EOC_20 _20Apuntes Estructura Y Organizacion Computadores Curso 1 Uah GII

Estructura y Organización de
Computadores

Año 2013
Sinak

#UAHStyle

1. La ruta de datos
1.1. Introducción
1.1.1 La unidad aritmético-lógica
La Unidad Central de Proceso o CPU es el conjunto de:
- Ruta de datos o unidad de procesamiento
- Unidad de control
La ruta de datos procesa la información
[Ver relación entre la ruta de datos y la unidad de control]
[Ver flujo de instrucciones y flujo dedatos]
CPU

Es la encargada de procesar la información.
Los componentes de la ruta de datos son:
- La ALU
- Los elementos de almacenamiento temporal
- El registro de estado (Dice como ha sido el resultado, en algunas no existe)
Procesa:
-

Operandos
En función de las señales de control

ALU
Conjunto de operadores, unidades funcionales, unidades de ejecución.

#UAHStyle

La ALU está formada por unconjunto de:
- Operadores
- Unidades funcionales
- Unidades de ejecución
Operador: Circuito capaz de realizar una operación lógica o aritmética
Los operadores se caracterizan por:
- Numero de operandos:
o Monádico
o Diádico
- Procesamiento:
o Serie (bit a bit)
o Paralelo (por palabras)
- El resultado depende de:
o Los operandos (combinacional)
o Operandos y el contador de estados (secuencial)
-Tecnología (marca la velocidad) -> Retardo
Tipo de operandos
Según la tecnología empleada (marca el retardo de las puertas) pueden ser
- MOS
- BIPOLAR
NAND, NOR, NOT 
AND, OR 
XOR XNOR 

retardo a
2a
3a

El valor de a varía según algunas tecnologías.

1.1.2 Almacenamiento temporal
Tanto los operandos como los resultados pueden tener un almacenamiento temporal en la
ruta de datos. Acelera elacceso evitando las latencias de memoria (de datos).
Puede estar constituido por:
- 1 único registro (Acumulador)
- Banco de Registros
- Sin registros: pila y memoria
1.1.2.1 Acumulador
El propio registro acumulador es uno de los operandos de entrada.
Corresponde a la arquitectura de las primeras maquinas
Almacenamiento temporal breve
Reutilización de datos
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1.1.2.2 Banco de Registros
Puedeser:
- Por su función:
o Propósito general
o Especifico
- Para el programador:
o Visibles
o Arquitectónicos (el programador no puede acceder a ellos).
1.1.2.3 Sin Registros (almacenamiento en memoria)
No hay almacenamiento temporal: todas las variables están en memoria
Pila:
-

El acceso no es aleatorio sino de tipo LIFO
Los operandos están en la cima y son sustituidos por el resultado
Modo detrabajar de las calculadoras

Una ventaja: no se deben especificar operandos (ya que siempre se opera con el de encima de
la pila)

1.1.3 El estado
Señalan condiciones relativas a la última operación
El estado está disponible para la unidad de control y sirve para tomar decisiones.
Tomar decisiones: esta es la diferencia entre un computador y una calculadora
El estado puede ser más complicado,contiene el contexto de procesamiento.

1.2. Ruta de datos y velocidad de reloj
1.2.1 ¿Quién limita al reloj?
Simplificadamente:
Flujo de instrucciones: velocidad de decodificación en la unidad de control
Flujo de datos (latencia de los operadores y la impedancia de los cambios eléctricos)
Velocidad de reloj en la ruta de datos:
Retardo de los caminos (multiplexores, buses…)
Retardo del operador másusado (objetivo: que realice la operación en un ciclo)

1.2.2 Modos de llevar a cabo una operación
-

Unidad combinacional: Tiene un tiempo de transferencia de señales. Es casi inmediato.
Permite ejecutar varias cosas en paralelo. Es el más rápido y costoso.

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-

Unidad secuencial: Ejecuta las operaciones en sucesivos pasos de comunicación. Requiere
más tiempo.

-

Microprograma: Masbarato que los anteriores, es más lento, no requiere hardware
adicional.
Programa (Emulación): Ejecuta el código que reside en memoria principal. Es el más lento

-

1.2.3 Operadores típicos
Los más rápidos son los operadores lógicos (NOT, OR AND XOR): Se denominan operaciones
de bit. Cada bit es tratado de manera individual, menor número de niveles lógicos.
Operadores de desplazamiento: Consiste en...