedicado a ES se explican las diferencias entreambas modalidades Respecto a los dispositivos de direccionamiento dedicado desde la introduccioacuten del IBM-PCes costumbre que determinados dispositivos muy comunes se conecten mediante puertos dedirecciones determinadasEn la tabla adjunta se muestranalgunas de estas direccionestiacutepicas para dispositivos de ES[3] Las referencias a los chips serefieren a los utilizados en losprimeros PCs Actualmente hansido sustituidos por uno o dosintegrados (Chipset) que realizantodas las funcionesPuede observarse que para unmismo perifeacuterico se tienen variasdirecciones (un rango) La razoacutenes que estos dispositivos tienenvarios registros yo sonprogramables para lo quedisponen de registros especiales(cada registro de un Byte tieneuna direccioacuten y estas soncorrelativas) Por ejemplo elcontrolador de puerto serie de losprimeros PCs era un circuitointegrado 8250 de NationalSemiconductor que dispone de 8registros aunque los datos sereciben y transmiten por uno deellos el resto sirve paraprogramar y controlar elfuncionamiento del chip
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SDLC Puerto 1 3A0-3AF
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Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
CGA 3D0-3DF
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Tarjeta de red 368-36B
Puerto paralelo (LPT1) 378-37F
SDLC Puerto 2 [1] 380-38F
SDLC Puerto 1 3A0-3AF
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Puerto paralelo (LPT3) 3BC-3BF
EGA 3C0-3CF
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