Arq. Paralelas 1- Introducción MIMD vs SIMD

DISEÑO DE
MICROPROCESADORES
Jesús Savage
Facultad de Ingeniería.
Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM.

Gabriel Vázquez
Facultad de Ingeniería.
Universidad Nacional Autónoma de México, UNAM.

PREFACIO
Existe una gran variedad de textos que tratan temas referentes al diseño de
microprocesadores. Desafortunadamente, para las personas de habla española, la mayoría
de esostextos están en otros idiomas, o bien, las traducciones que se hacen de esos textos
suelen modificar el significado o la idea que el autor deseaba expresar. Teniendo en cuenta
estos puntos, intentamos escribir este libro lo más claro y sencillo posible, y además, en
español. No obstante, en varias ocasiones se tuvieron que recurrir a términos en inglés
debido a que no se encontró una traducciónapropiada al español, o porque la traducción
restaba significado al concepto.
La siguiente obra presenta las bases para el diseño de un microprocesador,
particularmente, un ‘clón’ del microprocesador M68HC11 de Motorola®. Adicionalmente,
gracias al desarrollo en los últimos años de los dispositivos lógicos programables y de los
lenguajes de descripción de hardware de alto nivel, se logróvincular la teoría con la
práctica, de manera que el diseño del microprocesador propuesto es implantado en un
PLD, empleando uno de los lenguajes de descripción de hardware más utilizados en la
actualidad por los países líderes en el área: Verilog HDL.
Estas notas han sido utilizadas exitosamente por los estudiantes de las carreras de
Ingeniería en Computación y Telemática del Instituto TecnológicoAutónomo de México,
ITAM; por los estudiantes de la carrera de Ingeniería en Sistemas Electrónicos del Instituto
Tecnológico de Estudios Superiores de Monterrey, ITESM; y por los estudiantes de la
carrera de Ingeniería en Computación y de postgrado en Computación de la Universidad
Nacional Autónoma de México, UNAM.
El antecedente para poder utilizar estas notas es un curso básico de diseñodigital en
donde se den a conocer las bases de la lógica booleana, la lógica secuencial y del diseño de
dispositivos digitales básicos.
Finalmente, los autores desean agradecer a todas aquellas personas que colaboraron en
la escritura y corrección del manuscrito, así como a aquellos que nos apoyaron en la
recopilación de información para esta obra. También queremos agradecer a los estudiantesdel ITAM, del ITESM y de la UNAM por sus correcciones y sugerencias durante el
desarrollo de estas notas.
Los Autores.

CONTENIDO
CAPÍTULO
1

INTRODUCCIÓN

1

1.1 ESTRUCTURA BÁSICA DE UNA COMPUTADORA
1.2 TIPOS DE COMPUTADORAS
1.2.1 Computadoras secuenciales
1.2.2 Computadoras paralelas

2
2
3

1.3 SEGMENTACIÓN ENCAUZADA

4

1.4 EL CONTROLADOR DE LA COMPUTADORA

51.5 COMPUTADORAS PARALELAS
1.5.1 Arquitecturas SIMD
1.5.2 Arquitecturas MIMD

CAPÍTULO
2

2

6
6
7

MÁQUINAS DE ESTADOS Y SU CONSTRUCCIÓN

11

2.1 MÁQUINAS DE ESTADOS
2.1.1 El algoritmo de la máquina de estados
2.1.2 Estados y reloj

12
12
12

2.2 NOTACIÓN DE LA CARTA ASM
2.2.1 Representación de estados
2.2.2 Representación de decisiones
2.2.3 Representación de salidas13
13
13
14

2.3 EJEMPLOS DE CARTAS ASM

14

2.4 CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS DE ESTADOS USANDO LOS
MÉTODOS TRADICIONALES
2.4.1 Circuito secuencial
2.4.2 Unidad básica de almacenamiento
2.4.3 Latch tipo D
2.4.4 Flip-flop tipo D
2.4.5 Procedimiento para el diseño de circuitos secuenciales
2.4.6 Ejemplo

26
26
26
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28
29
30

2.5 DISEÑO DIGITAL USANDO DISPOSITIVOS LÓGICOSPROGRAMABLES

33

CAPÍTULO
3

CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS DE ESTADOS
USANDO MEMORIAS

40

3.1 DIRECCIONAMIENTO POR TRAYECTORIA

41

3.2 DIRECCIONAMIENTO ENTRADA-ESTADO

43

3.3 DIRECCIONAMIENTO IMPLÍCITO

47

CAPÍTULO
4
CONSTRUCCIÓN DE MÁQUINAS DE ESTADOS
USANDO SECUENCIADORES

53

4.1 EL SECUENCIADOR BÁSICO

54

4.2 INSTRUCCIONES PARA EL SECUENCIADOR
4.2.1...