25/11/2013

EsquemaBásicodelComputador

Unidad

de

Control

MARMBR

ALU

Registros

depropósito

general

Memoria

Principal

Controladora

E/S

Controladora

E/S

Dispositivos

E/S

Dispositivos

E/S

Busdecontrol

Busdedirecciones

Busdedatos

CPU

intreq

Definiciones

•PCoIP:RegistroContadordeProgramaoPunteroaInstrucción.Contieneladireccióndelapróxima

instrucciónaejecutar

•IR:RegistrodeInstrucciones.Contienelainstrucciónqueseestáejecutandoactualmenteenel

procesador

•SP:PunteroalaPila.Contieneladireccióndeltopedelapiladelprograma.

•SR:RegistrodeEstado.ContieneInformaciónsobrelaúltimaoperaciónrealizadaenlaALU

•MAR:RegistrodeDireccionesdeMemoria.Contieneladireccióndememoriasobrelaqueel

procesadorvaarealizarunaoperación.SucontenidosepresentaenlaslíneasdelBusde

Direcciones

•MBR:RegistrodeDatosdeMemoria.Enunaoperacióndeescritura,contieneelvaloraserescrito

(dichovalorsepresentaenlaslíneasdelBusdeDatos).Enunaoperacióndelectura,enelse

recibiráelvalo rleído(elquelaMemoriaPrincipaloControladoradeE/ShayancolocadoenelBus

deDatos)

•Registrosdepropósitogeneral:Conjuntoderegistro svisiblesalprogramadoryqueseutilizan

generalmenteparagestionarlosdatosasociadosalainstrucciónqueseestáejecutando

actualmente.

•ALU:UnidadAritméticoLógica.Realizalasoperacionesaritméticasylógicas

•UC:UnidaddeControl.Seencargadeenviarseñalesdecontrolalrestodeloselementosdel

procesadorparaindicarqueoperacióndebehacercadaunoencadainstante.Produceademáslas

señalesdelBusdeControl

•MemoriaPrincipal:Dispositivoenelquesealmacenanelcódigoylosdatosdelprogramaen

ejecución.Estadivididaenpalabras,queeslaunidaddetransferenciaconelprocesador,ycada

palabraestáidentificadaporunadirecciónúnicadememoria.

•ControladorasdeE/S:Dispositivosquepermitenelintercambiodeinformaciónentrelos

periféricosyelprocesador

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Esquema Básico del Computador

Unidad

de

MBR MAR^ Control

IR

PC

SP

ALU

Registros de propósito general

SR

Memoria Principal

Controladora E/S

Dispositivos E/S

Bus de control Bus de direcciones Bus de datos

CPU

intreq

Definiciones

PC o IP : Registro Contador de Programa o Puntero a Instrucción. Contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar
IR : Registro de Instrucciones. Contiene la instrucción que se está ejecutando actualmente en el procesador
SP : Puntero a la Pila. Contiene la dirección del tope de la pila del programa.
SR : Registro de Estado. Contiene Información sobre la última operación realizada en la ALU
MAR : Registro de Direcciones de Memoria. Contiene la dirección de memoria sobre la que el procesador va a realizar una operación. Su contenido se presenta en las líneas del Bus de Direcciones
MBR : Registro de Datos de Memoria. En una operación de escritura, contiene el valor a ser escrito (dicho valor se presenta en las líneas del Bus de Datos). En una operación de lectura, en el se recibirá el valor leído (el que la Memoria Principal o Controladora de E/S hayan colocado en el Bus de Datos)
Registros de propósito general : Conjunto de registros visibles al programador y que se utilizan generalmente para gestionar los datos asociados a la instrucción que se está ejecutando actualmente.
ALU : Unidad Aritmético Lógica. Realiza las operaciones aritméticas y lógicas
UC : Unidad de Control. Se encarga de enviar señales de control al resto de los elementos del procesador para indicar que operación debe hacer cada uno en cada instante. Produce además las señales del Bus de Control
Memoria Principal : Dispositivo en el que se almacenan el código y los datos del programa en ejecución. Esta dividida en palabras, que es la unidad de transferencia con el procesador, y cada palabra está identificada por una dirección única de memoria.
Controladoras de E/S : Dispositivos que permiten el intercambio de información entre los periféricos y el procesador

• El procesador realiza permanentemente las siguientes

operaciones:

1. Carga de la instrucción (Fetch)

MAR  (PC) /l
MBR  MEM(MAR) / ((MAR))
IR  (MBR)

2. Decodificación

3. Búsqueda de Operandos / Cálculo de la dirección

efectiva

4. Ejecución

5. PC  (PC) + 1 (puede hacerse en cualquier momento

después del paso 1)

6. ir a 1

Descripción funcional del Procesador

Jerarquía de Memoria

Registros y Memoria

Principal  Direccionables

Memoria Secundaria 

Periféricos

Cache 

Automáticamente se

mantienen los

datos/instrucciones más

utilizados

Regs Cache (MB)

Memoria Principal (GB)

Memoria

Secundaria

(TeraB)

CPU

Velocidad

Capacidad

Las instrucciones que un computador particular es capaz de ejecutar conforman su repertorio de instrucciones. El mismo debe ser capaz de dar soporte a las estructuras de programación de alto nivel (bucles condicionales [while] o no [for], condicionales [if, switch], funciones, etc.)
El formato de instrucción que utilizaremos en nuestra máquina se corresponde a:

Donde: COOP significa Código de Operación y se corresponde a la codificación binaria de la funcionalidad de la instrucción (sumar, restar, llamar a subrutina, etc.) OP1 y OP2 se corresponden a la especificación de los operandos involucrados en la instrucción (en caso de que sean necesarios). En las instrucciones de 2 operandos OP será fuente y destino de la operación (ej. add A, B  A = (A) + (B). Además, uno de los 2 operandos estará en un registro del procesador o será una constante, es decir, no se admiten operaciones memoria a memoria

Las instrucciones se agruparán en:
- Instrucciones de transferencia de información: mov, in, out, xchg
- Instrucciones aritmético‐lógicas: add, sub, mul, div, and, or, xor, shl, shr, not, neg
- Instrucciones de control de flujo de programa: call‐ret, jmp, cmp, je, jg, jl, jge, jle, jne, jz, jc
- Instrucciones de pila: push, pop

Repertorio de Instrucciones

COOP OP1 OP

Para poder soportar las diferentes estructuras de datos existentes en los lenguajes de programación de alto nivel (arrays, structs, punteros, variables simples, constantes) es necesario contar con los mecanismos adecuados para el cálculo de la dirección de los operandos:

Inmediato

Directo

Indexado

Relativo a Base

Indirecto

De Registro

De Registro Indirecto

Modos de Direccionamiento

Modos de

direccionamiento

Inmediato : El operando forma parte de la instrucción.
Directo : El operando se encuentra en la dirección que forma parte de la instrucción.
Indexado : El operando se encuentra en la dirección especificada en la instrucción más un desplazamiento indicado en un registro índice.

Modos de Direccionamiento

COOP Operando

COOP Dirección del Operando

COOP Dirección

+ Registro^ Indice

Dirección Efectiva

Indirecto : La dirección especificada en la instrucción indica la celda de memoria en la que se encuentra la dirección del operando.
De Registro : El operando se encuentra en el registro del procesador indicado en la instrucción.
De Registro Indirecto: El operando se encuentra en la dirección contenida en el registro del procesador indicado en la instrucción.

Modos de Direccionamiento

COOP Dirección D. Efectiva

Operando

COOP Id. Registro

Registro

Operando

COOP Id. Registro

Registro

Dirección Efectiva

Ejemplos

3.‐ Suponed la siguiente declaración: struct{ int x,y; char color; } ptocolor; y el siguiente código

ptocolor.x = 50; ptocolor.y = 100; ptocolor.color = ‘V’;

Modos de Direccionamiento

Suponiendo que el compilador coloca la variable ptocolor a partir de la posición 100 de memoria:

mov B, #100 (de registro ‐ inmediato) mov [B], #50 ( de registro indirecto ‐ inmediato) mov [B + 1], #100 ( relativo a base ‐ inmediato) mov [B + 2], #86 (relativo a base ‐ inmediato)

Nota : 86 es el código ASCII para el carácter ‘V’. Por otra parte, dada la máquina vista en clase, hemos asumido que cada campo de la estructura ocupa una palabra de memoria y en consecuencia los desplazamientos para x, y, color serán 0, 1 y 2 respectivamente. En una máquina “de verdad” los desplazamientos se calculan según el tamaño de operando, así para este ejemplo serían 0, 4 y 8 respectivamente (asumiendo que un entero ocupa 4 bytes).

Apunts Computadors, Apuntes de Fundamentos de la Informática

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Esquema Básico del Computador

Unidad

de

MBR MAR^ Control

IR

PC

SP

ALU

SR

CPU

Definiciones

• El procesador realiza permanentemente las siguientes

operaciones:

1. Carga de la instrucción (Fetch)

2. Decodificación

3. Búsqueda de Operandos / Cálculo de la dirección

efectiva

4. Ejecución

5. PC  (PC) + 1 (puede hacerse en cualquier momento

después del paso 1)

6. ir a 1

Descripción funcional del Procesador

Jerarquía de Memoria

Principal  Direccionables

Periféricos

Automáticamente se

mantienen los

datos/instrucciones más

utilizados

Memoria

Secundaria

(TeraB)

CPU

Velocidad

Capacidad

Repertorio de Instrucciones

COOP OP1 OP

Inmediato

Directo

Indexado

Relativo a Base

Indirecto

De Registro

De Registro Indirecto

Modos de Direccionamiento

Modos de

direccionamiento

Modos de Direccionamiento

COOP Operando

COOP Dirección del Operando

COOP Dirección

+ Registro^ Indice

Dirección Efectiva

Modos de Direccionamiento

COOP Dirección D. Efectiva

Operando

COOP Id. Registro

Registro

Operando

COOP Id. Registro

Registro

Dirección Efectiva

Modos de Direccionamiento