ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODEL 1 MODELO VON NEUMANN MODELO HARVAR MODELO VON NEUMANN MEMORIA DE PROGRAMA Y DE DATOS UNIDAD DE PROCESAMIENTO

ARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VOARQUITECTURA DE COMPUTADORES - VON NEUMANN MODELN NEUMANN MODEL

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MODELO VON NEUMANNMODELO VON NEUMANNMODELO HARVARMODELO HARVARMODELO VON NEUMANNMODELO VON NEUMANNMEMORIA DE PROGRAMA Y DE DATOSMEMORIA DE PROGRAMA Y DE DATOSUNIDAD DE PROCESAMIENTO (DATAPATH Y CONTROL)UNIDAD DE PROCESAMIENTO (DATAPATH Y CONTROL)INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA)INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA)CICLO DE UNA INSTRUCCIÓNCICLO DE UNA INSTRUCCIÓN– FETCHFETCH– DECODE INSTRUCTIONDECODE INSTRUCTION– EVALUATE ADDRESSEVALUATE ADDRESS– FETCH OPERANDS FROM MEMORYFETCH OPERANDS FROM MEMORY– EXECUTEEXECUTE– ESTORE RESULTESTORE RESULT

BIBLIOGRAFIABIBLIOGRAFIA


22

MODELO HARVARDMODELO HARVARD

CPU SYSTEM

PROGRAMMEMORY

DATAMEMORY

Que ventajas y desventajas puede analizar Que ventajas y desventajas puede analizar en el modelo?en el modelo?


33

MODELO VON NEWUMANMODELO VON NEWUMAN

Que ventajas y desventajas puede analizar en el modelo?

CPU SYSTEM

DATA ANDINSTRUCTION

MEMORY


44

MODELO VON NEWUMANMODELO VON NEWUMAN

Código de programa y de datos Código de programa y de datos residen en la misma memoria.residen en la misma memoria.

Las instrucciones se ejecutan de Las instrucciones se ejecutan de manera secuencial.manera secuencial.

Capacidad de realizar saltos (ruptura Capacidad de realizar saltos (ruptura de la ejecución secuencial de las de la ejecución secuencial de las instrucciones)instrucciones)


55

DIAGRAMA GENERALDIAGRAMA GENERALReferencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124


66

BUS DEL SISTEMABUS DEL SISTEMA

CPU SYSTEM

MEMORYI/O

DATA BUS

ADDRESS BUS

CONTROL BUS


77

MEMORIAMEMORIAk k m m bits almacenados. bits almacenados. Usualmente Usualmente k = 2k = 2nn..

Dirección: Dirección: Identificador único único de localidad (n bits).de localidad (n bits).

Dato: contenido de cada Dato: contenido de cada localidad (m bits).localidad (m bits).

Operaciones básicas:Operaciones básicas:LOADLOADSTORESTORE

•••

0000000100100011010001010110

110111101111

Memoria de k=16 x 8bits

00101101


88

MEMORIA DE PROGRAMA Y MEMORIA DE PROGRAMA Y MEMORIA DE DATOSMEMORIA DE DATOS

En el modelo Von Neumann la memoria contiene el código del programa a ejecutar y los datos del mismo.

MAR: Memory Address RegisterMDR: Memory Data Register


99

I / OI / OSe trata de dispositivos que transfieren datos desde y hacia la memoria del computador.Cada dispositivo tiene su propia interfaz, usualmente un conjunto de registros como MAR y MDR.Algunos dispositivos son capaces de escribir directamente en la memoria sin pasar por la unidad de procesamiento (DMA).Al software encargado de controlar el acceso a un dispositivo se llama driver..


1010

UNIDAD DE PROCESAMIENTOUNIDAD DE PROCESAMIENTOSe puede dividir a la unidad de procesamiento en dos partes. En el datapath o sección de datos se encuentra el hardware sin inteligencia, es decir, la ALU, los registros, etc.La inteligencia reside en la sección de control, que interpreta las instrucciones y gestiona su ejecución.


1111

UNIDAD DE PROCESAMIENTOUNIDAD DE PROCESAMIENTOY EL DATAPATHY EL DATAPATH

Unidades funcionales.– ALU– Unidades de propósito

especial

Registros.– Pequeños espacios de

almacenamiento.– Operandos y resultados de

las unidades funcionales.

Tamaño de la palabra.– Se refiere generalmente al

número de bits que maneja la ALU.

– Es también el tamaño de los registros.


1212

UNIDAD DE PROCESAMIENTOUNIDAD DE PROCESAMIENTOCONTROLCONTROL

Coordina la ejecución de los programas.Registro de Instrucción (IR): Contiene la instrucción actual.Contador de programa (PC): Contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar.FuncionesLee una instrucción de la memoria. La dirección de dicha instrucción se encuentra en el PC.

Interpreta la instrucción diciéndole a los elementos del datapath qué hacer. La ejecución puede tomar varios ciclos de máquina.


1313

INSTRUCTION SET ARCHITECTURE INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA)(ISA)

OPCODE(6)

Rs1(5)

Rd(5)

INMEDIATE(16)

RD<= RS1 OP INMEDIATE

I-TYPE INSTRUCTION

DLX INSTRUCTION FORMAT

INTEL ARCHITECTURES INSTRUCTION FORMAT Biblio (Intel Architecture Software Developer’s Manual Volume 2: Instruction Set Reference)


1414

INSTRUCTION SET ARCHITECTURE INSTRUCTION SET ARCHITECTURE (ISA)(ISA)

Para la CPU, la instrucción es la unidad fundamental de trabajo. Una instrucción debe especificar dos cosas:- El código de la operación a realizar (OPCODE).- Los operandos necesarios para tal operación (OPERANDS)

Las instrucciones se codifican formando una secuencia de bits, justo como sucede con los datos.- El tamaño de las instrucciones puede ser fijo o variable.- La unidad de control en la CPU se encarga de interpretar la

instrucción y generar la coordinación necesaria entre el hardware.

A las instrucciones de un computador y sus formatos se les conoce como arquitectura del Instruction Set Architecture (ISA).


1515

CICLO DE UNA INSTRUCCIONCICLO DE UNA INSTRUCCIONFETCH INSTRUCTION

DECODE INSTRUCTION

EVALUATE ADREESS

FETCH OPERANDS FROM MEMORY

EXECUTE OPERATION

STORE RESULT


1616

PRELIMINARESPRELIMINARES– PC (PROGRAM COUNTER) registro que PC (PROGRAM COUNTER) registro que

contiene la dirección de siguiente contiene la dirección de siguiente instrucción a ejecutarinstrucción a ejecutar

– IR (INSTRUCTION REGISTER) registro IR (INSTRUCTION REGISTER) registro que contiene la actual instrucción. que contiene la actual instrucción.


1717

FETCHFETCHCargar la siguiente instrucción a ejecutar

(PC) dentro del registro de instrucción (IR)- Descargar el contenido del PC en el MAR.- Enviar una señal de lectura a la memoria.- Leer el contenido del MDR y cargarlo en el

registro IR.

El PC debe quedar incrementado.– MIPS: PC PC + 4


1818

FETCHFETCH

Referencia: 2003 BYU ECE - ECEN 124 FIGURE 4.3


1919

DECODE INSTRUCTIONDECODE INSTRUCTION

Identificar el OPCODE.Identificar el OPCODE.

Dependiendo de la operación, Dependiendo de la operación, identificar los operandos de origen.identificar los operandos de origen.


2020

EVALUATE ADREESSEVALUATE ADREESS

Algunos operandos pueden estar en Algunos operandos pueden estar en los registros o pueden requerir los registros o pueden requerir acceso a memoria, dependiendo del acceso a memoria, dependiendo del modo de direccionamiento modo de direccionamiento


2121

FETCH OPERANDS FROM FETCH OPERANDS FROM MEMORYMEMORY

Cuando se identifican los operando Cuando se identifican los operando se envían como direcciones al se envían como direcciones al Register File.Register File.

Se entregan los valores Se entregan los valores direccionados por los operandos en direccionados por los operandos en el IR a la ALUel IR a la ALU


2222

FETCH FETCH OPERANDS OPERANDS

FROM FROM MEMORYMEMORY



2323

EXECUTEEXECUTE

La ALU ejecuta la operación con los La ALU ejecuta la operación con los operandos.operandos.

La unidad de control le indica cual es La unidad de control le indica cual es la operación a realizarla operación a realizar


2424

EXECUTEEXECUTE



2525

STORE RESULTSTORE RESULT

Adquirir el DR (Destination Register) Adquirir el DR (Destination Register) from IR (Instruction Register).from IR (Instruction Register).

Enviar el DR al Register File como Enviar el DR al Register File como una dirección.una dirección.

Almacenar el resultado que entrega Almacenar el resultado que entrega la ALU en el Register File (será la ALU en el Register File (será almacenado en la dirección apuntada almacenado en la dirección apuntada por DR)por DR)


2626

STORE STORE RESULTRESULT



2727

REFERENCIASREFERENCIAS(CHAPTER 4) THE VON NEUMANN MODEL. © 2003 BYU ECE - ECEN 124

MC Graw Hill Companies, inc. Chapter 4. The Von Neumann Model.

Intel Architecture Software Developer’s Manual Volume 2: Instruction Set Reference

Principles of Computer Architecture Miles Murdocca and Vincent Heuring Chapter 4: The Instruction Set Architecture

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