PBN - 02 - 1 © Jaime Alberto Parra Plaza CLASE 2 HARDWARE DEL MICROPROCESADOR.

PBN - 02 - 1© Jaime Alberto Parra Plaza

CLASE 2

HARDWARE DEL

MICROPROCESADOR


TEMAS DE HOY:

• Partes componentes de un computador

• El microprocesador

• La memoria

• Los puertos de entrada/salida

• Estructura interna del microprocesador


Un sistema de cómputo consta de dos elementos fundamentales: computador y periféricos.

Computador Periféricos de Entrada

Periféricos de Salida


PERIFÉRICO:

Dispositivo externo al computador y que sirve para que el computador se comunique con su entorno, ya sea con otro computador, con un proceso físico o con un ser humano.


EJEMPLOS DE PERIFÉRICOS:

1. De Salida: Vídeo, Impresora, Plotter, Modem, Unidad de Disco.

2. De Entrada: Teclado, Mouse, Scanner, Joystick, Modem, Unidad de Disco.


DIAGRAMA FUNCIONAL DE UN COMPUTADOR:

Bus de Direcciones

CPU Memoria E/S

Bus de Datos

Bus de Control


• CPU = Unidad Central de procesamiento.

En un Microcomputador la CPU es un elemento llamado Microprocesador.

• E/S = Conexiones para Entrada/Salida, llamadas Puertos, en ellas se conectan los periféricos.

• BUS = Conjunto de conductores eléctricos que transportan información a través de señales de voltaje.


EL SISTEMA DE BUSES:• Permite conectar muchos elementos entre

sí utilizando sólo una línea (o conjunto de líneas) que entra y sale de cada elemento.

• Permite añadir o retirar módulos de un computador sin necesidad de hacer cambios laboriosos en la estructura física del equipo (es decir, un método del tipo plug and play - inserte y encienda - .)


BUS DE DIRECCIONES:

Dado que las líneas de los buses son comunes a todos los elementos del computador, se asigna una dirección única a cada uno de ellos para poder diferenciarlos. La dirección es un número que es colocado por el microprocesador como una cantidad binaria sobre el bus de direcciones.


BUS DE DATOS:En él se ubica la información que requiera

ser transferida de un sitio a otro del sistema.

La cantidad de líneas en este bus se utiliza para indicar la capacidad de un microprocesador, hablándose entonces de microprocesadores de 8 bits, de 16 bits, de 32 bits, etc.


BUS DE CONTROL:

Para impedir que haya conflictos en el bus de datos, si varios elementos intentan colocar simultáneamente información en él, se utilizan líneas que cierran o abren la conexión de los elementos a los buses. Esas líneas se agrupan en el bus llamado de control.


EXPRESIONES PARA DESIGNAR CANTIDADES

BINARIAS:• Página: 256 bytes• Segmento: 64

Kbytes• Kilo: 210

• Mega: 220

• Giga: 230

• Nibble: 4 bits• Byte: 8 bits• Word: 16 bits• Double: 32 bits

(2 Words)

• Párrafo: 16 bytes


CARACTERÍSTICAS DEL MICROCOMPUTADOR

PERSONAL TIPO IBM (PC):• Microprocesador: 8088 de Intel• Bus de Direcciones: 20 líneas• Bus de Datos: 8 líneas (1 byte)• Bus de Control: Variable según el modelo• Memoria direccionable: 1 Megabyte (1 MB)• Puertos E/S direccionables: 1024 (1 Kilo)


El microprocesador realiza, en esencia, dos tareas:

1. Comunicarse con los otros módulos para leer instrucciones o para leer/escribir datos.

2. Realizar operaciones sobre esos datos.

Dado que esas tareas son independientes entre sí, para optimizar la labor del sistema el uP posee internamente dos módulos para cada una de esas labores:


EU BIU

Bus del Sistema

Unidad de

Ejecución

Unidad de

Interfaz al BusBus Interno

Cola deInstrucciones


Reg. De Flags

Registrosde

Trabajo

Regs.de

Direcc.

Dec.de

Instruc.

Unidadde

Control

Colade

Instruc.

ALU

BusExt.Bus Interno


• ALU = Unidad Aritmética y Lógica

• Flags = Indicadores de Resultados

• Registro = Conjunto de celdas que almacenan bits. Los registros del 8086 son todos de 16 bits.


El uP es un dispositivo electrónico que puede realizar una secuencia de instrucciones (programa). El programa debe ubicarse en una memoria externa al uP. La ejecución de un programa ocurre cuando el uP ejecuta una a una cada instrucción del programa.

Tal ejecución consta de dos partes:

• Leer instrucción

• Realizar instrucción


1. Leer la instrucción de la memoria (actúa la BIU)

2. Ejecutar la operación que indica la instrucción (actúa la EU)

Para ambas labores es necesario almacenar temporalmente cierta información:

En el paso 1 la dirección donde ubicar la instrucción y la instrucción misma, en el paso 2 los operandos y el resultado que se obtenga.


Dentro del uP existen lugares de almacenamiento llamados registros. Un registro es físicamente igual a una memoria tipo RAM, con la característica de que sólo posee una fila.

Registro

bit n bit 0

. . . . . .


REGISTROS DE LA BIU:

1. IP (Instruction Pointer) : Almacena la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.

2. Registros de segmento: Almacenan la dirección de inicio de cada uno de los 4 segmentos accesibles por el uP.


REGISTROS DE SEGMENTO:

CS = Puntero al segmento de código

DS = Puntero al segmento de datos estándar

ES = Puntero al segmento de datos extra

SS = Puntero al segmento de pila


REGISTROS DE LA EU:

• Registros de Trabajo

• Registros Índice

• Registros Puntero

• Registro de Banderas


AX Acumulador

BX Base

CX Contador

DX Datos

REGISTROS DE TRABAJO:


DI Índice Destino

SI Índice Origen

BP Puntero Base

SP Puntero a Pila

REGISTROS ÍNDICE:

REGISTROS PUNTERO:


Los registros de trabajo pueden también manipularse como registros de 8 bits:

AL Acumulador

BL Base

CL Contador

DL Datos

AH

BH

CH

DH

Alta Baja


REGISTRO DE BANDERAS:

Es un registro de 16 bits, de los cuales sólo se usan 9 bits.

6 de ellos sirven para indicar alguna característica de la última operación realizada por la ALU, fijándose en 1.

Los otros 3 sirven para programar el uP en determinada modalidad.


OF: Overflow. El resultado no cabe en elrango definido para los operandos.SF: Sign. El resultado es negativo.ZF: Zero. El resultado es cero.AF: Auxiliar carry. Acarreo de nibble.PF: Parity. Cantidad de unos es impar.CF: Carry. Resultado generó acarreo.

DF: Direction. Acceso a cadenas.IF: Interrupt. Atender interrupciones.TF: Trap. Fija el uP en el modo paso a paso.


MEMORIAS:Todo sistema microprocesado necesita

dispositivos de memoria para su trabajo.Una memoria recuerda la información que se le entrega y la almacena en su interior.

Existen 2 tipos de memorias:

• ROM

• RAM


MEMORIA DE SÓLO LECTURA (ROM):

• En ella la información viene grabada permanentemente y no puede ser modificada, sólo leída. Útiles para guardar programas y/o datos que no necesitan cambiarse.


En los microcomputadores, la ROM está dividida en dos partes:

• ROM BOOT

• ROM BIOS

La ROM BOOT contiene el código que se ejecuta cuando el computador es encendido.

La ROM BIOS posee las rutinas necesarias para comunicarse con los periféricos.


MEMORIAS DE LECTURA Y ESCRITURA (RAM):

La información se puede leer y también sobrescribir información nueva sobre la anterior. En ella se ubican los programas que se cargan en el computador y los datos que se desarrollan al activar tales programas.


Físicamente, una memoria (ROM o RAM) corresponde a una matriz de celdas, cada una con capacidad de almacenar un bit.

Lógicamente, la memoria es vista como un vector de registros, cada uno con capacidad de almacenar un byte.


En esta forma, una memoria se caracteriza por dos parámetros:

• Contenido

• Dirección


CONTENIDO DE UNA MEMORIA:

Es la información almacenada en una fila en particular, considerándola como una unidad. El contenido se liga directamente al bus de datos, el número de líneas (columnas) usual es de 8, 16, 32 ó 64.


DIRECCIÓN DE UNA MEMORIA:

Es la posición de la fila en mención con respecto al conjunto de filas. El número total de posiciones de memoria (filas), para n líneas de dirección es de 2n .

Las n líneas surgen del bus de direcciones.


posmem 0posmem 1

posmem k

posmem 2n - 2posmem 2n - 1

n líneas de dirección

Contenido de

la posmem k, con

una anchura de

m bits

m bits


SEGMENTACIÓN DE MEMORIA:

El uP 8086 ve la memoria como si estuviera formada de bloques llamados segmentos. Un segmento tiene un tamaño de 64 Kbytes y la memoria total direccionable es de 1MB.

Un segmento puede empezar en cualquier posición que sea múltiplo de 16 (10H):


30140H

MEMORIA

Segmento 1

Segmento 2

00020H

10020H

40140H


DIRECCIÓN FÍSICA VERSUS

DIRECCIÓN LÓGICA:El mecanismo de segmentación permite aislar

unas partes de la memoria de otras, lo cual es muy útil en programación. En este sentido, un segmento es como una pequeña memoria, la cual puede ser manipulada como si el segmento fuera la memoria entera.


puntero a la

dirección de inicio

puntero a la

posición actual

SEGMENTO

Un segmento es accesado usando dos punteros:


El primer puntero, llamado SEGMENTO, indica la dirección absoluta donde comienza el bloque de memoria, DIVIDIDO ENTRE 10H.

El segundo puntero, o DESPLAZAMIENTO (offset ), es la posición relativa de una fila dada, con respecto al inicio del bloque.


A raíz de esto, toda posmem puede indicarse por dos direcciones diferentes:

• DIRECCIÓN FÍSICA: Es la dirección absoluta que ocupa en la memoria física.

• DIRECCIÓN LÓGICA: Es la dirección relativa a un segmento en particular.


dir física MEMORIA dirs. lógicas

00000H

Segmento 2

00070H

Segmento1

Inicio del segmento 200100H

Inicio del segmento 1

00123H

23H

B3H


La dirección lógica se da usando este formato:

Segmento : Desplazamiento

Para el ejemplo anterior sería:

• Respecto al segmento 1: 7H : B3H Respecto al segmento 2: 10H : 23H


GENERACIÓN DE UNA DIRECCIÓN FÍSICA:

Tanto el segmento como el desplazamiento ocupan 16 bits ( 4 hexadecimales), mientras que la dirección física ocupa 20 bits (5 hexadecimales).

La relación entre ellos se da así:


Segmento Desplazamiento

x10H

Dirección Física


EJEMPLOS:

• 15H: 49H 15H*10H + 49H = 150H + 49H = 199H

• 2AH: 305H 2AH*10H + 305H = 2A0H + 305H = 5A5H

• 7DH: 9ABH 7DH*10H + 9ABH = 7D0H + 9ABH = 117BH

Len2 - 5 - 10


PREGUNTA 2:

• El sistema descrito se basa en el modelo de computador definido por Von Neumann en los años 50. ¿Qué otros modelos se han definido y cuáles arquitecturas se basan en ellos?


< FIN DE LA CLASE 2 >

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