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Universidad Cristiana Evangélica Nuevo Milenio
Clase: Arquitectura de Computadoras. Informe sobre: Capítulo IV “Perspectiva de alto nivel del funcionamiento y de las interconexiones del computador”. Catedrático: Ing. Robert Charles Andino Pineda. Integrantes: Esthela Monserrath Aguilera Flores - 119020035. Leny Patricia Salazar Palma - 118020003. Meylin Vanessa Ramirez Martell - 119020010. Carlos Ivan Ortiz Avila - 119020024. Carlos Emanuel Álvarez Molina - 118020045. Cesar Ramón Molina Córdova - 118020004. Ercy Adolfo Bonilla Fuentes - 116020022. Edras Alfredo Alvarez Oliva - 118020011. Juan Ramon Aguilera Flores - 119020036. Lugar: San Lorenzo, Valle. Fecha de entrega: 20 de noviembre de 2021
INDICE
- Introducción
- Objetivos.....................................................................................................................
- computador I Perspectiva de alto nivel del funcionamiento y de las interconexiones del - 1.1 Componentes del computador - 1.2 Arquitectura Von Neumann.............................................................................. - 1.3 Funcionamiento del computador - 1.4 Ciclos del computador - 1.5 Funcionamiento de las E/S. - 1.6 Interrupciones - 1.6.1 Tipos de interrupciones - 1.7 Estructura de interconexión - 1.8 Interconexión con buses - 1.9 Estructura del bus - 1.10 Funcionamiento del bus - 1.11 Ranuras de expansión
- Conclusión
- Referencia Bibliográfica
- Anexos 16 -
Objetivos
Objetivo General: Explicar la perspectiva de alto nivel del funcionamiento y de las interconexiones del computador. Objetivo Específicos: Detallar los componentes del computador donde se encuentra al procesador. Especificar la arquitectura que utiliza un computador. Determinar las ranuras de expansión de un computador.
I Perspectiva de alto nivel del funcionamiento y de las
interconexiones del computador
1.1 Componentes del computador Un computador es un sistema electrónico capaz de ejecutar instrucciones almacenadas en su memoria. La mayoría de las computadoras utilizan la arquitectura de Von Neumann. El procesador es el delegado dentro del computador, de ejecutar las instrucciones máquina que componen los programas. El procesador o unidad central de procesamiento (CPU) consta de tres componentes fundamentales: la unidad aritmética lógica (ALU), los registros del computador que sirven como almacenamiento temporal de los datos e instrucciones que residen en la memoria principal del computador, y finalmente, la unidad de control. 1.2 Arquitectura Von Neumann La arquitectura de Von Neumann, es una organización que consta de una unidad central de procesamiento. Está constituido por los siguientes elementos: Unidad aritmética lógica (ALU) en la que se ejecutan las operaciones aritméticas y de comparación (lógicas). Memoria central que se utiliza para almacenar datos, resultados intermedios y el programa a ejecutarse. Unidad de control es el encargado de leer las instrucciones en la memoria principal y luego ejecutarlas. Unidades de entrada y salidas sirven para darle a las computadoras los datos y recibir resultados.
1.4 Ciclos del computador Cuando un ordenador de programa almacenado funciona, ejecuta continuamente el ciclo de control. El ciclo de control más simple consta de dos ciclos, un ciclo de captación (o ciclo de instrucción) y un ciclo de ejecución. En general, las instrucciones captadas pueden ser de cuatro tipos: Procesador-memoria: deben transferirse datos desde la CPU a la memoria, o desde la memoria a la CPU. Procesador-E/S: deben transferirse datos a/(o desde) el exterior, mediante transferencias entre la CPU y un módulo de E/S. Procesamiento de datos: la CPU ha de realizar alguna operación aritmética o lógica con los datos. Control: una instrucción puede especificar que la secuencia de ejecución se altere. 1.5 Funcionamiento de las E/S. Intercambian datos directamente con el procesador. Transforman la información externa en señales codificadas, permitiendo su transmisión, detección, interpretación, procesamiento y almacenamiento de manera espontánea. El procesador puede comenzar una lectura o escritura en memoria, detallando el curso de una aposición de ella. El procesador es capaz de leer o escribir datos de (o en) un módulo de E/S determinado. En algunos casos se permiten intercambios de E/S directamente a memoria, transfiriendo al procesador la autoridad para leer o escribir en memoria a un módulo de E/S, esto recibe el nombre de Acceso directo a memoria DMA (Direct Memory Access).
1.6 Interrupciones Una interrupción es una señal enviada por otro dispositivo al CPU. El CPU responde a una señal de interrupción dejando de hacer cualquier cosa que esté haciendo con la finalidad de responder la interrupción. Una vez que ha atendido la interrupción, retorna a lo que estaba haciendo antes de que la interrupción ocurriera. Las interrupciones: Mejoran la eficiencia del procesamiento. Permiten al procesador ejecutar otras instrucciones mientras una operación de E/S está en proceso. 1.6.1 Tipos de interrupciones Existen tres tipos principales de interrupciones que producen una detención en la ejecución normal de un programa.
- Interrupciones externas
- Interrupciones internas
- Interrupciones de programa. Las interrupciones externas provienen de dispositivos de entrada y salida, de un dispositivo de temporización, de un circuito que monitorea la fuente de alimentación o de cualquier fuente externa. Las interrupciones internas surgen debido a la utilización ilegal o errónea de una instrucción o datos, las interrupciones internas también se denominan trampas.
Un sistema de computación posee tres componentes principales: La UCP, las memorias (primaria y secundaria) y el equipo de E/S (entrada/salida, Input/Output) que incluye impresoras, escáneres y módem. Se puede describir un computador si se conoce: 1 - La estructura externa de cada componente, es decir, los datos y señales de control que intercambia con otros módulos. 2 - La estructura de interconexión y las órdenes de control que se necesitan para gestionar su utilización. La mayoría de los computadores actuales se basan en las ideas que el matemático Von Neumann desarrolló. Lo que se conoce como "Arquitectura de Von Neumann" se fundamenta en tres ideas claves: En la memoria del computador se almacenan simultáneamente datos e instrucciones. Se puede acceder a la información contenida en la memoria especificando la dirección donde se encuentra almacenada. La ejecución de un programa se realiza de forma secuencial pasando de una instrucción a la que le sigue inmediatamente. El diseño de la estructura de interconexión dependerá de los intercambios que deban producirse entre los módulos. Se tendrá diferentes tipos de conexiones para los diferentes módulos.
Unidad de Memoria (UM) Está encargado de almacenar, de forma temporal, tanto los datos, como las instrucciones. El módulo de memoria está constituido por N palabras de la misma longitud. A cada palabra se le asigna una única dirección numérica (0, 1, …. N – 1). Una palabra de datos puede leerse o escribirse en la memoria. El tipo de operación se indica mediante las señales de control Read (leer) y Write (escribir). La posición de memoria para la operación se especifica mediante una dirección: Recibe y envía datos. Recibe direcciones. Recibe señales de control: Lectura Escritura Reloj o tiempo Unidad de entrada/salida (E/S) Contiene módulos para aceptar tanto datos como instrucciones y sacar los resultados al mundo exterior. La E/S es funcionalmente similar a la memoria. Unidad central de procesos (UCP) Contiene un intérprete de instrucciones que se denomina Unidad de control (UC) y un módulo de funciones lógicas y aritméticas de propósito general que se conoce como Unidad aritmético lógica (UAL). 1.8 Interconexión con buses En un sistema de computadores, los diversos subsistemas deben tener interfaces entre sí; por ejemplo, la memoria y la CPU necesitan comunicarse, también la CPU y los dispositivos de E/S. Esto, comúnmente, se realiza con un bus.
Bus de datos: Las líneas de datos proporcionan un camino para transmitir datos entre los módulos del sistema. El conjunto constituido por estas líneas se denomina Bus de datos. Bus de direcciones: El Bus de dirección se utiliza para designar la fuente o el destino del dato (o la instrucción) situado en el bus de datos. Bus de Control Las líneas de control se utilizan para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones. Debido a que estas son compartidas por todos los componentes, debe existir una forma de controlar su uso. Transmiten tanto órdenes como señales de temporización o sincronización entre los módulos del sistema. 1.10 Funcionamiento del bus La función del bus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras. La mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de integrados que poseen una interfaz del bus dado y se encargan de manejar las señales y entregarlas como datos útiles. Las señales digitales que se trasmiten son de datos, de direcciones o señales de control. Entre los problemas para un bus están: A mayor cantidad de dispositivos conectados, mayor retardo de propagación. Si el control del bus pasa de un dispositivo a otro, aumentan los retardos de propagación y las prestaciones disminuyen. Solución: utilizar varios buses organizados jerárquicamente con diferentes capacidades
1.11 Ranuras de expansión Una ranura de expansión es un zócalo de plástico con aspecto lineal, que encontramos en la placa base, donde se insertaran las distintas tarjetas de circuitos que permite incorporar componentes a un PC. Las ranuras de expansión no son más que “puntos singulares” dentro de la placa base, especialmente preparados para la conexión con los buses de la placa base. Estas tarjetas de expansión, al igual que el resto de los componentes de un ordenador, han sufrido una serie de evoluciones acordes con la necesidad de ofrecer cada vez unas prestaciones más altas. ISA 8 (XT) En 1981 IBM lanzó la PC XT por el cual se creó el bus ISA de 8 bits, es una de las ranuras más antiguas y trabaja con una velocidad muy inferior a las ranuras modernas, a una frecuencia de 4,77 Mhz como lo indicó Alloza (2009). Funcionaba con los primeros procesadores de Intel 8086 y 8088. ISA 16 (AT) También menciono que con el lanzamiento de la PC AT se realizó la mejora del bus ISA de 8 bit, a una ranura de expansión de 16 bits capaz de ofrecer hasta 16 MB/s de acho de banda con una frecuencia de 8,33 Mhz. Con respecto al bus ISA AT, las diferencias más apreciables son: Direcciones de memoria de 32 bits para CPU, DMA, y dispositivos de maestro de bus. Protocolo de transmisión síncrona para transferencias de alta velocidad.
Conclusión
Aprendimos que un computador es un sistema electrónico capaz de ejecutar instrucciones almacenadas en su memoria. La mayoría de las computadoras utilizan la arquitectura de Von Neumann. Esta es una organización que consta de una unidad central de procesamiento y que contiene varios elementos como ser: Unidad aritmética lógica (ALU), Memoria central y Unidad de control. La función básica que realiza un computador es la ejecución de un programa constituido por un conjunto de instrucciones almacenadas en memoria. El procesador es precisamente el que se encarga de ejecutar las instrucciones especificadas en el programa. El computador realiza simplemente cuatros funciones como ser: Recibir entradas, procesar información, almacenar información y producir salidas
Referencia Bibliográfica
Rodríguez, A., Arias, P y Montalván, Á. (2018). “ Perspectiva de alto nivel del funcionamiento y de las interconexiones del computador”. Pag- 65 - 89. Organización y arquitectura computacional - Un enfoque práctico.
Ciclos del computador
Diagrama de estados del ciclo de instrucción
Diagrama de interconexión de memoria
Diagrama de interconexión de un Módulo de E/S
