C02 VonNeumannYGeneral

Organización del Computador 1

Máquina de von Neumann
Jerarquía de Niveles

Inicios de la computación
Turing y Church sientan las bases teóricas
de la computación
•  Máquina de Turing
–  Máquina teórica compuesta por una cinta y
una cabeza que puede leer y grabar símbolos
en ella.
–  Un conjunto finito de estados
–  Un programa “cableado” del tipo (condición,
acción)

•  Church: Lambda calculo–  Resultado equivalente para probar
computabilidad
–  Base de los lenguajes funcionales

Una máquina de Turing

Inicios de la computación
Turing y Church sientan las bases teóricas de la
computación
•  Maquina de Turing
–  Máquina teórica compuesta por una cinta y una
cabeza que puede leer y grabar símbolos en ella.
–  Un conjunto finito de estados
–  Un programa “cableado” del tipo (condición,acción)

•  Máquina universal de Turing
–  Máquina (teórica) capaz de simular el
comportamiento de cualquier maquina (de
Turing) a partir de un programa ingresado en
la cinta

El modelo de von Neumann
•  Antes: programar era
conectar cables…
•  Hacer programas era
mas una cuestión de
ingeniería electrónica
•  Cada vez que había
que calcular algo
distinto había que
reconectar todo.
•  Imagineneso !

John Von Neumann
•  1903 – 1957
•  Matemático
•  Publicó y publicitó la idea de
programa almacenado en
memoria
•  1945: “Primer Borrador de un
Reporte sobre la EDVAC”

von Neumann
•  Los datos y programas se almacenan en una
misma memoria de lectura-escritura
•  Los contenidos de esta memoria se
direccionan indicando su posición sin
importar su tipo
•  Ejecución en secuencia (salvo que seindique
lo contrario)
•  Representación Binaria

Estructura (computadora)
periféricos

Computador
Unidad
Central de
Proceso
CPU

Computador

Memoria
Principal

Sistema de
interconexión

Entrada
Salida
Líneas de
comunicación

Características principales
•  3 componentes principales:
–  CPU:
•  Unidad de Control, Unidad aritmético lógica (ALU), Registros

–  Memoria principal:
•  Almacenaprogramas y datos

–  Sistema de Entrada/Salida

•  Procesamiento secuencial de instrucciones
•  Datos binarios
•  Un sistema de interconexión
–  Conecta la memoria y unidad de control
–  Fuerza la alternación entre ciclos de lectura y ejecución

Estructura (CPU)
CPU
Computer
Registros

I/O
System
Bus
Memory

Unidad
Aritmética y
Lógica

CPU

Interconexión
Interna de la CPU

Unidad
de
Control

CPUUnidad de Control (UC)
•  Controla todos los componentes
•  Interpreta instrucciones
–  Decodifica y Ejecuta instrucciones.
Transforma instrucciones en órdenes a
otros componentes
–  Puede ser programada por hardware
(cableada) y “microprogramada” (varias
microinstrucciones por instrucción)

Unidad Aritmético Lógica (ALU)
•  Realiza operaciones matemáticas y
lógicas
–  Sumas, restas,multiplicaciones
–  And, Or, Xor
–  Corrimientos

CPU
Registros
•  Almacenan datos binarios, acceso
rápido
•  De tamaño fijo
•  De propósito general (programas) o
específicos (acumulador, program
counter, puntero a memoria, etc.)
DataPath
•  Red interna que comunica la UC con
las otras unidades y registros
•  Mueve datos entre los diferentes
componentes
•  Controlada por un reloj.

Estructura de una máquinavon
Neumann

Ciclo de instrucción
1. Recuperar la siguiente
instrucción desde
memoria (apuntada por
el program counter) y
luego incrementar el
program counter.

2. Decodificar el patrón de
bits en el registro de
instrucción IR

3. Ejecutar la instrucción
indicada en el registro de
instrucción IR

Ciclo de Ejecución
1.  UC obtiene la próxima instrucción de
memoria (usando el registro PC)
2.  Seincrementa el PC
3.  La instrucción es decodificada a un
lenguaje que entiende la ALU
4.  Obtiene de memoria los operandos
requeridos por la operación
5.  La ALU ejecuta y deja los resultados
en registros o en memoria
6.  Repetir paso 1

Ciclo de ejecución
•  La unidad de control levanta la próxima de memoria
usando el “contador de programa” (o RPI) que dice en
que dirección esta la próxima...