Funcionamiento Logico Del Pc Tarea Pareja 2

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4 B

13/06/2011

UNIVERSIDAD LAICA ELOY

ALFARO DE MANABIFUNCIONAMIENTO LOGICO DEL COMPUTADOR

INTEGRANTES:

QUIJIJE ANCHUNDIA MANUEL ALFREDO

MEJIA FLORES JOSE JAVIER



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Contenido

Índice de Ilustraciones ................................ ................................ ................................ .......... 3

Introducción ................................ ................................ ................................ ........................... 4

Objetivos ................................ ................................ ................................ ................................ 5

Funcionamiento lógico de la computadora ................................ ................................ ......... 6

Entrada ................................ ................................ ................................ ............................... 6

Proceso ................................ ................................ ................................ .............................. 6

Salida ................................ ................................ ................................ ................................ .. 6

Conceptos básicos para el almacenamiento de la información ................................ ........ 6

Notación Binaria.- ................................ ................................ ................................ .............. 6

Caractér.- ................................ ................................ ................................ ........................... 6

Byte.- ................................ ................................ ................................ ................................ .. 6

Códigos ................................ ................................ ................................ ................................ .. 7

Manera en la que las computadoras procesan datos ................................ ........................ 7

ASCII ................................ ................................ ................................ ................................ .. 8

EBCDIC ................................ ................................ ................................ .............................. 8

Unicode ................................ ................................ ................................ .............................. 9

Representación interna de los datos ................................ ................................ ................... 9

Organización de la memoria en un proceso. ................................ ................................ .... 10

Área De Instrucciones ................................ ................................ ................................ ..... 10

Área De Entrada Salida ................................ ................................ ................................ .. 10

Área De Trabajo ................................ ................................ ................................ .............. 10

Unidad Central De Proceso (UCP O CPU) ................................ ................................ ....... 10

Funcionamiento del microprocesador ................................ ................................ ............... 11

Unidad de Decodificación. -................................ ................................ ............................. 11

Unidad de Ejecución.- ................................ ................................ ................................ ..... 11

Unidad Aritmética ± Lógica.- ................................ ................................ .......................... 11

Unidad De Control ................................ ................................ ................................ ........... 12

El contador de programa.- ................................ ................................ .......................... 12

Registro de instrucciones................................. ................................ ........................... 12

Decodificador ................................ ................................ ................................ ............... 13

Reloj ................................ ................................ ................................ .............................. 13

Secuenciador ................................ ................................ ................................ ............... 13

Elementos de la ALU ................................ ................................ ................................ ....... 13



2

Circuito Operacional.-................................ ................................ ................................ .. 13

Registro de Entrada (REN).-................................ ................................ ....................... 13

El Registro Acumulador. - ................................ ................................ ............................ 13

Registro de Estado (Flags).-................................ ................................ ....................... 14

Diseño lógico de procesadores. ................................ ................................ ......................... 16

Conclusiones ................................ ................................ ................................ ....................... 18

Recomendaciones ................................ ................................ ................................ ............... 19

Bibliografía ................................ ................................ ................................ ........................... 20



3

Índice de Ilustraciones1. Representación Binaria ................................ ................................ ................................ ......... 8

2. Ejemplo de representación binaria ................................ ................................ ....................... 9

3. División global del procesador ................................ ................................ ............................ 11

4. Pasos globales de la ALU ................................ ................................ ................................ ..... 12

5. Composición del procesador ................................ ................................ .............................. 12 6. Diagrama de la Unidad de Control ................................ ................................ ...................... 13

7. Diagrama general de la Unidad Aritmética - Lógica ................................ ............................. 14

8. Diagrama general del CPU ................................ ................................ ................................ .. 15



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Introducción

Muchas veces estamos frente a un computador trabajando, quizás haciendo untrabajo en Word, o haciendo cálculos matemáticos con Excel o haciendo unahoja de presentación en PowerPoint o alguna otra cosa más, pero nunca nospreguntamos o nunca se nos viene la idea de cómo hace la computadora paraprocesar las palabras que escribimos, o los cálculos matemáticos que, o la hojade presentación que necesita tanto sonido como imágenes que hacemos enPower Point y muchos otros procesos que hace la computadora, en fin todoesto vamos a explicar detalladamente en este documento el cual vamos aaprender cada proceso que hace la computadora, que función tiene elprocesador y como hace para procesar los datos.



5

Objetivos

Investigar la manera en que como la computadora es capaz de procesar toda la información que le ingresamos, y de igual manera aprender comoel procesador manipula los datos para luego codificarlos en información.

Entender el lenguaje máquina que utiliza la computadora para interpretar los datos que procesa la misma.

Analizar como la computadora representa internamente los datos ycomo los convierte en información.

Investigar paso a paso cada proceso interno que hace el

microprocesador al momento en que le llegue un dato.



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Funcionamiento lógico de la computadora

Una computadora procesa datos para generar información. El proceso serealiza dentro de la computadora por lo que es necesario introducir los datos aprocesar hasta el interior de la misma. Una vez procesados, es necesariocomunicarse al exterior de la computadora. De lo expuesto an teriormente surgeel concepto de CICLO DEL PROCESO ELECTRONICO DE DATOS, en dondepara llevar a cabo el proceso de datos se requiere de tres operaciones:

EntradaEn esta operación se definen las acciones y los datos que se introducirán a lacomputadora.

ProcesoConsiste en ejecutar las instrucciones que permiten procesar a los datos ygenerar información. Cabe mencionar que las instrucciones también deberánestar dentro de la computadora.

Salida

Es el conjunto de acciones que permite a la computadora comunicar al exterior los resultados del proceso.

Para poder realizar este ciclo la computadora requiere de tener el hardwarebásico que se clasifica como sigue:

Unidad de Almacenamiento Primario Unidad Central de Procesamiento Unidad de Control Unidad Aritmética Lógica

Conceptos básicos para el almacenamiento de la información

Notación Binaria.-Se denomina con este nombre, a la representación de los datos a través debits.

Todas computadoras manejan los datos bajo la modalidad binaria, es decir, usando 0's y

1's, estos símbolos se denominan BITs; esto es, un bit es un 0 o un 1.

Caractér.-Una letra (A, Z; a, z), un digito (0, 9) o un símbolo especial (,$,#,",@,¿,+,...,etc).

Byte.-Puede almacenar un caractér de información, para poder representar uncaractér, se agrupan generalmente 8 bits.



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La división de la memoria en bytes o celdas para almacenar la información nosproporciona un patrón para medir la capacidad de la memoria. Las unidadesmás usuales para señalar la capacidad de la memoria son las siguientes:

UNIDAD EQUIVALENCIA NUMERO DE CARACTERES

BYTE(b) 8 bits 1KILOBYTE(Kb) 1,024 bytes 1,024MEGABYTE(Mb) 1,024 kilobytes 1,048,576GIGABYTE(Gb) 1,024 megabytes 1,073,741,824

Códigos

Un código es un conjunto de reglas que nos establece de qué manera secombinarán los 0's y 1's para representar los diferentes caracteres.

En algunas ocasiones es necesario conocer el contenido de la memoria, bajoesta situación, la computadora emplea la representación hexadecimal paramostrar su contenido.

La computadora utiliza la notación binaria para operar internamente y emp learepresentaciones hexadecimales para mostrar la información almacenada, lainterpretación correspondiente dependerá del código que se esté utilizando.

Manera en la que las computadoras procesan datos

El computador es unamáquina que funciona basándose en información, estoes: recibe información, la procesa o la modifica y la entrega.

Debido a que sus componentes son digitales la información se procesa enforma binaria, esto es la energía con la cual funcionan los circuitos se presentaen pulsos los cuales pueden estar en uno de los dos estados siguientes: ON (1)u OFF (0), a cada pulso de estos se les conoce con el nombre de Bit. A unconjunto de bits generalmente de ocho se le llama Byt e, donde éste representaun caractér que puede ser una letra minúscula o mayúscula, un número del 0 al9, un espacio en blanco, un signo o un símbolo. El funcionamiento delcomputador digital se basa en la lógica de Boole, creado por compuertas

digitales de las cuales las básicas son:

Para entender la manera en que las computadoras procesan datos, esimportante conocer cómo la computadora representa los datos. Las personasse comunican a través del habla combinando palabras en oraciones. El hablahumana es análoga porque utiliza señales continuas que varían en fortaleza ycalidad. Las computadoras son digitales, pues reconocen solo dos e stados:encendido (on) y apagado (off). Esto es así porque las computadoras sonequipos electrónicos que utilizan electricidad, que también tiene solo dos



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combinaciones) que almacena un carácter alf anumér ico o dos dígitos decimales en un byte.

U iEs el único esquema de código capaz de representar todos los lengua jes delmundo actual. Se desarrolló precisamente porque el ASC II y el EBCDIC no eran suficientes para representar lengua jes para alf abetos dif erentes al inglés o Europeo, como los asiáticos y otros.

Básicamente nicode proporciona un número único para cada carácter , sin impor tar la plataf orma, ni el programa, ni el i dioma, permitiendo un f áciltraspaso entre distintos sistemas de codificación y plataf ormas.

Para ello, este método utiliza dos bytes por cada carácter . Cómo ref erencia, en el f ormato ASCII clásico es suficiente un solo byte para representar cada carácter . Esta mayor cantidad de espacio, normalmente está prevista por los programas y sistemas operativos que sopor tan esta codificación, y no deber ía representar un problema en circunstancias normales.

i i l

Para representar en sistema binar io la palabra H A, pr imero tenemos que conocer el número decimal equivalente en el código ASCII para cada letra H,

, , A.

H = 72 O = 79 L = 76 A = 65

Poster iormente tenemos que llenar con unos ) cada casillero del byte de manera que sumados nos den el valor del número decimal y el resto se llenan con ceros. El valor de cada casillero del byte empieza de derecha a izquierda utilizando múltiplos de dos, como se muestra a continuación.

2. Ejemplo de representación binaria

De esta manera, podemos concluir que la inf ormación tiene su or igen en los con juntos de muchos bytes que a su vez se or iginaron por la agrupación de muchos bits.

as organizaciones actualmente mane jan grandes cantidades de inf ormaci ón,pr incipalmente la que se genera al inter ior de las mismas. Para administrar toda esta inf ormación, se apoyan de manera impor tante en tecnologías de la



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información.Sin embargo, el poder dar el siguiente paso, que es el de transformar lainformación en conocimiento es actualmente todo un reto para lasorganizaciones, paso que más vale que den lo más pronto posible, si es quequieren seguir vigentes y competitivas en el actual entorno global y digital.

Organización de la memoria en un proceso.

Una computadora es capaz de realizar cualquier tipo de proceso. Cuando seefectúa el proceso, la memoria principal se organiza con una cierta estructuraque le permite intervenir en la ejecución del mismo, esta estructura en términosgenerales está compuesta de las siguientes partes.

Área De InstruccionesEsta área está destinada a almacenar las instrucciones que forman alprograma y que deberá seguir la computadora para efectuar el proceso.

Área De Entrada SalidaSe utiliza para almacenar la información que proviene de los dispositivosperiféricos o bien la información que se mandará a estos.

Área De TrabajoEsta área se utiliza para almacenar información y resultados intermedios quesirven de apoyo para la ejecución de los procesos.

El número de bytes que ocupa cada área, así como su ubicación dentro de lamemoria principal (direcciones de memoria) variará de acuerdo lascaracterísticas, dimensiones y necesidades de cada programa.

Unidad Central De Proceso (UCP O CPU)

Es la parte de la computadora que se encarga de realizar todas las actividadesdel procesamiento de la información.

El microprocesador es el cerebro de la microcomputadora. Es la CPUconstruida en un chip. Procesa los datos, recupera y almacena información,interpreta programas y ejecuta operaciones lóg icas; realiza los procesos decontrol de la microcomputadora.

La capacidad de proceso de información del microprocesador depende de laamplitud del bus de datos y la frecuencia de los ciclos de la máquinadeterminada por su reloj electrónico.

La amplitud del bus de datos determina cuántos bits pueden transferirse almismo tiempo. La frecuencia de los ciclos es una medida de cuántasoperaciones de proceso separadas pueden ser ejecutadas por la computadoraen un segundo. Conforme la amplitud del bus de datos del microprocesador seincrementa, se requieren menos ciclos para completar la tarea deseada.



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Funci nami nto l microprocesador

Para entender cómo f unciona un microprocesador hay que tener en pr imer lugar una clara idea acerca de los componentes que la componen, de otro modo será prácticamente imposible saber el modo de su f uncionamiento .

De una f orma global, podemos considerar al procesador dividido en tres grandes bloques:

3. División global del procesador

Unidad de ecodi icaci n.Se encarga de interpretar el código para aver iguar el tipo de instrucción a realizar , por e jemplo, instrucciones de suma, multiplicación, almacenamiento de datos en memor ia, etc.

Unidad de Ejecuci n.Es la encargada de dar las órdenes necesar ias a las diversas par tes delmicroprocesador para poder e jecutar cada una de las instrucciones .

Unidad r itm tica ± L ica.iene como f unción realizar las operaciones ar itméticas y lógicas que se

requieren para ef ectuar un proceso.

y Operaci n r itm tica. Se denomina así a toda operación donde intervienen valores numér icos para realizar sumas, restas,multiplicaciones, etc.

y Operaci n L ica. Se dice que una operación es lógica si la inf ormación que se obtiene tiene dos posibles valores: verdad ero o f also.

as operaciones lógicas pueden involucrar datos que no necesar iamente son numér icos.

Para saber cómo f unciona un procesador implica conocer cómo se va

e jecutando cada una de las instrucciones del programa que está en memor ia.

os pasos globales que se asignan a la hora de e jecutar una instrucción son:

Búsqueda de la instrucción Decodificación de la instrucción Búsqueda de operandos Ejecución de la instrucción Almacenamiento del resultado.

Unidad de Dec

dificacionUnidad de E jecucion

UNIDAD ARITMETICA -¡

OGICA



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4. Pasos globales de la ALU

Podemos entonces, considerar a un procesador compuesto por dos unidades:

5. Composición del procesador

Unidad e ControlComo su nombre lo indica, es la par te de la CPU que se encarga de controlar la e jecución de los procesos, en otras palabras se considera como el centro nervioso del computador , ya que de él se controlan y gobiernan todas las operaciones.

Como f unciones básicas tiene:

omar las instrucciones de memor ia, Decodificar o interpretar las instrucciones, Ejecutar las instrucciones

Para realizar su f unción, la unidad de control consta de los siguientes elementos:

Contador de programa egistro de instrucciones Decodificador Y un Secuenciador

El contador de programa.Contiene permanentemente la dirección de memor ia de la siguiente instrucción a e jecutar .

egistro de instrucciones.Contiene las instrucciones que se están e jecutando en cada momento.

Unidad de Control

Unidad Aritmetica -ogica

Búsqueda De La

Instrucción

Decodificación

de la instrucción

Búsqueda de

operandos

E jecución de la

instrucción

Almacenamiento

del resultado



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Decodificador Se encarga de extraer el código de operación de las instrucciones en curso loanaliza y emite las señales necesarias al resto de los elementos para suejecución a través del secuenciador.

Reloj

Proporciona una sensación de pulsos eléctricos o ciclos entre variosconstantes.

Secuenciador En este dispositivo se genera ordenes muy elementales (microordenes) quesincronizadas por los impulsos del reloj hace que se vallan ejecutando poco apoco la instrucción que está cargada en el registro de instrucción.

6. Di¢ £ ¤ ¢ ¥ ¢

d¦

l¢

Unid¢

d d¦

Cont¤

ol

Elementos de la ALU ALU, está formada a su vez por los siguientes elementos:

Circuito operacional registros de entrada (REN) registro acumulador registro de estado(FLAGS)

Circuito Operacional.-Contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con losdatos procedentes con los de registros de entrada

Registro de Entrada (REN).-En ellos se almacenan los datos u operandos que intervienen en unainstrucción antes de la realización de la operación por parte del circuitooperacional.

El Registro Acumulador.- Almacena las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional

RELOJ

SECUENCIADOR

DECODIFICADOR

R egistro de

instrucciones

Contador de

programa

BUS I NTERNO



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Registro de Estado (Flags).-Se trata de unos registros de memorias en la que se deja constancia dealgunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que habráde ser tenido en cuenta en operaciones posteriores.

7. Di§ ¨ © § §

general de la Unidad Arit

éti

a - Lógi

a

FLAGS CIRCUITO

OPER ACIONAL

ACUMULADOR

REN1 REN2

MICROOR DENES

BUS I NTERNO



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8. Diagrama general del C U

Al reiniciar el procesador, la unidad de control recibe una señal de re set yprepara al resto del sistema que recibe la señal de reloj que mar ca la velocidad

del procesador.El registro o contador de programa se carga con la dirección de memoria en laque empieza el programa, la unidad de control hace que el contador deprograma aparezca en el bus de direcciones y le indica a la RAM que quiereleer un dato que tiene almacenado en esa posición, la me moria pone el dato enla instrucción del programa en el bus de datos en el que se carga en el registrode instrucciones, la unidad de control procesa esto y va activando losmovimientos de datos, la instrucción pasa del registro de instrucciones al

BUS DE DAT

S

BUS DE DIRECCI

NES

RE ISTR

A

R A M

B

C

R

S D

RI

CP

Circ itoo eracional

REN1 REN2

A

F

UNIDAD DE C

NTR

L

ALU

Unidad de control: Unidad Aritmética lógicaR: Reloj F: Flags

S: Sec

enciador A: Ac

m

lador

D: Decodificador REN1 y 2: Registro de entrada 1 y 2

RI: Registro de instr

cciones

CP: Contadora de procesos



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decodificador de instrucciones que contiene una tabla con el significado de lainstrucción, el decodificador de instrucciones, ejecuta la instrucción, y si nopuede consultar con la unidad de control.

Si la instrucción fuese una suma, la unidad de control cargaría los valores asumar en los registro REN1 y REN de la unidad Aritmética lógica luego le

ordenaría a la ALU, que lo sume y lo pusiera en el bus de datos .

Luego la unidad de control haría que el contador de programa avanzara unpaso para ejecutar la siguiente instrucción y asísucesivamente.

Diseño lógico de procesadores. Una unidad procesadora es aquella parte de un sistema digital o uncomputador digital que configura las operaciones en e l sistema. Estácompuesta por un número de registros y de funciones digitales que conformanmicrooperaciones aritméticas, lógicas, de desplazamiento y trasferencia. La

unidad de proceso se llama una unidad centran de proceso o CPU, cuando secombina con una unidad de control que supervisa la secuencia demicrooperaciones.

El número de registros de una unidad procesadora varía desde un registroprocesador hasta 4 registros o más. Algunos computadores antiguos vienencon un registro procesador solamente. En algunos casos un sistema digitalpuede emplear un registro procesador sencillo para propósitos especiales. Sinembargo, como los registros y otras funciones digitales son de bajo costocuando se construyen con circuitos integrados, todos los procesadores ycanalizan la información entre ellos a través de buses comunes.

Una operación puede ser configurada en una unidad de proceso con unamicrooperación sencilla o con una secuencia de microoperaciones. Por ejemplola multiplicación de dos números binarios en dos registros puede ser configurada con un circuito combinacional que realiza la operación por mediode compuertas. Tan pronto como las señales se propagan a través de lascompuertas, el producto estará disponible y puede ser trasferido a un registrode destino con un pulso de reloj sencillo. Alternativamente, la operación demultiplicación puede realizarse con una secuencia de microoperaciones desuma y desplazamiento. El método escogido para la configuración determina la

cantidad y tipo de componentes de la unidad de proceso.Todos los computadores, excepto los muy grandes y rápidos, configuran lasoperaciones participantes por medio de una secuencia de microoperaciones.De esta manera, el procesador necesita tener solamente circuitos queconfiguren las microoperaciones básicas simples tales como sumar ydesplazar. Otras operaciones, tales como multiplicación, división, y aritméticade punto flotante, se generan conjuntamente con la unidad de control. La



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unidad de control se diseña para dar secuencia a las microoperaciones que nose incluyen en el conjunto básico.

La función digital que configura las microoperaciones con la informaciónalmacenada en los registros del procesador se llama comúnmente unidad

básica aritmética o ALU. Para realizar una microoperación, el control canalizala fuente de información de los registros hasta las entradas del ALU. El ALUrecibe la información de los registros y realiza una operación dada de lamanera especificada por el control. El resultado de la operación dada de lamanera especificada por el control. El resultado de la operación se trasfiere alregistro de destino. Por definición, el ALU es un circuito combinacional; demanera que toda la operación de trasferencia entre registros puede realizarsedurante el intervalo de un pulso de reloj. Todas las operaciones detrasferencias entre registros, incluyendo la trasferencia entre registros de unaunidad procesadora típica, se realizan en un ALU común; de lo contrario, seríanecesario duplicar las funciones digitales para cada registro. Las

microoperaciones de desplazamiento se realizan a menudo en una unidadseparada. Una unidad de desplazamiento se muestra por lo general separada,pero algunas veces está incluida como parte de la unidad entera mentearitmética y lógica.

Un computador CPU debe manipular no solamente datos sino también códigosde instrucción y direcciones que vienen de la memoria. El registro quealmacena y manipula el código de operación de instrucciones se consideracomo parte de la unidad de control. Los registros que almacenan direccionesson incluidos algunas veces como parte de la unidad de proceso y la

información de direcciones se procesa por un ALU común. En algunoscomputadores, los registros que almacenan direcciones son conectados a unbus separado, y la información de dirección se manipula con funciones digitalesseparadas.



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ConclusionesUna vez teniendo bien claro el funcionamiento lógico de como el procesador secomunica con otros dispositivos utilizando la ayuda de los buses podemoscomprender que el computador realiza procesos importante los cuales hemosconocido para una correcta interpretación sobre el funcionamiento lógico,además de saber cómo se comunica cada dispositivo al procesador par arealizar su función.



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RecomendacionesRecomendamos este documento a todos los alumnos en general deespecialidad informática para que sepan el funcionamiento lógico que tiene lacomputadora, para que aprendan y se den cuenta de cada detalle que hace lacomputadora para procesar los datos de forma transparente.



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BibliografíaL

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