Arquitectura de Computadoras

Capítulo I
ARQUITECTURA DEL
MICROPROCESADOR:
TIPOS DE DATOS, MODOS DE
DIRECCIONAMIENTO
Objetivos:
— Presentar a los alumnos una pequeña historia de la evolución de los microprocesadores,
considerando estos como sistemas digitales por excelencia.
— Mostrar los varios tipos de datos
digitales.

y la información intrínseca que representan en circuitos

—Presentar los conceptos básicosde los modos de direccionamiento a la memoria de los
microprocesadores y su importancia para la ejecución rápida de las aplicaciones.

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1.1. LA EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES
En un libro dedicado a las arquitecturas de microprocesadores, no es posible omitir una breve
descripción de la corta, pero intensa historia de los microprocesadores.
En este campo que se desarrolla tanrápidamente, la contribución tecnológica resulta ser unas de las
causa de tales cambios. Así, para entender el estado actual de las arquitecturas es necesario entender
la evolución de los microprocesadores también en relación con la tecnología.
Compañías como la General Electric, RCA y Viatron contribuyeron al desarrollo del
microprocesador a principios de 1971, el Intel 4004, introducido a finalesde 1971, es generalmente
conocido como el primer microprocesador comercialmente disponible. No mucho después, en 1972,
otros microprocesadores fueron anunciados e introducidos al mercado, como el Rockweil
Intermational 4-bit PPS-4, el Intel 8-bit 8008 y el National Semiconductor 16-bit IMP-16.
Las motivaciones que encabezan las primeras implementaciones de microprocesadores fueron
dictadas porel crecimiento en la demanda para grandes circuitos de control, los cuales no podían ser
eficazmente implementados con los chips "dedicados" entonces disponibles.
Así, el microprocesador fue originalmente visto como un elemento electrónico programable que
podría reemplazar circuitos alambrados utilizados en la implementación de controladores de
procesos industriales o de investigación.
Conel pasar del tiempo el microprocesador tomó características siempre más orientadas hacia el
desarrollo y ejecución de software sofisticado de alto nivel para problemas administrativos o de
cálculo.
La tecnología disponible siempre dictó las características de cada dispositivo; por ejemplo, el 8008
tenía un bus de datos de 8 bits, el de direcciones de 14 bits (16 KBytes de espaciodireccionable), un
juego de instrucciones que hacen posible desempeñar operaciones aritméticas simples (suma y
resta) y operaciones lógicas, y además un STACK implementado en hardware dentro del CPU con
tamaño limitado.
Con el rápido desarrollo de la tecnología de integración que hizo posible que un número mayor de
transistores podían implementarse en la misma área de silicio, permitió al diseñador demicroprocesadores implementar más funciones en el mismo microprocesador.
De 1973 a 1977, sólo unos años después de su primera aparición, los microprocesadores se
caracterizaron por un bus de datos de 8 bits y uno de direcciones de 16 bits (un espacio
direccionable de 64 KBytes); el juego de instrucciones se incrementó para incluir algunas que
manipularan 16 bits y así poder hacer operaciones condirecciones de memoria. El STACK fue
implementado en memoria principal para aumentar el grado de anidamiento de subrutinas.
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Estos tipos de microprocesadores también se usaron en el campo del control en tiempo real y en
aplicaciones industriales.

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El software inicialmente era casi siempre escrito en lenguaje ensamblador debido a la relativamente
lenta frecuencia del reloj (1 MHz) yal espacio de memoria reducido que requería código compacto
y eficiente.
Con el pasar de los años las arquitecturas fueron evolucionando; la memoria aumentó
considerablemente, se añadieron nuevos elementos tales como las memorias "cache" y la
configuración "pipeline" entre otros que permitían, por un lado, que varios usuarios compartieran el
mismo procesador en tiempo compartido, por otro...