Apuntes de arquitectura de computadoras ii

Apuntes de Arquitectura de Computadoras II

Unidad I .- Introducción al hardware de una computadora.
1.1 Panorama del hardware de la IBM PC La IBM Personal Computer fue desarrollada por la División de Boca Raton de IBM y fue presentada al publico el 12 de agosto de 1981. Se basaba en el procesador 8088 de Intel, de 16 bits y capacidad de direccionamiento de 1 MB. En su memoria ROM seencontraba el BIOS (Basic Input/Output System - Sistema básico de entrada y salida) y un interprete de Basic que desapareció en versiones posteriores. Contaba además con 64KB de memoria RAM dinámica expandibles a 640 KB. Junto al procesador en la tarjeta madre se encontraban los siguientes circuitos integrados de soporte: • 8284 - Generador de Reloj. Proporciona la señal de reloj al procesador y sincronizacon esta otras señales del sistema. • 8253 - Circuito contador temporizador. Permite a la computadora llevar la hora del día e indica cuando debe refrescar la memoria RAM dinámica. Además genera la señal del altavoz de la PC. • 8237 - Controlador de acceso directo a memoria (DMA Direct Memory Acces). Permite que dispositivos como el controlador de discos puedan transferir dados desde y a lamemoria sin la intervención del procesador. Uno de los cuatro canales de DMA es usado para refrescar la memoria dinámica. • 8259 - Controlador programable de interrupciones. Funciona como un intermediario entre los dispositivos que solicitan la interrupción y el microprocesador, indicando a este que rutina de atención a interrupción debe ejecutar de acuerdo al dispositivo solicitante. • 8255 - Puertoparalelo programable. Se utilizaba para la comunicación con el teclado y la lectura de los interruptores de configuración. Fue sustituido en la PC AT por un microcontrolador 8042. En las PCs más modernas todos estos circuitos ha sido integrados en circuitos de muy alta escala de integración conocidos como conjuntos de CIs (Chip Sets) que ahorran espacio y disminuyen costos. 1.2 .- Arquitectura delprocesador. El 8086 fue el segundo procesador de 16 bits en aparecer en el mercado y el primero en lograr un éxito comercial. Intel lo comercializo en dos versiones: el 8086 y el 8088, con las siguientes características. 8086 20 bits 16 Bits 16 Bits 8088 20 Bits 16 Bits 8 Bits

Bus de direcciones Bus de datos interno Bus de datos externo

La razón del bus de datos externo reducido del 8088 fuehacerlo compatible con los periféricos de los procesadores de 8 bits muy populares en esos días, lo que reduciría el costo de un sistema completo.

Unidad I

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Apuntes de Arquitectura de Computadoras II 1.2.1 Estructura Interna. Internamente, el 8086 se divide en dos unidades funcionales independientes; la Unidad de Interfase con el Bus (BIU, Bus Interface Unit) y la Unidad deEjecución (EU, Execution Unit) como se muestra en la fig. 1.1.
Interfase de Memoria

BIU Sumador

Bus C
1 2 3 4 5 6

Bus B ES CS DS SS IP EU
15 8 7 0

Cola de Instrucciones de 6 bytes

Sistema de Control

Bus A AX BX CX DX

AH BH CH DH SP BP SI DI

AL BL CL DL

ALU

Operandos Banderas (Flags)

Fig. 1.1 Diagrama a bloques interno del 8086 La unidad de interface con el bus buscalas instrucciones en memoria y se encarga de la lecturas y escritura a memoria y puertos. En tanto, la unidad de ejecución se encarga de decodificar y ejecutar las instrucciones. Las dos unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones de 6 bytes en donde la BIU coloca los códigos de las instrucciones leídas de memoria. Dichos códigos permanecen en la cola hasta que son extraídos en elmomento en que la EU se encuentra lista para ejecutarlos. Esta técnica para aumentar el desempeño de un procesador se conoce como entubamiento (Pipelining). Una comparación entre el desempeño de un procesador sin y con entubamiento se puede observar en la Fig 1.2. Esta técnica es especialmente útil cuando el procesador cuenta con instrucciones que requieren de muchos ciclos de reloj para...