ARQUITECTURA DE COMPUTADORASINFRAESTRUCTURA DE SOFTWARE

ITCR SSC – I Semestre 2012

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Prueba corta #1• Aspectos básicos sobre los ciclos de búsqueda y

ejecución de instrucciones• Además formule las instrucciones en un lenguaje

simbólico por ejemplo: mov A, (940)

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La semana anterior…• Conceptos introductorios sobre Organización y

Arquitectura de Computadoras:• Definiciones• Modelo de Von Neumann• Pasos para la ejecución de instrucciones (ciclo de búsqueda, ciclo

de ejecución)• …

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ALGUNOS OTROS ASPECTOS…Conceptos de Organización y Arquitectura de Computadoras

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Organización a Nivel de Bloques y Buses

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• Modelo Von Neumann ampliado• Bus: Conjunto de líneas común a varios bloques que permite la

comunicación entre ellos.

Interrupciones• Mecanismo por el cual otros módulos pueden alterar la

secuencia normal de programa • Ejemplo:

• I/O: Del controlador E/S (dato en memoria)

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Ejemplo

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Arquitectura de Buses Tradicional

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Arquitectura de Buses de Altas Prestaciones

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Para recordar… PowerMacG5

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Para recordar… Sony PS2

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Conexión con el Sistema Operativo

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ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

Infraestructura de software

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Contenidos• Distintos niveles de abstracción• Infraestructura de software

• Ensamblador• Linker• Loader• Lenguajes de Alto nivel• Simuladores• Relación con Sistema Operativo

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Niveles de abstracción

6. Nivel de Usuario• A este nivel encontramos las «aplicaciones»• Por ejemplo:

• Procesadores de Texto • Paquetes gráficos• Juegos

• Los niveles «más bajos» son completamente invisibles al usuario final

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Niveles de abstracción

5. Lenguajes de Alto Nivel• Consisten en lenguajes como C++, C#, JAVA, Lisp. Pascal• Comprenden distintos paradigmas de programación (imperativo,

funcional, lógico, orientado a objetos)• Dichos lenguajes son traducidos (compiladores e intérpretes) a un

lenguaje que la máquina pueda entender.• Los lenguajes compilados se traducen en lenguaje ensamblador y

luego se montan en código máquina (en este momento se pasa al siguiente nivel de abstracción)

• A pesar de que un programador debe saber acerca de los tipos de datos y las instrucciones disponibles para esos tipos, no necesita saber acerca de cómo estos tipos se aplican en realidad.

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Niveles de abstracción

4. Lenguajes ensamblador• Comprende algún tipo de lenguaje ensamblador (recordemos que varían

de acuerdo a la arquitectura)• Los lenguajes compilados (de alto nivel) se traducen en primera instancia

en ensamblador, para luego ser traducidos a lenguaje máquina

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Niveles de abstracción

3. Software del sistema• Trata con las instrucciones del sistema operativo.• En este nivel es responsable de los procesos de:

• Multiprogramación, • Protección de la memoria, • La sincronización procesos, • y otras funciones importantes.

• Por lo general, las instrucciones producto de la traducción del lenguaje ensamblador a lenguaje de máquina pasan a través de este nivel sin modificar

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Niveles de abstracción

2. Arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA), o nivel de la máquina

• Consiste en el lenguaje de máquina reconocido por la arquitectura particular de un sistema

• Los programas escritos en lenguaje máquina pueden ser ejecutados directamente por los circuitos electrónicos sin ninguna necesidad de compiladores, traductores o compiladores.

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Niveles de abstracción

1. Nivel de control• Una unidad de control asegura que las instrucciones se

decodifican y se ejecuta correctamente y que los datos se mueve donde y cuando debe ser.

• La unidad de control interpreta las instrucciones de máquina, una a la vez, desde el nivel superior, provocando las diversas acciones requeridas.

• Pueden estar impresas/escritas en el hardware (hardwired /cableadas) o microprogramadas

• Para el caso de las unidades de control escritas en el hardware, las señales de control provienen directamente de los bloques de componentes de lógica digital, por lo tanto es de suponer que son sumamente rápidas por estar basadas en componentes físicos.

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Niveles de abstracción

1. Nivel de control• La otra opción, consiste en las unidades de control

microprogramadas. • En este caso, se cuenta con un programa escrito en leguaje de

bajo nivel implementado directamente por el hardware.• Como es de suponer, son populares ya que se pueden modificar

con «relativa facilidad», no obstante, como era de esperar, esta capa adicional; y la traducción respectiva produce una ejecución de instrucciones mucho más lenta.

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Niveles de abstracción

0. Lógica digital• En este nivel encontramos los componentes físicos de un sistema

computacional, compuertas y cables.• Representan los principales bloques de componentes, los cuales

proveen las distintas implementaciones de lógica matemática, comunes en todos los sistemas computacionales.

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ENSAMBLADOR, LINKER Y LOADER

Conceptos y generalidades

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Ensamblador, Linker y Loader

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Ensamblador, Linker y Loader

• Compilador• Traduce un programa implementado en un lenguaje de alto nivel a

lenguaje ensamblador

• Ensamblador • Convierte programas en lenguaje ensamblador en archivos objeto

• Los archivos objeto contienen una combinación de instrucciones máquina, datos, e información necesario para colocar dichas instrucciones en memoria, y de una manera adecuada.

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Ensamblador• Son necesarios para:

• Traducir las instrucciones de ensamblado y pseudo-instrucciones en instrucciones de máquina

• Convertir números decimales, otros; especificados porprogramador en binario.

• Por lo general, los ensambladores hacer dos «pasadas» sobre el archivo de ensamblado• Primer paso: lee cada línea y las etiquetas de los registros en una

tabla de símbolos• Segundo paso: utiliza la información en la tabla de símbolos para

producir código de máquina para cada línea

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Formato del archivo de objeto

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1. El encabezado; describe el tamaño y la posición del otras partes del archivo.

2. Segmento de texto; contiene las instrucciones de la máquina

3. Segmento de datos; contiene la representación binaria de los datos en archivo de ensamblado

4. información de reubicación; que identifica las instrucciones y los datos que dependen de las direcciones absolutas

5. Tabla de símbolos asociados con las etiquetas de direcciones externas y listas de referencias sin resolver

6. Información de depuración

Procesos para producir un archivo ejecutable

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Procesos para producir un archivo ejecutable

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Linker (vinculador, enlazador)• Herramienta que combina los archivos de objetos

producidos por compilación separada o ensamblado y crea un archivo ejecutable

• Tres tareas

• Busca en el programa para encontrar rutinas de librerías utilizadas por los programas, por ejemplo printf(), rutinas matemáticas, ...

• Determina las posiciones de memoria que el código de cada módulo podría ocupar y traslada estas instrucciones porajuste las referencias absolutas

• Resuelve las referencias de los archivos

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Loader (cargador)• Parte del sistema operativo que trae un archivo ejecutable

que residen en el disco hacia la memoria e inicia su ejecución

• Pasos• Leer el encabezado del archivo ejecutable para determinar el tamaño

de segmentos de texto (instrucciones) y datos• Crear un nuevo espacio de direcciones para el programa• Copiar las instrucciones y los datos en el espacio de direcciones• Copiar los argumentos pasados al programa en la pila• Inicializa los registros de máquina, incluyendo la pila (stack ptr)• Salta a una rutina de inicio que copia los argumentos de programa de

la pila a los registros y llama a larutina principal

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MÉTODOS NUMÉRICOS

Aritmética de la computadora

(repaso sobre aspectos básicos)

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Aritmética de la computadora (recordemos…)

• El usuario se comunica con la computadora en sistema decimal, es decir, introduce en ella y extrae de ella números en base decimal.

• Al recibir los datos, para poder trabajar con ellos, la computadora los convierte al sistema binario, su lenguaje natural de operación.

• Todas las operaciones se efectúan en binario y los resultados obtenidos, antes de ser entregados al usuario, la máquina los convierte al sistema decimal.

• Claro está que la computadora realiza estos procesos a enormes velocidades, de manera que el usuario no se entera de lo que sucede del proceso

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Aritmética de la computadora (recordemos…)

• Sin embargo, al efectuar las conversiones y realizar los cálculos se suscitan pequeños errores que, si no se prevén, pueden propagarse y arrojar resultados muy inexactos o totalmente absurdos.

• Por eso es tan importante el entender la aritmética de las computadoras e identificar las situaciones en que pueden ocurrir errores severos.

• La operación interna de una computadora se basa en la aritmética binaria, en la que la base es 2 y sólo hay dos símbolos: 0 y 1, pues la memoria de la máquina consiste en un vasto número de dispositivos de registro magnético y electrónico, cada uno de los cuales sólo puede presentar uno de dos posibles estados: magnetizado en un sentido, representando al cero, o magnetizado en el otro sentido, representando al uno.

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Aritmética de la computadora (recordemos…)

• Cada dispositivo magnético es un dígito binario, denominado bit (abreviatura de "binary digit").

• Los bits se agrupan en unidades llamadas palabras, las cuales pueden contener 8, 16, 32 o 64 bits, dependiendo de la computadora de que se trate

• También se utilizan la unidades denominadas bytes, constituidos generalmente por 8 bits, y utilizados como particiones de palabras, para representar caracteres. Así, por ejemplo, una palabra de 32 bits consta de 4 bytes.

• La manera en que se usan los bits para registrar los números enteros y los números fraccionarios, varía en función del diseño de la computadora

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Algunos número para recordar…

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Primero, un repaso, “Números enteros sin signo”

• Resolvamos lo siguiente:

Convertir 147 decimal a binario

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Si leemos los remanentes de abajo hacia arriba tenemos

Primero, un repaso, “Números enteros sin signo”

• Resolvamos lo siguiente:

Convertir 217 decimal a base 3

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Primero, un repaso, “Números enteros sin signo”

• Resolvamos lo siguiente:

Convertir C5F (16) a base 10

= 12 * (16^2) + 5 (16^1) + 15 (16^0)

= 12 * 256 + 5 * 16 + 15 * 1

= 3072 + 80 + 15

= 3167

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Ejercicios• Convertir a binario los números decimales: 321, 1462,

205, 1023, 1024, 135, 45 y 967

• Convertir a decimal los números binarios: 111001, 101000, 100000001, 01111000, 0000011 y 10101

• Convertir a base tres los números decimales 76, 458 y 222

• Convertir a base 16: 3197 (10), 219 (10), 6560 (10), 110 (2), 1001011 (2)

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Para la próxima semana…• Analizar y repasar los conceptos correspondientes a la

Aritmética para computadoras• Repaso Sistemas Numéricos• Diseño general de una ALU• Enteros con y sin signo• Suma, resta y operaciones lógicas

• Lectura complementaria (se adjunta en el Blog y TEC Digital)

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FIN

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