Arquitectura Von Neumann Profesora Yasna Meza Hidalgo mailto

Arquitectura Von Neumann Profesora Yasna Meza Hidalgo mailto: ymeza@ubiobio. cl Marzo 2007 Profesora. Yasna Meza Hidalgo

1945 – John Von Neumann ¡ Marzo 2008 John von Neumann escribe su borrador sobre la arquitectura de los computadores el cual sirve de base al concepto actual de computador. Profesora. Yasna Meza Hidalgo 2

Arquitectura de Von Neumann Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 3

La CPU de von Neumann Flags ALU: Arithmetic Logic Circuits Bus de datos Arithmetic Logic Unit Registros del Procesador AC DR Main Memory PC Control Unit IR Bus de control AR Devices Control Circuits . . . C 0 C 1 C 2 C 12 Bus de direcciones Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 4

BEGIN CPU ACTIVA? Ciclo de instrucción NO FIN SI 0 AR PC PC + 1 IR DR(OPCODE) DECODE OPCODE 4 DECODIFICACION 7 AC DR ADD AR DR(ADR) AC READ M 6, 7 WRITE M AC + DR COMP RSHIFT SI AR DR(ADR) AC=0 5, 6 FETCH DE OPERANDO NO READ M 7 AC Jm. Z JMP 4 5, 6 5 DR AND 4 4 5, 6 READ M FETCH INSTRUCCION 3 STR LD AR DR(ADR) 1, 2 {DR M(AR)} READ M AC ^ DR 7 7 7 PC DR(ADR) AC 7 SHIFT AC PROCESA Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 5

Estructura de un computador Arquitectura de Von Neumann Unidad central de proceso CPU Unidad de control UC Unidad Aritmética y lógica ALU PC AR Marzo 2008 Unidad de Memoria IR DR Dispositivos periféricos Unidad de E/S AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 6

Simulación de la memoria MD[02 h] DIRECCIÓN CONTENIDO 01 h Valor 1 02 h VACÍO 03 h Valor 2 … MD[0 Fh] Marzo 2008 0 Fh Profesora. Yasna Meza Hidalgo Valor K 7

Nuestras Instrucciones de lda #Num Transferencia de Datos lda Dir lda [Dir] str Dir rda Dir wrt Marzo 2008 AC Num AC MD[Dir] AC MD[[Dir]] MD[Dir] AC MD[Dir] Teclado Monitor AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 8

Nuestras Instrucciones Aritméticas y Lógicas Todas las operaciones asumen que el primer operando está almacenado en el Acumulador Marzo 2008 add #Num add Dir add [Dir] sub #Num sub Dir sub [Dir] mul #Num mul Dir mul [Dir] div #Num div Dir div [Dir] sqr and Dir or Dir not AC AC AC AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC + Num AC + MD[Dir] AC + MD[[Dir]] AC - Num AC - MD[Dir] AC - MD[[Dir]] AC * Num AC * MD[Dir] AC * MD[[Dir]] AC / Num AC / MD[Dir] AC / MD[[Dir]] raíz(AC) AC and Dir AC or Dir negación AC 9

Nuestras Instrucciones de transferencia de control Marzo 2008 jmp Dir_p PC Dir_p jmz Dir_p Si (AC = 0) entonces PC Dir_p jml Dir_p Si (AC < 0) entonces PC Dir_p Profesora. Yasna Meza Hidalgo 10

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h lda #15 wrt end La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece. Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 11

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h lda #15 wrt end IR PC lda # 15 02 h Unidad central de proceso CPU AC Dispositivos periféricos Unidad de control 15 UC Unidad Aritmética y lógica ALU PC AR Marzo 2008 Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC 12

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h lda #15 wrt end IR PC wrt 03 h Unidad central de proceso CPU AC 15 UC Unidad Aritmética y lógica ALU 15 PC AR Marzo 2008 Dispositivos periféricos Unidad de control Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC 13

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h lda #15 wrt end IR PC end 04 h Unidad central de proceso CPU AC 15 UC Unidad Aritmética y lógica ALU 15 PC AR Marzo 2008 Dispositivos periféricos Unidad de control Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC 14

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece. Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 15

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC rda 10 h 02 h Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control UC DIRECCIÓN DATO Unidad Aritmética y lógica ALU 01 h … 10 h VALOR LEIDO PC 11 h Unidad de Memoria AR Unidad de E/S IR DR AC … 99 h Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 16

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC rda 11 h 03 h Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control UC DIRECCIÓN DATO Unidad Aritmética y lógica ALU 01 h … 10 h 29 PC 11 h Unidad de Memoria VALOR LEIDO AR Unidad de E/S IR DR AC … 99 h Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 17

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC lda 10 h 04 h Unidad central de proceso CPU AC DIRECCIÓN DATO UC 29 Unidad Aritmética y lógica ALU 01 h … 10 h Unidad de Memoria 29 PC 11 h Dispositivos periféricos Unidad de control 6 AR Unidad de E/S IR DR AC … 99 h Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 18

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC add 11 h 05 h AC 29 Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control UC DIRECCIÓN DATO 01 h Unidad Aritmética y lógica ALU 35 … 10 h AC 29 PC 11 h Unidad de Memoria 6 AR Unidad de E/S IR DR AC … 99 h Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 19

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC wrt 06 h AC 35 Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control UC Unidad Aritmética y lógica ALU 35 PC AR Marzo 2008 Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC 20

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h rda lda add wrt end 10 h 11 h IR PC end 07 h AC 35 Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control UC Unidad Aritmética y lógica ALU 35 PC AR Marzo 2008 Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR Profesora. Yasna Meza Hidalgo AC 21

¿Cómo funciona este programa? ¿Existe otra alternativa de realizar este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h Marzo 2008 rda lda add wrt end Profesora. Yasna Meza Hidalgo 10 h 11 h 22

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h lda #0 wrt add #2 jmp 02 h La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece. Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 23

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h Unidad central de proceso CPU lda #0 wrt add #2 jmp 02 h Dispositivos periféricos Unidad de control UC Unidad Aritmética y lógica ALU IR PC AC lda #0 02 h 0 Marzo 2008 PC AR Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 24

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h lda #0 wrt add #2 jmp 02 h IR Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control wrt UC PC Unidad Aritmética y lógica ALU 03 h Unidad de Memoria 0 AC 0 Marzo 2008 PC AR Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 25

¿Cómo funciona este programa? IR 01 h 02 h 03 h 04 h add #2 lda #0 wrt add #2 jmp 02 h PC Unidad central de proceso CPU 04 h Dispositivos periféricos Unidad de control UC AC Unidad Aritmética y lógica ALU 0 Unidad de Memoria 0 PC AC AR Unidad de E/S IR MR AC 2 Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 26

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h lda #0 wrt add #2 jmp 02 h PC Unidad central de proceso CPU 02 h Dispositivos periféricos Unidad de control UC AC Unidad Aritmética y lógica ALU 2 Unidad de Memoria 0 PC IR jmp 02 h Marzo 2008 AR Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 27

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h lda #0 wrt add #2 jmp 02 h PC Unidad central de proceso CPU 03 h Dispositivos periféricos Unidad de control UC AC Unidad Aritmética y lógica ALU 2 Unidad de Memoria 0 2 PC IR wrt Marzo 2008 AR Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 28

¿Cómo funciona este programa? IR 01 h 02 h 03 h 04 h add #2 lda #0 wrt add #2 jmp 02 h PC Unidad central de proceso CPU 04 h Dispositivos periféricos Unidad de control UC AC Unidad Aritmética y lógica ALU 2 Unidad de Memoria 0 2 PC AC AR Unidad de E/S IR DR AC 4 Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 29

Seguimiento de programas 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h Marzo 2008 rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 ¿Qué hace el siguiente programa? Profesora. Yasna Meza Hidalgo 30

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR rda 80 h Unidad central de proceso CPU PC UC 02 h Unidad Aritmética y lógica ALU Unidad de Memoria DATO PC 01 h … 80 h Dispositivos periféricos Unidad de control AR Unidad de E/S IR DR AC 15 81 h … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 31

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR rda 81 h Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control PC UC 03 h Unidad Aritmética y lógica ALU Unidad de Memoria DATO PC 01 h … AR 80 h 15 81 h 5 Unidad de E/S IR DR AC … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 32

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR lda 81 h Unidad central de proceso CPU PC UC 04 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC DATO PC AR 80 h 15 81 h 5 Unidad de Memoria 5 01 h … Dispositivos periféricos Unidad de control Unidad de E/S IR DR AC … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 33

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR jmz 08 h Unidad central de proceso CPU PC UC 05 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC DATO PC AR 80 h 15 81 h 5 Unidad de Memoria 5 01 h … Dispositivos periféricos Unidad de control Unidad de E/S IR DR AC … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 34

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR lda 80 h Unidad central de proceso CPU PC UC 06 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC DATO PC AC 80 h 15 81 h 5 Unidad de Memoria 5 01 h … Dispositivos periféricos Unidad de control AR Unidad de E/S IR DR AC 15 … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 35

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR div 81 h Unidad central de proceso CPU PC UC 07 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC DATO PC 80 h 15 81 h 5 Unidad de Memoria 15 01 h … Dispositivos periféricos Unidad de control AC AR Unidad de E/S IR DR AC 3 … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 36

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h DIRECCIÓN rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR jmp 08 h Unidad central de proceso CPU PC UC 08 h Unidad Aritmética y lógica ALU PC DATO 09 h PC 01 h … 80 h 15 81 h 5 Dispositivos periféricos Unidad de control AC AR Unidad de Memoria Unidad de E/S IR DR AC 3 … Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 37

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR wrt Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control PC UC 10 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC Unidad de Memoria 3 3 Marzo 2008 PC AR Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 38

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 IR wrt Unidad central de proceso CPU Dispositivos periféricos Unidad de control PC UC 10 h Unidad Aritmética y lógica ALU AC Unidad de Memoria 3 3 Marzo 2008 PC AR Unidad de E/S IR DR AC Profesora. Yasna Meza Hidalgo 39

¿Qué pasó …? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h 06 h 07 h 08 h 09 h 10 h Marzo 2008 rda lda jmz lda div jmp lda wrt end 80 h 81 h 08 h 80 h 81 h 09 h #0 ¿Qué pasó con la instrucción lda #0? Profesora. Yasna Meza Hidalgo 40

Ahora usted solito … Evaluar la función: (3*x + 5) / x si x > 0 f(x) 5*x 2 Marzo 2008 si x <= 0 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 00 h rda 80 h 01 h lda 80 h 02 h jmz 08 h 03 h jml 08 h 04 h mul #3 05 h add #5 06 h div 80 h 07 h jmp 0 Ah 08 h mul #5 09 h mul 80 h 0 Ah wrt 0 Bh end 41

¿Cómo funciona este programa? 01 h 02 h 03 h 04 h 05 h rda 90 h lda [80 h] add #15 wrt end DIRECCIÓN DATO 01 h rda 90 h 02 h lda [80 h] 03 h add #15 04 h wrt 05 h end … 80 h 90 h … 90 h Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo 42