Guia de Arquitectura de Computadoras II

Trabajo De Arquitectura de Computadoras II

Nombres:

Juan Carlos Madriz

Manuel Abimael Castillo

Profesor: Francisco Hernández

Carrera: Ingeniería en Sistemas

Año: III

Fecha: 13/04/2015

Contenido1. Que es Arquitectura CISC......................................................................................................................4

2. Que es Arquitectura RISC......................................................................................................................4

3. Características y Evolución de los Microprocesadores Intel..................................................................4

4. Explique por medio de un Diagrama en bloques los principales Componentes de un Microprocesador.7

5. Características de los registros del procesador 80386............................................................................7

Registros de propósito general:..................................................................................................................7

Características:........................................................................................................................................7

Puntero de instrucciones:............................................................................................................................8


Registro de indicadores:.............................................................................................................................8


Registros de segmento:...............................................................................................................................8


Registros de control:...................................................................................................................................9


Registros de direcciones del sistema:.........................................................................................................9


Registros de depuración:.............................................................................................................................9


Registros de test:.......................................................................................................................................10

Características:......................................................................................................................................10

6. Explicar la ejecución de programas en modo Real y en modo virtual del procesador.........................10

7. Explique los bloques que conforman el procesador 80486..................................................................11

8. Explique mediante un diagrama en bloque el procesador Pentium II..................................................13

9. Explicar por medio de un diagrama en bloque la Unidad de Captación/ decodificación del Procesador Pentium II.....................................................................................................................................................14

10. Explicar por medio de un diagrama en bloque la Unidad de Envío/ Ejecución del Procesador Pentium II.....................................................................................................................................................15

11. Que es la memoria Caché.................................................................................................................17

12. Si se comparara la Arquitectura del Microprocesador 80386 con la del 80436 no se encontrarán diferencias.....................................................................................................................................................17

13. Qué es Intel® Atom TM...................................................................................................................17

14. Explique por medio de un diagrama en bloque los componentes de un microprocesador Intel core I7 18

15. Como determinar que un procesador Intel es mejor que un AMD...................................................18

16. Explique la arquitectura básica del microprocesador Intel Atom.....................................................19

17. Explique el diagrama en bloque del microprocesador Intel Atom...................................................20

18. Explique el funcionamiento del contador de un programa...............................................................21

19. Explique el funcionamiento del puntero de pila...............................................................................22

20. Explique el funcionamiento de Registro de Estado. (FLAGS).........................................................22

21. Enumere los tipos de Registros en un Microprocesador..................................................................22

22. Que es la señal de reloj.....................................................................................................................23

23. Que es la unidad de control..............................................................................................................23

24. Que es la unidad de Ejecución..........................................................................................................24

25. Que es la unidad de Instrucción........................................................................................................24

26. Que es la unidad de cache?...............................................................................................................24

27. Explicar el funcionamiento de la Unidad de Punto flotante.............................................................25

28. Qué tipo de números flotantes soporta el coprocesador...................................................................25

29. Para qué tipo de Aplicaciones están diseñadas específicamente las instrucciones MMX...............25

30. Explicar el funcionamiento de la Instrucción Simple, Múltiples Datos (SIMD).............................26

31. Explicar las instrucciones MMX del Pentium II..............................................................................26

32. Explicar los modos de direccionamiento del 8086 y 8088...............................................................28

33. Explicar las estructuras de interrupciones del 8086.........................................................................29

34. Explicar el modo protegido de trabajo del 80286.............................................................................31

35. Diseñar un circuito con los siguientes elementos.............................................................................31

36. Diseñar un circuito con los siguientes elementos.............................................................................31

1. Que es Arquitectura CISC.

R= CISC (Complex Instruction set Computer) Computadoras con un conjunto de instrucciones

complejo, CISC es un tipo de arquitectura de computadoras que promueve el uso de gran

numero de instrucciones, permitiendo operaciones complejas entre operandos

situados en memoria o registros internos.

2. Que es Arquitectura RISC.

R= RISC (Reduced Instruction Set Computer) o computadora de conjunto de

Instrucciones reducidas. Estas tienen un número menor de instrucciones para permitir mayor

velocidad de ejecución dentro de la CPU, sin tener que usar la memoria con tanta frecuencia.

3. Características y Evolución de los Microprocesadores Intel.

R=

EVOLUCION Y CARACT. DE LOS MICROPROCESADORES

Intel 8008

(1972)

Diseñado para utilizarlo en terminales informáticas, continuaba siendo formato DIP

y se basaba en la tecnología PMOS, pero casi duplicaba la velocidad del anterior con

sus 200 Kilohercios (KHz)

Intel 8080

(1974)

Era de 8 bits que se utilizaría como “cerebro” para la Altair 8800, considerada por

muchos como la primera PC de la historia; su velocidad 2 MHz

Intel 8086

(1978)

El procesador de la primera PC. Tenía 29000 transistores y capacidad para gestionar

1MB de memoria. Apareció en versiones 5,6,8 y 10 MHz

Intel 8088 Idéntico al 8086, pero con capacidad para gestionar mas memoria y convivir con el

(1979) 8087, el coprocesador matemático.

Intel 80186

(1980)

Nunca se monto en PC, pero hasta los 90 dio muy buenos resultados en robots, llego

a tener versiones de 25 MHz

Intel 80286

o 286 (1982)

El primer procesador de 16 Bits. Tenía 134.000 transistores, 16 MB y era multitarea.

IBM lo utilizo en la primera evolución de su PC, la PC/AT.

Intel 80386

o 386 (1985)

Procesadores de 32 bits, Modo protegido, es compatible con el 286 y fue llamado

modo Nativo, Registros internos de 32 bits.

Intel 486

(1989)

Da el primer salto histórico en densidad de transistores al superar el millón

(1.200.000), lo que le permitía procesar, a 33 MHz Gracias a la tecnología overdrive

(1992) alcanza 50 y 66 MHz, de 32 Bits la memoria principal, y dos memorias caché

de 4KB cada una.

Intel

Pentium

(1993)

Las primeras versiones de este tenían una frecuencia de reloj de 60 MHz y una

memoria de 32 MB, fue el primer salto generación a la arquitectura 80x86 al

incorporar un bus externo de 64 Bits y ser capaz de transportar el doble de

información. Fue el primer chip compatible con todos los sistemas operativos del

momento (DOS, Windows 3.1, Unix, aund OS/2).

Pentium Pro

(1995-1999)

Incorpora la estructura RISC de los chips para supercomputadoras, aunque

manteniendo la compatibilidad hacia atrás mediante un emulador interno de 486.

También permite ejecutar más instrucciones por ciclo de reloj que el Pentium.

Pentium II

(1997)

Introduce notables mejoras internas que impulsan la potencia de la familia x86. A

partir de él, la refrigeración se hace crítica. Se distingue por una carcasa plástica,

más manejable pero también aparatosa lo que, sumado al gran ventilador, es objeto

de queja de los fabricantes.

Pentium II

Xeon (1998)

Arranca con 400MHz. Con una frecuencia FBS de 100MHz a 6.5 GT/s. con núcleos

de 1, 2, 4, 6 u 8 hasta la actualidad. Este microprocesador es fabricado especialmente

para servidores.

Pentium III

(1999)

Manteniendo los 32 Bits, Intel introduce todo su saber para impulsar el rendimiento.

Parte de los 450 MHz e inicia la carrera hacia los 1000 MHz.

Pentium 4

(2000)

Consciente de la ventaja de AMD Intel trabaja y adelanta la nueva generación para

responder al Athlon. El Pentium 4 renueva toda la arquitectura interna y sienta la

base para los futuros desarrollos.

Xeon (2001) Procesador para las estaciones de trabajo basado en la tecnología Pentium 4 y

especialmente indicado para el procesamiento de imágenes 3D.

ItaniumT

(2001)

Primer procesador de 64 Bits de Intel. Diseñado para servidores empresariales.

Itanium T 2

(2002)

Evolución del anterior con mejoras en la gestión interna. Pensado para servidores

empresariales de gran volumen.

Pentium M

Centrino

(2003)

Se trata de una versión de bajo consumo del Pentium 4, combinado con un conjunto

de chips auxiliares capaces de integrar comunicaciones inalámbricas.

2005 Intel Pentium D, Intel Extreme Edition con hyper threading, Intel Core Duo.

2006 Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Extreme.

2007 Intel Core 2 Quad.

2008 Procesadores Intel Core i7.

4. Explique por medio de un Diagrama en bloques los principales Componentes de un

Microprocesador.

R=

5. Características de los registros del procesador 80386.

Registros de propósito general:

Características:

Los ocho registros de propósito general de 32 bits mantienen datos y direcciones. Estos registros

soportan operandos de 1, 8, 16, 32 y 64 bits y campos de bits de 1 a 32 bits. Soportan operandos

de direcciones de 16 y de 32 bits. Los nombres simbólicos

son: EAX, EBX, ECX, EDX, ESI, EDI, EBP y ESP. Los 16 bits menos significativos se pueden

acceder separadamente. Esto se hace usando los nombres AX, BX, CX, DX, SI, DI, BP y SP, que

se utilizan de la misma manera que en los procesadores previos. Al igual que en el 80286 y

anteriores, AX se divide en AH y AL, BX se divide en BH y BL, CX se divide

en CH y CL y DX se divide en DH y DL.

Puntero de instrucciones:

Características:

El puntero de instrucciones es un registro de 32 bits llamado EIP, el cual mantiene el offset de la

próxima instrucción a ejecutar. El offset siempre es relativo a la base del segmento de código

(CS). Los 16 bits menos significativos de EIP conforman el puntero de instrucciones de 16

bits llamado IP, que se utiliza para direccionamiento de 16 bits.

Registro de indicadores:

Características:

Es un registro de 32 bits llamado EFlags. Los bits definidos y campos de bits controlan ciertas

operaciones e indican el estado del 80386. Los 16 bits menos significativos (bits 15-0) llevan el

nombre de Flags, que es más útil cuando se ejecuta código de 8086 y 80286.

Registros de segmento:

Características:

Son seis registros de 16 bits que mantienen valores de selectores de segmentos identificando los

segmentos que se pueden direccionar. Los seis segmentos direccionables en cualquier momento

se definen mediante los registros de segmento CS, DS, ES, FS, GS, SS.

Registros de control:

Características:

Tiene tres registros de control de 32 bits, llamados CR0, CR2 y CR3, para mantener el estado de

la máquina de naturaleza global (no el específico de una tarea determinada). Estos registros, junto

con los registros de direcciones del sistema, mantienen el estado de la máquina que afecta a todas

las tareas en el sistema.

Registros de direcciones del sistema:

Características:

Cuatro registros especiales se definen en el modelo de protección del 80286/80386 para

referenciar tablas o segmentos. Estos últimos son:

GDT (Tabla de descriptores globales).

IDT (Tabla de descriptores de interrupción).

LDT (Tabla de descriptores locales).

TSS (Segmento de estado de la tarea).

Registros de depuración:

Características:

1) El código de operación de punto de parada INT 3 (0CCh).

2) La capacidad de ejecución paso a paso que provee el indicador TF.

Los seis registros de depuración de 32 bits accesibles al programador, proveen soporte para

depuración (debugging) por hardware.

Registros de test:

Características:

Se utilizan dos registros para verificar el funcionamiento del RAM/CAM (Content Addressable

Memory) en el buffer de conversión por búsqueda (TLB) de la unidad de paginado del

80386. TR6 es el registro de comando del test, mientras que TR7 es el registro de datos que

contiene el dato proveniente del TLB. ElTLB guarda las entradas de tabla de página de uso más

reciente en un caché que se incluye en el chip, para reducir los accesos a las tablas de páginas

basadas en RAM.

6. Explicar la ejecución de programas en modo Real y en modo virtual del procesador

80386.

R= El 80386 permite la ejecución de programas para el 8086 tanto en modo real como en modo

virtual 8086.

En modo real el 80386 opera como un 8086 muy rápido, con extensiones de 32 bits si se desea.

El modo real se requiere primariamente para preparar el procesador para que opere en modo

protegido.

El modo protegido provee el acceso al sofisticado manejo de memoria y paginado. Dentro del

modo protegido, el software puede realizar un cambio de tarea para entrar en tareas en modo

8086 virtual (V86 mode).

Las tareas en modo 8086 virtual pueden aislarse entre sí y del sistema operativo (que debe utilizar

instrucciones del 80386), mediante el uso del paginado y el mapa de bits de permiso de

entrada/salida

7. Explique los bloques que conforman el procesador 80486.

1. Unidad de ejecución: Incluye los registros de uso general de 32 bits, la unidad lógico-

matemática y un barrel shifter de 64 bits. La unidad de ejecución está mejorada con lo que se

necesita un sólo ciclo de reloj para las instrucciones más frecuentes.

2. Unidad de segmentación: Incluye los registros de segmento, los cachés de información de

descriptores y la lógica de protección. No tiene diferencias con respecto al 80386.

3. Unidad de paginación: Es la encargada de traducir las direcciones lineales (generadas por la

unidad anterior) en direcciones físicas. Incluye el buffer de conversión por búsqueda (TLB).

Los últimos modelos (DX4, algunos DX2) soportan páginas de 4MB aparte de las de 4KB

del 80386.

4. Unidad de caché: La evolución de las memorias hizo que el tiempo de acceso de las mismas

decrecieran lentamente, mientras que la velocidad de los microprocesadores aumentaba

exponencialmente. Por lo tanto, el acceso a memoria representaba el cuello de botella. La

idea del caché es tener una memoria relativamente pequeña con la velocidad del

microprocesador. La mayoría del código que se ejecuta lo hace dentro de ciclos, con lo que,

si se tiene el ciclo completo dentro del caché, no sería necesario acceder a la memoria

externa. Con los datos pasa algo similar: también ocurre un efecto de localidad. El caché se

carga rápidamente mediante un proceso conocido como "ráfaga", con el que se pueden

transferir cuatro bytes por ciclo de reloj. Más abajo se da información más detallada de esta

unidad.

5. Interfaz con el bus: Incluye los manejadores del bus de direcciones (con salidas de A31-A2

y BE0# a BE3# (mediante esto último cada byte del bus de datos se habilita por separado)),

bus de datos de 32 bits y bus de control.

6. Unidad de instrucciones: Incluye la unidad de prebúsqueda que le pide los bytes de

instrucciones al caché (ambos se comunican mediante un bus interno de 128 bits), una cola

de instrucciones de 32 bytes, la unidad de decodificación, la unidad de control, y la ROM de

control (que indica lo que deben hacer las instrucciones).

7. Unidad de punto flotante: Incluye ocho registros de punto flotante de 80 bits y la lógica

necesaria para realizar operaciones básicas, raíz cuadrada y trascendentes de punto flotante.

Es tres o cuatro veces más rápido que un 386DX y 387DX a la misma frecuencia de reloj.

Esta unidad no está incluida en el modelo 486SX.

8. Explique mediante un diagrama en bloque el procesador Pentium II.

El Pentium II incluye dos caches on-chip, una para datos otra para instrucciones. Cada cache es

de 8 KBytes, utilizando un tamaño de línea de 32 bytes y una organización asociativa por

conjunto de dos vías. Incluye además una cache L2 que alimenta a las dos cache L1. La cache L2

es asociativa por conjunto de cuatro vías, y con tamaños que oscilan entre 256 Kbytes y 1Mbyte.

9. Explicar por medio de un diagrama en bloque la Unidad de Captación/

decodificación del Procesador Pentium II.

Etapa IFU1: Capta instrucciones desde la cache de instrucciones, una línea (32 bytes) cada vez.

Etapa IFU2: Esta unidad lleva a cabo dos operaciones en paralelo. IFU2 examina los bytes para

determinar los límites de las instrucciones.

Etapa IFU3: Para comprender el funcionamiento de esta etapa, es necesario describir la primera

etapa de la unidad de decodificación de instrucciones, ID1. Esta etapa es capaz de manejar tres

instrucciones en paralelo. ID1 traduce cada instrucción en de una a cuatro microoperaciones cada

una de 118 bits. ID1 contiene tres decodificadores. El primero de ellos puede manejar

instrucciones que se traduzcan hasta en cuatro microoperaciones. El segundo y el tercer

decodificador manejan instrucciones sencillas que correspondan a una única microoperación.

La salida de ID1 o MIS se introduce en la segunda etapa de decodificación, ID2, es un bloque de

hasta seis microoperaciones a la vez. En este punto, hay una segunda ocasión para predecir saltos.

Las microoperaciones encoladas en ID2 pasan a través de una fase de renombramiento de registro

(RAT, register allocator). El RAT transforma las referencias a l o 16 registros de la arquitectura.

Después el RAT introduce las microoperaciones revisadas al buffer de reordenación (ROB,

reorder buffer). Las microoperaciones entran al ROB en orden; después son enviadas desde el

ROB a la unidad de envío/ejecución sin orden.

10. Explicar por medio de un diagrama en bloque la Unidad de Envío/ Ejecución del

Procesador Pentium II.

La central de reservas (RS, reservation station) es responsable de recuperar las microoperaciones

del ROB., enviándolas a su ejecución y guardando los resultados de nuevo en el ROB. La RS

busca en el ROB microoperaciones cuyo estado indique que la microoperación dispone de todos

sus operandos. Si está disponible la unidad de ejecución que necesita una microoperación, la RS

capta esa microoperación y la envía a la unidad de ejecución conveniente. Se pueden enviar hasta

cinco microoperaciones en un ciclo.

Hay cinco puertos que unen la RS a las cinco unidades de ejecución. El puerto 0 se usa para

instrucciones con enteros y coma flotante, con la excepción de las operaciones sencillas con

enteros y la gestión de las predicciones de saltos erróneas que se asignan al puerto 1. Las

unidades de ejecución MMX se asignan también a estos puertos. Los puertos restantes se utilizan

para cargas y almacenamientos en memoria. Cuando se completa una ejecución, se actualiza la

entrada adecuada del ROB, y la unidad de ejecución queda disponible para otra microoperación.

11. Que es la memoria Caché.

R= Es una memoria rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas

informaciones almacenada en la RAM (Random Access Memory o Memoria de Acceso

Aleatorio).

12. Si se comparara la Arquitectura del Microprocesador 80386 con la del 80436 no se

encontrarán diferencias. Sin embargo el tiempo de ejecución de las instrucciones varía

significativamente de un microprocesador a otro. Con base a la información analice cómo ha

evolucionado el tiempo de ejecución de las instrucciones en otros microprocesadores para la

mejora del desempeño.

R= En el 80486 casi la mitad de las instrucciones son ejecutadas en un período de reloj, en vez de

los dos períodos que necesita el 80386 para ejecutar instrucciones similares.

13. Qué es Intel® Atom TM.

R= Intel® Atom™ es el nombre de la nueva familia de procesadores con consumo

eficiente de energía diseñados específicamente para “dispositivos móviles para Internet” (Mobile

Internet Devices, MID) y una nueva clase de equipos portátiles (netbooks) y PC de escritorio

(nettops) económicos y sencillos centrados en Internet. Además, esta nueva familia de

procesadores es una importante oportunidad de crecimiento general del mercado para el silicio

de Intel® utilizando el procesador Intel® Atom como la base. La compañía anunció la tecnología

de procesador Intel® Centrino® Atom™ para plataformas MID que consta de múltiples chips que

hacen posible la mejor experiencia en Internet en un dispositivo de bolsillo, así como varios SoC

en un futuro inmediato.

14. Explique por medio de un diagrama en bloque los componentes de un

microprocesador Intel core I7

15. Como determinar que un procesador Intel es mejor que un AMD

AMD son procesadores mucho más funcionales que los INTEL, los INTEL son muy pesados

aunque su funcionalidad es casi igual hasta un poco mejor que los AMD las diferencia es que

AMD son más Livianos con el Sistemas, AMD corre en toda Plataforma y generalmente muy

bueno para Diseñadores y Gamers, ps.

AMD es mejor en gráficos, y juegos, son baratos y consumen poca energía, aparte generan muy

poco calor debido a su bajo consumo. son recomendables cuando uno va a jugar con una pc o a

hacer diseño gráfico .se pueden actualizar sin cambiar de placa madre la gran mayoría.

Los intel: son muy poderosos, pero caros tiene mucha velocidad ,y son los mejores para procesar

grandes caudales de datos, la conversión de video o datos son su fuerte, es más un procesador de

servidor que de escritorio se tiene que refrigerar mucho la máquina, y consumen mucho, tiran

muy bien los juegos pero se destacan en datos, codificación de video, winrar, máquinas virtuales,

etc.

La computadora se dura 15 segundos en abrir un programa, o 45 segundos en iniciar Windows.

En cambio con AMD son: 1-5 segundos para abrir un programa 8-20 segundos para iniciar

Windows.

16. Explique la arquitectura básica del microprocesador Intel Atom.

R=

La arquitectura es completamente nueva, diseñada específicamente para dispositivos pequeños y

para ofrecer un bajo consumo de energía, conservando total compatibilidad con el conjunto de

instrucciones Intel® Core™2 Duo Por otra parte, el reducido tamaño del chip, que mide menos de

25 mm², lo que lo convierte en el procesador más pequeño y de más bajo consumo de energía.

Pipeline de 16 etapas in-order, sin ejecución especulativa o renombrado de registros,

optimizada para dar un eficiente throughput, pero siempre con el consumo como principal

clave.

Pipeline dual, para posibilitar la decodificación, expedición y ejecución de dos instrucciones

por ciclo.

Lógica avanzada de Stack Pointer, para mejorar la eficiencia en llamadas y retornos a rutinas.

17. Explique el diagrama en bloque del microprocesador Intel Atom.

R= El microprocesador Intel Atom formado por cinco clusters y dos colas del planificador;

Bus cluster; Contiene la cache L2, el controlador de interrupciones y el interfaz de bus.

Memory execution cluster; Formado por la cache L1 de datos, y la lógica para ejecución

de instrucciones con acceso a memoria.

Integer execution cluster; Dos ALUs y desplazadores, separados en los dos pipelines

existentes.

FP/SIMD execution cluster; Bloque para la ejecución de instrucciones en coma flotante,

así como de las instrucciones de aceleración multimedia.

Front-End cluster; En este bloque se encuentra la cache L1 de instrucciones, así como la

lógica de predicción de salto. También la lógica para el control del doble pipeline.

18. Explique el funcionamiento del contador de un programa.

R= Es el registro que contiene la dirección de memoria desde donde hay que leer la instrucción

en curso, tras la ejecución el registro se incrementa para continuar con la siguiente, o se sustituye

su valor por otro si se ha de ejecutar un salto o una llamada a subrutina. En el momento de

conectar el ordenador, la señal de RESET pone este registro a "cero", por lo que la ejecución

comienza desde la primera dirección de memoria.

Diagrama de bloques de la arquitectura Ilustración

19. Explique el funcionamiento del puntero de pila.

R= Una pila es una zona reservada de memoria cuyos datos están organizados como "último en

entrar, primero en salir" (LIFO: Last In FirstOut), y sirve para almacenar determinados datos,

como por ejemplo, la dirección de retorno tras una llamada a subrutina.

De una pila sólo se puede recuperar cada vez el último dato que se ha introducido. El registro SP

es el puntero de la Pila de Máquina. Apunta siempre al último dato introducido, los datos que se

introducen en la pila de máquina tienen siempre dos bytes de longitud. Durante la rutina de

inicialización, se carga este registro con un valor (inmediatamente debajo de RAMTOP) y cada

vez que se mete un dato en la pila, el puntero (SP) se decrementa dos veces (la pila se expande

hacia abajo).

20. Explique el funcionamiento de Registro de Estado. (FLAGS)

R= El registro de estado indica la ocurrencia de determinadas condiciones, tales como: paridad,

cero, signo, acarreo, desbordamiento, que se producen tras una operación aritmética o lógica y

que serán de gran utilidad en los saltos condicionales.

21. Enumere los tipos de Registros en un Microprocesador.

R=

Registros de propósito general.

Registros de segmento.

Puntero de instrucciones

Banderas.

Registros de control

Registros de direcciones de sistema.

Registros de depuración (debug)

Registros de test (nuevos en el 80386)

22. Que es la señal de reloj.

R= La señal clock CLK2 provee la temporización para el 80386. Se divide por dos internamente

para generar el reloj interno del microprocesador que se utiliza para la ejecución de las

instrucciones. El reloj interno posee dos fases: "fase uno" y "fase dos". Cada período de CLK2 es

una fase del reloj interno. Si se desea, la fase del reloj interno se puede sincronizar a una fase

conocida aplicando la señal de RESET con los tiempos que se indican en el manual del circuito

integrado. El terminal correspondiente es el F12.

23. Que es la unidad de control.

R= La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se

divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de

proceso y el bus de entrada/salida. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal,

decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.

24. Que es la unidad de Ejecución.

R=Es una pieza del CPU que realiza las operaciones y los cálculos llamados por los programas.

Tiene a menudo su propia unidad de control, registros y otros componentes eléctricos, tales como

una unidad aritmética-lógica, unidad de punto flotante o cierto componente especifico más

pequeño.

25. Que es la unidad de Instrucción.

R= Es aquella que Incluye la unidad de prebúsqueda que le pide los bytes de instrucciones al

caché (ambos se comunican mediante un bus interno de 128 bits), una cola de instrucciones de 32

bytes, la unidad de decodificación, la unidad de control, y la ROM de control (que indica lo que

deben hacer las instrucciones).

26. Que es la unidad de cache?

El término caché se usa cuando se hace referencia a una memoria temporal o intermedia.

Nero llama caché a la unidad que usa para copiar temporalmente los datos a grabar en los

CDs/DVDs

La memoria caché es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio y

alta velocidad, situada entre el CPU y la RAM; se presenta de forma temporal y automática con

lo que proporciona acceso rápido a los datos de uso frecuente.

La ubicación de la caché entre el procesador y la RAM, hace que sea suficientemente rápida para

almacenar y transmitir los datos que el microprocesador necesita recibir casi instantáneamente.

La memoria caché es 5 ó 6 veces más ràpida que la DRAM (RAM dinámica), por eso su

capacidad es mucho menor.

La utilización de la memoria caché se describe a continuación:

Acelerar el procesamiento de las instrucciones de memoria en la CPU.

Las computadoras tienden a utilizar las mismas instrucciones y (en menor medida), los mismos

datos repetidamente, por ello la caché contiene las instrucciones más utilizadas.

27. Explicar el funcionamiento de la Unidad de Punto flotante.

R= Incluye ocho registros de punto flotante de 80 bits y la lógica necesaria para realizar

operaciones básicas Su función principal es realizar las operaciones básicas que toda FPU puede

realizar como son la suma, la multiplicación, y la división, si bien algunos sistemas más

complejos que son capaces también de realizar como los

cálculos trigonométricos o exponenciales.

28. Qué tipo de números flotantes soporta el coprocesador.

R= Se ha reconstruido por completo la unidad de punto flotante (FPU), a partir de la de los 386 y

486 y ahora tiene algunas de las características de los RISC. Hay ocho etapas de vía y las cinco

primeras se comparten con la unidad de enteros. La unidad cumple con la norma IEEE-754, usa

algoritmos más rápidos y aprovecha la arquitectura con vías para lograr mejoras de rendimiento

de entre 4 y 10 veces, dependiendo de la optimización del compilador.

29. Para qué tipo de Aplicaciones están diseñadas específicamente las instrucciones

MMX.

R= Este conjunto de instrucciones está orientado a programación multimedia.

30. Explicar el funcionamiento de la Instrucción Simple, Múltiples Datos (SIMD).

R= El proceso denomina SIMD (Single InstructionMultiple Data) hace posible que una

instrucción realice la misma función sobre múltiples datos, en otras palabras, las instrucciones

ejecutan las operaciones simultáneamente en varios datos en paralelo. Un ejemplo de su

funcionamiento en la realidad es con el vídeo: En los procesadores conocidos hasta la llegada del

MMX llegaban 8 pixeles de datos gráficos de una en una y se procesaban separadamente. En los

procesadores MMX, los 8 pixeles llegan al procesador en un paquete de 64 bits y se procesan a

todos en una sola instrucción.

31. Explicar las instrucciones MMX del Pentium II.

R= La instrucción PADDB toma como operando un byte empaquetado, y realiza en paralelo

sumas con cada posición de byte para producir un byte empaquetado de salida.

Una característica inusual que presenta el conjunto de instrucciones MMX es la introducción de

la aritmética de saturación. Con la aritmética sin signo ordinaria, cuando una operación produce

un desbordamiento (es decir, se produce una acarreo en la posición del bit mas significativa) el

bit se trunca. Considere, por ejemplo las dos palabras en hexadecimal, F000H y 3000H. Su suma

se expresaría como:

F000H = 1111 0000 0000 0000

+3000H = 0011 0000 0000 0000

1 0010 0000 0000 0000 = 2000H

Acarreo

Si los dos números representaban intensidad de imagen, el resultado de la suma hace que la

combinación de zonas sombreadas oscuras aparezca como más clara. Esto no es lo que se

pretende normalmente. Mediante la aritmética con saturación, cuando la suma produce un

desbordamiento, o la resta produce un desbordamiento negativo, el resultado se fija

respectivamente al mayor o al menor valor representable. Para el ejemplo dado, la aritmética con

saturación daría como resultado:

F000H = 1111 0000 0000 0000

+3000H = 0011 0000 0000 0000

1 0010 0000 0000 0000 = 2000H

Acarreo

1111 1111 1111 1111 = FFFFH

Suma con saturación

32. Explicar los modos de direccionamiento del 8086 y 8088

Estos procesadores tienen 27 modos de direccionamiento (una cantidad bastante más grande que

los microprocesadores anteriores) o reglas para localizar un operando de una instrucción. Tres de

ellos son comunes a microprocesadores anteriores:

1) direccionamiento inherente (el operando está implícito en la instrucción, por ejemplo, en la

multiplicación uno de los operandos siempre es AX).

2) direccionamiento a registro (el operando es un registro del microprocesador)

3) direccionamiento inmediato (el operando es un número que se encuentra en la misma

instrucción),

El resto de los modos sirve para localizar un operando en memoria. Para facilitar la explicación

de estos modos, se pueden resumir de la siguiente manera: Deben sumarse cuatro cantidades:

dirección de segmento

dirección base

una cantidad índice

un desplazamiento.

La dirección de segmento se almacena en el registro de segmento (DS, ES, SS o CS). En la

próxima sección se indica la forma en que se hace esto. Por ahora basta con saber que el

contenido del registro de segmento se multiplica por 16 antes de utilizarse para obtener la

dirección real. El registro de segmentación siempre se usa para referenciar a memoria.

La base se almacena en el registro base (BX o BP). El índice se almacena en el registro índice (SI

o DI). Cualquiera de estas dos cantidades, la suma de las dos o ninguna, pueden utilizarse para

calcular la dirección real, pero no pueden sumarse dos bases o dos índices. Los registros

restantes (AX, CX, DX y SP) no pueden utilizarse para direccionamiento indirecto.

Además del segmento, base e índice, se usa un desplazamiento de 16 bits, 8 bits o 0 bits (sin

desplazamiento). Ésta es una cantidad estática que se fija durante el ensamblado.

Estructura de memoria de segmentación: el 8086/8088 usa un esquema de segmentación, para

acceder correctamente a un megabyte completo de memoria, con referencias de direcciones de

sólo 16 bits.

Es Decir, Una parte es la dirección de segmento y la otra es el offset. A su vez el offset se

compone de varias partes: un desplazamiento (un número fijo), una base (almacenada en el

registro base) y un índice (almacenado en el registro índice).

33. Explicar las estructuras de interrupciones del 8086

LAS INTERRUPCIONES. Una estructura de interrupción es una forma de que el procesador

provea un servicio rápido y uniforme para la E/S, correcciones y ciertos tipo de error. En general,

el procesador continúa con su trabajo habitual hasta que ocurre una interrupción, en cuyo

momento salva su estado actual ( puntero de instrucción, segmento de código e indicadores )

ejecuta una rutina especial, y entonces vuelve a lo que estaba haciendo antes. Se puede ver la

interrupción como una llamada a una subrutina y la rutina especial de interrupción como el

cuerpo de la subrutina. Las principales diferencias entre subrutinas e interrupciones son: • Las

subrutinas son llamadas únicamente por instrucciones software, mientras que las interrupciones

pueden ser invocadas tanto por software como por hardware. • Las subrutinas únicamente deben

salvar la dirección de retorno, mientras que las interrupciones guardan dicha dirección y el estado

de todos los indicadores. • Las subutinas necesitan tener un medio de pasar datos al programa

principal y viceversa, mientras que esto no es necesario para las interrupciones. La estructura de

interrupciones del 8086 utiliza una tabla de 256 posiciones de 4 octetos cada una, la cual está en

el inicio de la memoria. Cada una de estas posiciones de la tabla de interrupciones puede cargarse

con un puntero a diferentes rutinas de la memoria principal. Estos punteros contienen el nuevo

contenido del segmento de código ( 2 octetos ) y el puntero de instrucciones ( 2 octetos ) para la

rutina que puede estar localizada en cualquier parte de la memoria. A cada uno de estos punteros

de 4 octetos se le asigna un número del 0 al 255, según su posición en la memoria. A este número

se le llama tipo. Al tipo de interrupción 0 se le asigna la posición de memoria 0 y así

sucesivamente hasta la posición 1.020. En general, al tipo n se le asigna la posición 4n de

memoria. Asignatura: Estructura de Computadores I.Telecomunicación Arquitectura del

Microprocesador 8086 Depto. de Automatica Juana María López Area de Arquitectura de

Computadores 24 Cada tipo de interrupción puede ser llamado tanto por hardware como por

software. Esto hace posible probar vía software las interrupciones hardware. Hay un bit de

control, llamado indicador de interrupción ( IF ) que controla si el 8086 responde o no a las

interrupciones externas. Este bit puede activarse o desactivarse por medio de las órdenes de

activar interrupciones ( STI ) y el de borrar interrupción ( CLI ). Esto abre y cierra la puerta para

interrupciones de la CPU. Las interrupciones hardware actúan de la siguiente forma: Cuando un

dispositivo externo necesita servicio, produce una señal en la línea de petición de interrupción

( INTR ) del 8086. Si el 8086 puede responder ( interrupción activa ), envía una señal de recibido,

bien de forma directa ( en modo mínimo ), o bien vía el controlador de bus 8288 ( en modo

máximo ). El dispositivo externo indica, mediante un octeto en el bus de datos, que tipo de

interrupción desea. El 8086 usa este número para localizar el puntero de la tabla de

interrupciones. A continuación, el 8086 salva las condiciones de sus indicadores y un puntero en

la pila con la dirección de retorno, y carga el segmento de código y el puntero de instrucciones

desde la tabla de interrupción. Esto hace que el procesador ejecute la rutina de servicio. Al final

de dicha rutina debe haber una instrucción de retorno de interrupción ( IRET ).Esta interrupción

restaura los indicadores, el segmento de código y el puntero a la dirección de retorno. Se debe

usar la instrucción IRET ya que una instrucción retorno normal no restauraría los indicadores, por

lo que no sería adecuada para estos propósitos (de otra manera se rompería la pila ). En este

punto, el procesador ha vuelto a sus operaciones normales.

34. Explicar el modo protegido de trabajo del 80286

El procesador 80286 permite dos modos de funcionamiento: el modo real de direccionamiento y

el modo protegido. Trabajando en modo real 8086, el procesador 80286 puede utilizar hasta 1

Mbyte de espacio direccionable, memoria física, al emplear una dirección de 20 bits. En modo

protegido, los programas que corren con el 80286 pueden utilizar incluso hasta 1 Gigabyte de

espacio direccionable. Éste es automáticamente asignado al espacio direccionable de 16 Mbytes

por el 80286, al emplear una dirección física de 24 bits. Desde el punto de vista del hardware,

ambos modos se diferencian sólo en las cuatro líneas superiores de dirección (A23 hasta A20).

Estas son, en modo real, simplemente ignoradas o, en modo protegido, decodificadas junto a las

otras líneas de dirección. Como se apuntó anteriormente, el procesador 80286 puede direccionar

una memoria física de hasta 1 Mbyte en modo real y en modo protegido hasta 16 Mbytes. Aparte

de los diferentes tamaños de memoria, la organización de la memoria y de las E/S es, en el modo

real y el modo protegido, idéntica. Adicionalmente a las posibilidades de direccionamiento de

memoria vistos, el 80286 puede direccionar directamente hasta 65536 puertos de E/S de 8 bits o

hasta 32768 puertos de E/S de 16 bits, que estén asignados en una zopa direccionable de E/S

separada.

35. Diseñar un circuito con los siguientes elementos

Pic 16f84 Oscilador de 4 Mhz 2 capacirores de 25 Pf 8 led

Programar el circuito para que haga un barrido de lateral izquierdo al lateral derecho, flashee 3 veces y comience del lateral derecho al lateral izquierdo.

36. Diseñar un circuito con los siguientes elementos

Pic 16f84 Oscilador de 4 Mhz 2 capacirores de 25 Pf 21 led Realizar un dsiplay de 7 segmentos en cátodo común, cada segmento estará

compuesto por 3 led Programar el circuito para que presente el número 4 y el numero 2

Documents

Guia de Arquitectura de Computadoras II