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Organización general de un computador, Esquemas y mapas conceptuales de Introducción a Ingeniería Software

Es un resumen sobre la organización de un computador. Es un resumen básico pero fácil de entender es del año 2020. Sirve para hacer y diagrama o mapa conceptual

Tipo: Esquemas y mapas conceptuales

2019/2020

Subido el 08/06/2025

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2.1 Organización General de un Computador
La organización básica de un computador se compone de una unidad de procesamiento (CPU),
memoria principal y dispositivos de entrada salida. Estas tres unidades están presentes en
cualquier organización de computador y el modelo básico de la funcionalidad y organización
fue propuesto por Von Neumann. Un ejemplo sencillo se muestra en el siguiente esquema en
una topología de bus único.
Figura: Organización de bus único
CPU: Esta arquitectura esta centrada en la unidad de procesamiento, que ejecuta
programas almacenados en la memoria principal (concepto de programa almacenado), por
medio de los cuales: extrae, modifica y almacena datos de memoria.
.
I/O: Los dispositivos de entrada salida son la interfaz del computador con el medio
externo distinguiéndose:
o unidades de salida (impresoras, monitor o display, etc),
o unidades de entrada (teclado, mouse, etc.),
o unidades de entrada y salida (discos duros).
BUS: El medio físico de comunicación entre la CPU, la memoria y los dispositivos de I/O
es el bus. Éste corresponde a un conjunto de neas conductoras paralelas donde se
transfiere la información binaria entre los dispositivos. Se compone de tres partes:
o Bus de direcciones: permite identificar dispositivos y la unidad o celda
direccionable dentro de él (el caso de la memoria principal),
o Bus de datos: transfiere la información entre los distintos dispositivos
o Bus de control: provee la señalización del tipo de acceso
(principalmente lectura y escritura).
De esta manera la CPU puede hacer ciclos de lectura y escritura sobre la memoria principal y al
mismo tiempo interactuar con los dispositivos de entrada salida. Para lo último la CPU escribe o
lee sobre una posición de memoria asociados a estos dispositivos (concepto de dispositivos
mapeados en memoria memo ry mapped).
Memoria
Principal
Unidad de
Control
ALU
Registros
bus
Discos
I/O
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pf4
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¡Descarga Organización general de un computador y más Esquemas y mapas conceptuales en PDF de Introducción a Ingeniería Software solo en Docsity!

2. 1 Organización General de un Computador

La organización básica de un computador se compone de una unidad de procesamiento (CPU), memoria principal y dispositivos de entrada salida. Estas tres unidades están presentes en cualquier organización de computador y el modelo básico de la funcionalidad y organización fue propuesto por Von Neumann. Un ejemplo sencillo se muestra en el siguiente esquema en una topología de bus único. Figura: Organización de bus único

• CPU: Esta arquitectura esta centrada en la unidad de procesamiento, que ejecuta

programas almacenados en la memoria principal (concepto de programa almacenado), por medio de los cuales: extrae, modifica y almacena datos de memoria. .

• I/O: Los dispositivos de entrada salida son la interfaz del computador con el medio

externo distinguiéndose: o unidades de salida (impresoras, monitor o display, etc), o unidades de entrada (teclado, mouse, etc.), o unidades de entrada y salida (discos duros).

• BUS: El medio físico de comunicación entre la CPU, la memoria y los dispositivos de I/O

es el bus. Éste corresponde a un conjunto de líneas conductoras paralelas donde se transfiere la información binaria entre los dispositivos. Se compone de tres partes: o Bus de direcciones : permite identificar dispositivos y la unidad o celda direccionable dentro de él (el caso de la memoria principal), o Bus de datos : transfiere la información entre los distintos dispositivos o Bus de control : provee la señalización del tipo de acceso (principalmente lectura y escritura). De esta manera la CPU puede hacer ciclos de lectura y escritura sobre la memoria principal y al mismo tiempo interactuar con los dispositivos de entrada salida. Para lo último la CPU escribe o lee sobre una posición de memoria asociados a estos dispositivos (concepto de dispositivos mapeados en memoria memory mapped ). Memoria Principal

Unidad de

Control

ALU

Registros

bus Discos I/O

Dentro de las funcionalidades de un computador se reconoce cuatro tipos básicos: − Procesamiento de datos: Funcionalidad asociada a la unidad aritmética y lógica (ALU) dentro de la organización de la CPU. El procesamiento esta estrictamente vinculado a la forma en que la información es codificada. − Almacenamiento de datos: Existe una jerarquía de niveles de almacenamiento en la organización, cada uno con atributos específicos (Jerarquía de Memoria). − Transferencia de datos: Funcionalidad que permite la interacción del sistema con el medio externo. − Control: Lo relacionado a la capacidad de gobernar las unidades dentro de la organización de un computador. La información del control esta implícita en las instrucciones y es la CPU la encargada de interpretarlas y llevarlas a cabo. Por ser la unidad central de procesos (CPU) el centro funcional de esta organización, nos centraremos en explicar en detalle su funcionamiento y de que manera interactúa con el resto de las unidades, principalmente la memoria.

2. 2 Unidad Central de Procesos

Corresponde a la unidad principal dentro de la arquitectura de un computador (dispositivo maestro por excelencia) cuya funcionalidad es la ejecución de programas almacenados en memoria central. En palabras generales esta unidad extrae cada instrucción, la examina, ejecuta y gobierna el flujo de ejecución de dicho proceso, i.e. determina la secuencia de micro-eventos a ejecutar. Figura : Bloques básicos en la Organización de una CPU

Figura : Estructura Interna de CPU 2. 3 Clasificación de Registros Como se verá mas adelante, los registros son el primer eslabón de una jerarquía de memoria en la arquitectura de un computador, correspondiente al nivel de memoria físicamente más próximo a la ALU y el que provee las mejores presentaciones del punto de vista de tiempo de acceso^1. Los registros de la CPU se pueden clasificar en dos grupos: − Registros visibles para el programador nivel 2 : Son los registros accesibles al programador de lenguaje de máquina, los cuales son utilizados con el objeto de minimizar los accesos a memoria principal, típicamente registros de entrada salida de la ALU. Estos registros pueden ser de uso general o específico. Por ejemplo hay registros que sólo son utilizados como registros de direcciones, otros que sólo son registros de datos (argumentos de entrada o salida de la ALU). También pueden existir registros de propósito general los cuales son utilizados tanto como datos como para el cálculo de direcciones. Dado que estos registros son visibles para el programador de nivel 2 , estas restricciones están estipuladas en la sintaxis de dicho lenguaje^2. De aquí se ve que el lenguaje de máquina (repertorio de instrucciones interpretado por la CPU) esta condicionado a las restricciones de diseño de su CPU. − Registros de Control y estado: son utilizados por la unidad de control para controlar el funcionamiento de la CPU, ejemplo PC, IR, STATUS. Este último almacena los bits de código de condición, información del estado de ejecución del proceso que permite implementar los saltos condicionales en el flujo de un proceso. Estos bits son fijados por el hardware de la CPU a consecuencia de la última operación de la ALU. Los más emblemáticos son: Signo: contiene el bit de signo de la última operación Cero: indica cuando la operación fue cero Acarreo: indica acarreo de bit en la suma. (^1) Unidad VI Sistema de Memoria se verá en detalle todos los niveles de memoria, sus propiedades y cual es la razón de diseño en su organización y estructura. (^2) Estos puntos se verán en detalle en Unidad IV de Lenguaje de Máquina.

Desbordamiento: usado para indicar desbordamiento aritmético (resultado inválido, fuera del rango de representabilidad numérico)^3 2. 4 Ejemplo Intel 286 A continuación se muestra la arquitectura interna básica de un procesador Intel 80286. En este ejemplo se ve que existen muchas más unidades presentes en el proceso de ejecución de instrucciones. La razón es que existen procesos adicionales que explícitamente no se han mencionado. Las unidades presentes y su funcionalidad son: Unidad de instrucciones: toma la palabra asociada a la instrucción codificada en lenguaje de máquina desde la Unidad de bus y hace el proceso de “ decodificación ”. Unidad de Ejecución: lleva a cabo la instrucción decodificada por la Unidad de Instrucción , internamente a esta unidad está el bloque de control que hace el proceso de interpretación de los campos decodificados de la instrucción y gobierna a la ALU y Unidad de Direcciones para efectos de manejar la transferencia de datos de la instrucción en curso ( trayectoria de datos ) Unidad de Bus : realiza todas las operaciones de bus las cuales permiten comunicación con la memoria y los dispositivos de I/O. Está encargada de hacer la interfaz para la extracción de instrucciones y datos desde memoria. Tiene un buffer de instrucciones para extraer por adelantado las instrucciones siguientes (principio de localidad espacial) para evitar que la Unidad de Ejecución pierda ciclos de reloj esperando que esta extraiga la instrucción en curso ( pipeline ). (^3) Esto puntos se tocarán con mayor detalle, en las unidades siguientes Unidad de direcciones Unidad de ejecución registros ALU control Unidad de instrucción Cola de inst. decodificador decodificada ss Unidad de bus Interfaz de bus de direcciones Interfaz de bus de datos Control de bus sumador Interfaz de coprocesador Pre extracción

  1. Va al paso 1. Todo el proceso que permite que la ALU finalmente actúe sobre sus registros de entrada y retornar los resultados, se conoce como trayectoria de datos ( datapath ). Ejemplo 1 (ejecución de instrucción)