Trabajo 3 Arquitectura.docx

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA MINISTERIO DEL PODER POPULAR PARA LA EDUCACION SUPERIOR UNEFA ING. DE SISTEMAS SECCION: D01 ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

Arquitectura del Computador

Alumnos: Willy Giovanny Rey Luque CI:25211986 Jonderson Vinicio Lopez Mendez

Caracas, noviembre de 2017

Introducción

Una instrucción es un conjunto de símbolos (que usualmente son caracteres) que representan una orden de operación o tratamiento de información para la computadora. Las instrucciones suelen realizarse con datos o actuar sobre estos. Un programa es un conjunto ordenado e instrucciones que se suministran al ordenador y le indican la tarea a realizar. Las instrucciones se forman con elementos o símbolos de un repertorio determinado y se construyen siguiendo unas reglas precisas. Al conjunto de símbolos y reglas sintácticas con las que se redactan los programas, se le denomina lenguaje de programación. Los circuitos de la computadora solo pueden leer instrucciones formadas por bits 0 y 1, que conforman un conocido lenguaje llamado máquina. Estos bits están agrupados en bloques o campos. En todas las instrucciones maquina existe un bloque que contiene el código de operación (un conjunto de bits que identifican la operación a realizar), y en la mayoría de ellas existe un bloque de dirección que contiene información para acceder al dato sobre el que actúa el bloque de operación.

Código de Instrucción

En informática, un opcode (operation code) o código de operación, es la porción de una instrucción de lenguaje de máquina que especifica la operación a ser realizada. Su especificación y formato serán determinados por la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) del componente de hardware de computador - normalmente un CPU, pero posiblemente una unidad más especializada. Una instrucción completa de lenguaje de máquina contiene un opcode y, opcionalmente, la especificación de uno o más operando - sobre los que la operación debe actuar. Algunas operaciones tienen operando implícitos, o de hecho ninguno. Algunas ISAs tiene instrucciones con campos definidos para los opcodes y operando, mientras que otras (ej. la arquitectura Intel x86) tienen una estructura más complicada y de propósito específico. Los operando sobre los cuales los opcodes aplican pueden, dependiendo de la arquitectura del CPU, consistir de. registros, valores en memoria, valores almacenados en la pila, puertos de I/O, bus, etc. Las operaciones que un opcode puede especificar pueden incluir aritmética, copia de datos, operaciones lógicas, y control del programa.

Organizaciones Básicas y Diseños del Computador

Las instrucciones máquina o instrucciones del computador: Las instrucciones de computadora son las que comprueban el funcionamiento de la CPU que las ejecuta y es un código binario que especifica una secuencia de microoperaciones para la computadora.

Ciclo de instrucción: Un ciclo de instrucción es el período de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instrucción de lenguaje máquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instrucción de código de máquina en un programa.

Control y sincronización de tiempo: Existen dos tipos principales de organizaciones de control: Control por cableado Control micro-programado

En la organización por cableado, la lógica de control se logra mediante compuertas, Flip-Flops y otros circuitos digitales. Esto tiene la ventaja de que puede utilizarse para producir un modo de operación más rápido.

En la organización micro-programada, la información de control esta almacenada en una memoria de control. La memoria de control está programada para iniciar la secuencia de micro-operaciones requerida.

Las instrucciones básicas en los lenguajes se pueden considerar en cuatro grupos: Instrucciones de entrada salida: son instrucciones de transferencia de información y datos entre dispositivos periféricos (teclado, impresora, unidad de disco, entre otras.). Instrucciones aritméticas lógicas: son instrucciones que ejecutan operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división, potencialización) y lógicas (operaciones and, or, not, entre otras.). Instrucciones selectivas: son instrucciones que permiten la selección de tareas alternativas en función de los resultados de diferentes expresiones condicionales. Instrucciones repetitivas: son instrucciones que permiten la repetición de secuencias de instrucciones un número determinado o indeterminado de veces. Los registros: es cierta información guardada para luego ejecutarse más rápido y es una pequeña unidad de almacenamiento destinada a contener cierto tipo de datos. Puede estar en la propia memoria central o en unidades de memoria de acceso rápido.

Registros de la computadora.

DR: (Registro de datos) Contiene el operando en la memoria. AR: (Registro de dirección) Contiene la dirección para la memoria. AC: (Acumulador) Contiene el registro del procesador. IR: (Registro de instrucción) Contiene el código de instrucción. PC: (Contador de programa) Contiene el código de la siguiente instrucción. TR: (Registro temporal) Contiene datos temporales. INPR: (Registro de entrada) Contiene el carácter de entrada.

Grupos de instrucciones básicas en los lenguajes

Instrucciones de transferencia de datos: en este tipo de instrucciones, se transfieren datos desde una localización a otra. Los pasos que se siguen para realizarlo son: Determinación de las direcciones de origen y destino de memoria. Realización de la transformación de memoria virtual a memoria real. Comprobación de la caché. Inicio del proceso de lectura/escritura en la memoria. Instrucciones aritméticas: pueden implicar transferencia de datos antes y/o después. Realizan operaciones aritméticas de las que se encarga la ALU. Se pueden clasificar en de 1 operando (valor absoluto, negación) y 2 operandos (suma, resta). Instrucciones lógicas: al igual que las aritméticas, la ALU se encarga de realizar estas operaciones, que en este caso son de tipo lógico. Instrucciones de conversión: similares a las aritméticas y lógicas. Pueden implicar lógica especial para realizar la conversión. Instrucciones de transferencia de control: actualizan el contador de programa (PC). Administran las llamadas/retornos a las subrutinas, el paso de parámetros y el enlazado. Instrucciones de E/S (entrada/salida): administran los comandos de entrada/salida. Si hay un mapa de memoria de entrada/salida, determina la dirección de este mapa

Unidades principales de un computador.

El procesador, también llamado Unidad Central de Proceso (UCP) (en inglés, Central Process Unit, CPU), es el lugar donde se interpretan y ejecutan las instrucciones de los programas. En él se distinguen dos partes principales: la unidad de control y la unidad aritmeticológica.

La unidad de control se encarga de dirigir y coordinar todos los elementos de la Computadora. Cuando llega una instrucción de un programa, la interpreta y activa o desactiva los componentes necesarios para que se ejecute la acción indicada en la instrucción.

Por ejemplo, Si la instrucción indica que se muestre un valor en pantalla, se activará la pantalla y se enviará el valor que se debe mostrar, y el dato aparece en el monitor. La unidad aritmeticológica se encarga de realizar las operaciones aritméticas y lógicas. Las operaciones aritméticas se refieren a las operaciones de cálculo que realizan los programas: sumas, restas, multiplicaciones, etcétera. Las operaciones lógicas son generalmente de comparación, por ejemplo, saber si un valor es mayor que otro, si dos valores son iguales, etcétera. En las computadoras personales, la unidad de control y la unidad aritmeticológica se encuentran integradas en un solo chip que se denomina microprocesador. Un chip es una tarjeta pequeña con un conjunto diminuto de componentes electrónicos y sus conexiones.

Procesador

Un procesador, incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial, mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa. Los procesadores utilizan la segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. La segmentación de cauce se puede dividir en ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, cálculo de direcciones de operando, ejecución de instrucción y estructura del operando resultado. A continuación, se muestra cómo se organiza un procesador, para esto se tiene que considerar los siguientes requisitos: Captar instrucciones: el procesador lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria principal). Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es necesario. Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de un módulo de E/S. Procesar datos: la ejecución e una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.

Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en el módulo de E/S. Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción está ejecutándose, en otras palabras el procesador necesita una pequeña memoria interna.

En esta figura se muestra una visión simplificada de un procesador, que indica su conexión con el resto de sistema, a través del bus del sistema. La ALU lleva a cabo el verdadero cálculo o procesamiento de datos. La unidad de control controla la transferencia de datos e instrucciones así a dentro y así afuera del procesador, y el funcionamiento de la ALU. Además, la figura muestra una memoria interna mínima, que consta de un conjunto de posiciones de almacenamiento llamadas registros.

En esta figura se indican los caminos de transferencia de datos y de la lógica de control, que incluye un elemento con el rotulo bus interno del procesador. También se muestran los elementos básicos típicos de la ALU. Hay que observar la similitud entre la estructura interna del computador en su totalidad y la estructura interna del

procesador. En ambos casos hay una pequeña colección de elementos principales (computador: procesador, E/S, memoria; procesador: unidad de control, ALU, registros) conectados por caminos de datos.

Microprocesador Es un circuito electrónico que actúa como Unidad Central de Proceso (CPU) de una computadora. Llamados por muchos como el “cerebro”. Es un circuito microscópico constituido por millones de transistores integrados en una única pieza plana de poco espesor. El microprocesador (micro) se encarga de realizar todas las operaciones de cálculo y de controlar lo que pasa en la computadora recibiendo información y dando órdenes para que los demás elementos trabajen. Microcomputadora Es un dispositivo de computación de sobremesa o portátil, que utiliza un microprocesador como su unidad central de procesamiento o CPU. Los microordenadores más comunes son las computadoras u ordenadores personales, PC, computadoras domésticas, computadoras para la pequeña empresa o micros. Las más pequeñas y compactas se denominan laptops o portátiles e incluso palm tops por caber en la palma de la mano. Cuando los microordenadores aparecieron por primera vez, se consideraban equipos para un solo usuario, y sólo eran capaces de procesar cuatro, ocho o 16 bits de información a la vez. Con el paso del tiempo, la distinción entre microcomputadoras y grandes computadoras corporativas o mainframe (así como los sistemas corporativos de menor tamaño denominados minicomputadoras) ha perdido vigencia, ya que los nuevos modelos de microordenadores han aumentado la velocidad y capacidad de procesamiento de datos de sus CPUs a niveles de 32 bits y múltiples usuarios.

Tecnologías CMOS Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico) es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS y tipo nMOS configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas, colocado obviamente en la placa base. En la actualidad, la mayoría de los circuitos integrados que se fabrican utilizan la tecnología CMOS. Esto incluye microprocesadores, memorias, procesadores digitales de señales y muchos otros tipos de circuitos integrados digitales cuyo consumo es considerablemente bajo. Drenador (D) conectada a tierra (Vss) (0), el valor 0 no se propaga al surtidor (S) y por lo tanto a la salida de la puerta lógica. El transistor pMOS, por el contrario, está en estado de conducción y es el que propaga un ‘1’ (Vdd) a la salida. Otra de las características importantes de los circuitos CMOS es que son regenerativos: una señal degradada que acometa una puerta lógica CMOS se verá restaurada a su valor lógico inicial 0 ó 1, siempre y cuando aún esté dentro de los márgenes de ruido que el circuito pueda tolerar. VentajasLa familia lógica tiene una serie de ventajas que la hacen superior a otras en la fabricación de circuitos integrados digitales: El bajo consumo de potencia estática, gracias a la alta impedancia de entrada de los transistores de tipo MOSFET y a que, en estado de reposo, un circuito CMOS sólo experimentará corrientes parásitas. Esto es debido a que en ninguno de los dos estados lógicos existe un camino directo entre la fuente de alimentación y el terminal de tierra, o lo que es lo mismo, uno de los dos transistores que forman el inversor CMOS básico se encuentra en la región de corte en estado estacionario. Gracias a su carácter regenerativo, los circuitos CMOS son robustos frente a ruido o degradación de señal debido a la impedancia del metal de interconexión. Los circuitos CMOS son sencillos de diseñar. La tecnología de fabricación está muy desarrollada, y es posible conseguir densidades de integración muy altas a un precio mucho menor que otras tecnologías. InconvenientesAlgunos de los inconvenientes son los siguientes: Debido al carácter capacitivo de los transistores MOSFET, y al hecho de que estos son empleados por duplicado en parejas nMOS-pMOS, la velocidad de los circuitos CMOS es comparativamente menor que la de otras familias lógicas. Son vulnerables a latch-up: Consiste en la existencia de un tiristor parásito en la estructura CMOS que entra en conducción cuando la salida supera la alimentación.

Esto se produce con relativa facilidad debido a la componente inductiva de la red de alimentación de los circuitos integrados. El latch-up produce un camino de baja resistencia a la corriente de alimentación que acarrea la destrucción del dispositivo. Siguiendo las técnicas de diseño adecuadas este riesgo es prácticamente nulo. Generalmente es suficiente con espaciar contactos de sustrato y pozos de difusión con suficiente regularidad, para asegurarse de que está sólidamente conectado a masa o alimentación. Según se va reduciendo el tamaño de los transistores, las corrientes parásitas empiezan a ser comparables a las corrientes dinámicas (debidas a la conmutación de los dispositivos).

Conclusión

En informática, un opcode (operation code) o código de operación, es la porción de una instrucción de lenguaje de máquina que especifica la operación a ser realizada. Su especificación y formato serán determinados por la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) del componente de hardware de computador - normalmente un CPU, pero posiblemente una unidad más especializada. Una instrucción completa de lenguaje de máquina contiene un opcode y, opcionalmente, la especificación de uno o más operandos - sobre los que la operación debe actuar. Algunas operaciones tienen operandos implícitos, o de hecho ninguno. Algunas ISAs tiene instrucciones con campos definidos para los opcodes y operandos, mientras que otras (ej. la arquitectura Intel x86) tienen una estructura más complicada y de propósito específico. Los operandos sobre los cuales los opcodes aplican pueden, dependiendo de la arquitectura del CPU, consistir de. registros, valores en memoria, valores almacenados en la pila, puertos de I/O, bus, etc. Las operaciones que un opcode puede especificar pueden incluir aritmética, copia de datos, operaciones lógicas, y control del programa.

Los opcodes también pueden ser encontrados en los bytecodes interpretados por un interpretador de código de byte (o la máquina virtual, en un sentido de ese término). En éstos, una arquitectura de conjunto de instrucciones es creada para ser interpretada por software en vez de un dispositivo de hardware. A menudo, los interpretadores de código de byte trabajan con tipos de datos y operaciones de más alto nivel, que el de un conjunto de instrucciones por hardware, pero son construidas a lo largo de líneas similares. Ejemplos incluyen la máquina virtual de Java (JVM) del lenguaje de programación Java, el código de byte usado en GNU Emacs para el código compilado de LISP, y muchos otros.

El lenguaje de máquina es tedioso y difícil para que los seres humanos lo programen directamente, así que si la abstracción dada por un lenguaje de programación de alto nivel no es deseada, un lenguaje ensamblador es usado. Aquí, son usadas las instrucciones mnemónicas que corresponden a las especificaciones del opcode y el operando de las instrucciones de lenguaje de máquina generadas. Esto da un mayor nivel de legibilidad y comprensibilidad, que trabajando directamente con operaciones de lenguaje de máquina, mientras que todavía da el control exacto del lenguaje de máquina generado. Un programa llamado ensamblador transforma el lenguaje ensamblador en código de máquina.

Bibliografía

https://html.rincondelvago.com/introduccion-a-la-informatica_programas-einstrucciones.html

https://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%B3digo_de_operaci%C3%B3n

http://maquinasbinarias.blogspot.com/2011/05/organizacion-basica-y-disenodel.html

http://biuinformatica1.blogspot.com/2009/08/principales-componentes-de-la.html

http://arquitecturadecomputadorass.blogspot.com/2012/09/organizacion-delprocesador.html