República Bolivariana de Venezuela Universidad Nacional Experimental de la Fuerza Armada UNEFA Ministerio del Poder Popular para la Defensa Núcleo – Chuao Caracas Ingeniería de sistemas
MEMORIA RAM y LÓGICA DE TRANSFERENCIA DE REGISTROS
Profesor:
Bachiller:
Rafael Rodriguez
Alex Cusihuaman
CARACAS,
JUNIO DE 2013
C.I: 84441524
Índice
Pág.
Introduccion…………………………………………………………………………….. 1-2 Registros ……..……………………… ……..…………………………………………………………… ………………………………………………… …………… 3
Tipos de registros de desplazamiento …………………………………………........ 3 Serie-Serie………………………………………………………………………………. 3 Paralelo-Serie ………………………………………………………………………….. 3 Serie-Paralelo........................................................................ .................................................................................................. .................................. ........ 3 Paralelo-Paralelo………………………………………………………………………… 4 Aplicacion. ................................................... ............................................................................. .................................................... .................................. ........ 4 Formas de construir registros de desplazamientos. ............................................. ............................................. 4- 5 Contadores. ................................................. ........................................................................... .................................................... .................................. ........ 5 Contadores asíncronos. ............................................... ........................................................................ ........................................ ............... 5-7 Contadores síncronos. ................................................. .......................................................................... ........................................ ............... 7-9 La Unidad de Memoria .................................... ............................................................. ................................................. ........................ 10-13 Memoria de Acceso Aleatorio.......................... Aleatorio.................................................... .................................................... ............................ .. 13 Tipos de memoria RAM................................................ ......................................................................... .................................... ........... 13-17 Microoperaciones Aritméticas. .................................... ............................................................. .................................... ........... 17-18 Microoperaciones lógicas. ............................................ ..................................................................... ......................................... ................ 18 Microoperaciones de desplazamiento. ...................................... ............................................................. ....................... 18- 19 Proposiciones condicionales de control. ............................................................... ............................................................... 19 Datos binarios del punto fijo. .................................... ............................................................. ............................................. .................... 19 Sobrecapacidad. ................................................. ........................................................................... ................................................ ...................... 21 0 Desplazamientos aritméticos................................................. ......................................................................... ......................... 22 0-21 Datos decimales .......................................... .................................................................... ................................................... ......................... 23 1-22 Datos del punto-flotante ................................................................ ................................................................................. ................. 24 2-23 Datos No Numéricos. ........................................................... ..................................................................................... .......................... 25 3-24 Códigos de Instrucción. ............................... ........................................................ ................................................... .......................... 27 4-25 Diseño de un computador sencillo. ....................................................... ................................................................ ......... 27 5-26 Logica detransferencia de registro. ............................................... ................................................................ ................. 27 6-27 Conclusión…………………………………………………………………………….31-33 Bibliografía……………………………………………………………………………. 34
Índice
Pág.
Introduccion…………………………………………………………………………….. 1-2 Registros ……..……………………… ……..…………………………………………………………… ………………………………………………… …………… 3
Tipos de registros de desplazamiento …………………………………………........ 3 Serie-Serie………………………………………………………………………………. 3 Paralelo-Serie ………………………………………………………………………….. 3 Serie-Paralelo........................................................................ .................................................................................................. .................................. ........ 3 Paralelo-Paralelo………………………………………………………………………… 4 Aplicacion. ................................................... ............................................................................. .................................................... .................................. ........ 4 Formas de construir registros de desplazamientos. ............................................. ............................................. 4- 5 Contadores. ................................................. ........................................................................... .................................................... .................................. ........ 5 Contadores asíncronos. ............................................... ........................................................................ ........................................ ............... 5-7 Contadores síncronos. ................................................. .......................................................................... ........................................ ............... 7-9 La Unidad de Memoria .................................... ............................................................. ................................................. ........................ 10-13 Memoria de Acceso Aleatorio.......................... Aleatorio.................................................... .................................................... ............................ .. 13 Tipos de memoria RAM................................................ ......................................................................... .................................... ........... 13-17 Microoperaciones Aritméticas. .................................... ............................................................. .................................... ........... 17-18 Microoperaciones lógicas. ............................................ ..................................................................... ......................................... ................ 18 Microoperaciones de desplazamiento. ...................................... ............................................................. ....................... 18- 19 Proposiciones condicionales de control. ............................................................... ............................................................... 19 Datos binarios del punto fijo. .................................... ............................................................. ............................................. .................... 19 Sobrecapacidad. ................................................. ........................................................................... ................................................ ...................... 21 0 Desplazamientos aritméticos................................................. ......................................................................... ......................... 22 0-21 Datos decimales .......................................... .................................................................... ................................................... ......................... 23 1-22 Datos del punto-flotante ................................................................ ................................................................................. ................. 24 2-23 Datos No Numéricos. ........................................................... ..................................................................................... .......................... 25 3-24 Códigos de Instrucción. ............................... ........................................................ ................................................... .......................... 27 4-25 Diseño de un computador sencillo. ....................................................... ................................................................ ......... 27 5-26 Logica detransferencia de registro. ............................................... ................................................................ ................. 27 6-27 Conclusión…………………………………………………………………………….31-33 Bibliografía……………………………………………………………………………. 34
Introducción. ¿Si en todo el mundo se fuera la luz por un día que sucedería? Colapsarían los supermercados, no se recibirían las noticias a tiempo, no se podría llamar por teléfono, se trancaría el tráfico, se cancelarían los vuelos y muchas otras cosas que sencillamente producirían un enorme caos. Todo lo antes mencionado, ocasionado por la carencia de electricidad que impediría el funcionamiento de la máquina que mueve el mundo actual, la computadora, utilizada en todas las áreas laborales del planeta. Estas existen en muchas formas, tamaños y colores, adecuadas a las necesidades del usuario, para sencillamente facilitar aquellas áreas del trabajo donde el hombre no puede invertir gran cantidad de tiempo debido a la naturaleza repetitiva de la actividad. Mientras el hombre se agota de realizar una actividad consecutivamente por un tiempo prolongado, un ordenador es capaz de realizarlo por largas jornadas. Entre la enormes ventajas que ofrece el computador esta la rapidez, precisión, economía, confiabilidad y muchas otras. Motivo por el cual cada día se busca perfeccionar y conocer el funcionamiento de estas máquinas, sus partes y su utilidad en el diario vivir. Para ello se realiza la siguiente investigación a fin de conocer las implicaciones relativas a registros de Desplazamiento, Unidad de Memoria, tipos de memoria, Microoperaciones Aritmética, Proposiciones condicionales de control, Desplazamientos aritmético, Códigos de Instrucción, diseño de un computador sencillo entre otros. En el presente trabajo se desarrollara sobre REGISTRO, CONTADORES Y UNIDAD DE MEMORIA RAM, donde se deberán explicar los Registros más importantes, Modos de Direccionamiento (Direccionamiento directo, Direccionamiento indirecto, Registros especiales, El registro STATUS), también registro W, unidad aritmético lógica (ALU), Puertos de Entrada/Salida, Temporizador/Contador. Referente a la MEMORIA RAM, se deberán incluir sus características (Localización, Capacidad, Método de acceso, Velocidad de acceso), además tipos básicos es decir, estática o SRAM (Async SRAM, Sync SRAM, Pipelined SRAM) y dinámica o DRAM (FPM, EDO, BEDO, SDRAM, PC-100 DRAMPC-133 DRAM, DRDRAM, DDR SDRAM, ESDRAM, SLDRAM). Referente a la LÓGICA DE TRANSFERENCIA DE REGISTROS, se estudiaran los
siguientes puntos: Lenguaje de transferencia de registros, Símbolos básicos para el lenguaje de transferencia de registros, Notación de registros, Transferencia en paralelo, Transferencia en serie, Transferencia de bus, Canal de bus de tres estados, Canal de bus de tres estados, Transferencia de memoria, entre otros términos. Además se ilustrara con graficas y anexos para un mejor entendimiento. El objetivo principal de la práctica es entender el funcionamiento de los flipflops como modo de almacenamiento de bits, para comprobar esto ya con el montaje terminado simplemente lo que se realizará es enviarle dos datos iguales o diferentes simplemente para realizar las operaciones de suma y resta de números binarios pero con la diferencia que trabajaremos con los registros de datos para así poder ser almacenados tanto como en los flip-flops como en los latches para entender de qué manera guardan los datos y de qué forma se quitará el dato previamente guardado, con esto realizado veremos que al realizar cualquier operación de suma o resta nos mostrará por medio de leds que código binario dará como resultado teniendo en cuenta si existe o no existe el carry de salida. Transferencia de datos entre registros Edwin Andrés León Castro, Jorge Luís Rojas, Arley Suaterna, Daniel Fernando Valencia Z, Facultad de Ingeniería, Universidad del Valle Esencialmente, un microprocesador es un circuito de alta escala de integración (LSI), compuesto de muchos circuitos más simples como son los Fipflops, contadores, registros, decodificadores, comparadores, etc; todos ellos en una misma pastilla de silicio, de modo que el microprocesador puede ser considerado un dispositivo lógico de propósito general o universal. Todos estos componentes que llevan a cabo físicamente la lógica y operación del microprocesador se denominan el hardware del micro. Además existe una lista de instrucciones que puede realizar o acciones que puede llevar a cabo el micro. Éstas constituyen el lenguaje del micro o software.
REGISTROS Definición: Los registros de desplazamiento son circuitos lógicos secuenciales que están íntimamente relacionados con los contadores digitales. Los registros se utilizan principalmente para almacenar datos digitales y normalmente no poseen una secuencia característica interna de estados como los contadores. Función: Un registro es un circuito digital con dos funciones básicas: almacenamiento de datos y movimiento de datos, la capacidad de almacenamiento de un registro le convierte en un tipo importante de dispositivo de memoria. Como se muestra se aplica un 1 a la entrada de datos y un impulso de reloj que hace que se almacene el 1 pasando el flip-flop ha estado SET. Cuando se elimina el 1 de la entrada el flip-flop permanece en dicho estado quedando almacenado el 1, el procedimiento que utiliza para almacenar un 0 es igual dándole de entrada al flip-flop un 0. La capacidad de almacenamiento de un registro es el número total de bits de un dato digital que puede contener. Cada etapa de un registro de desplazamiento representa un bit de su capacidad de almacenamiento.
Registros de Desplazamiento: En un circuito digital secuencial(es decir, que los valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores) consiste en una serie de biestables, generalmente de tipo D, conectados en cascada, que basculan de forma síncrona con la misma señal de reloj. Según la conexión de las distintas básculas, se tiene un desplazamiento a la izquierda o a la derecha de la información almacenada, bits, en las básculas. Es de señalar que un desplazamiento a la izquierda de un conjunto de bits, multiplica por 2, mientras que uno a la derecha, divide entre 2. Existen registros de desplazamiento bidireccionales,que pueden funcionar en ambos sentidos. Los registros universale s, además debidireccionales permiten la carga en paralelo
1
Tipos de registros de desplazamiento: Dependiendo del tipo de entradas y salidas, los registros de desplazamiento clasifican como: Registros de Desplazamiento con Entrada Serie/Salida Serie Los registros de desplazamiento con entrada/salida serie aceptan datos en serie, es decir, un bit cada vez por una única línea. La información almacenada es entregada a la salida también en forma serie. Es decir, que solo la entrada del primer flip-flop y la salida del último son accesibles externamente, se emplean como líneas de retardo digitales y en tareas desincronización. Entrada serie/Salida serie.
Registros de Desplazamiento con Entrada paralelo/Salida serie Es un registro con entrada de datos paralelo, los bits se introducen respectivamente en sus respectivas etapas a través de líneas paralelo, una vez que están todos los datos almacenados en el registro se hace la salida en serie. Es exponer, que son accesibles las entradas de todos los flip-flops, pero solo la salida del último. Normalmente también existe una entrada serie, que solo altera el contenido del primer flip-flop, pudiendo funcionar como los del grupo anterior.
2
Registros de Desplazamiento con Entrada serie/Salida paralelo: En este tipo de registro los bits de datos se introducen en serie del mismo modo que en el caso anterior, la diferencia está en la forma en que dichos bits se extraen del registro; en un registro con salida paralelo, se dispone de la salida de cada etapa. Una vez que los datos se han almacenado, cada bit se presenta en su respectiva línea de salida, estando disponibles todos los bits simultáneamente, en lugar de bit a bit como en el caso de la salida en serie. Son accesibles las salidas de todos los flip-flops, pero sólo la entrada del primero. Este tipo y el anterior se emplean para convertir datos serie en paralelo y viceversa, por ejemplo para conexiones serie como el RS232.
Registros de Desplazamiento con Entrada paralelo/Salida paralelo: Como ya se ha visto la entrada en paralelo y la salida en paralelo este circuito utiliza los mismos principios. Inmediatamente después de introducir todos los bits de datos simultáneamente, estos aparecen en las salidas en paralelo. Tanto las entradas como las salidas son accesibles: se usan para cálculos aritméticos.
Un registro de desplazamiento muy utilizado, que es universal (se llama así porque puede utilizarse en cualquiera de las cuatro configuraciones anteriormente descritas) y bidireccional (porque puede desplazar los bits en un sentido u otro) es el 74HC194, de cuatro bits de datos.
3
Aplicación: Retardo de tiempo Los registros de desplazamiento con entrada y salida serie se usan para obtener un retardo de tiempo de la entrada a la salida que es función del número de etapas (n) del registro y de la frecuencia del reloj. Convertidor de datos serie-paralelo La transmisión de datos serie de un sistema digital a otro se usa comúnmente para reducir el número de conductores de la línea de transmisión. Por ejemplo se pueden enviar en serie 8 bits por un único conductor, los cuales necesitarían 8 conductores para transmitirse en paralelo. Una computadora o un sistema basado en microprocesador, normalmente requiere que la entrada de datos se haga en paralelo, por lo que es preciso realizar una conversión serieparalelo.
Formas de construir registros de desplazamientos: Se pueden construir registros de desplazamiento de la siguiente manera, Por ejemplo: Registro de entrada paralelo y salida serie. Puede construirse con un multiplexor digital combinacional y un contador. Las entradas de datos del multiplexor se conectan a los datos a transmitir, y las entradas de control, a las salidas del contador (el bMs del MUX conectado al bMs del contador), dicho contador deberá estar en modo de carrera libre. Registro de entrada serie y salida paralelo. Similar al caso anterior, se sustituye el multiplexor por un demultiplexor, ahora las salidas de éste serán las salidas paralelos. Biestables en cascada. Con esto y la lógica combinacional adecuada, se pueden construir incluso registros de desplazamiento bidireccionales y universales, aunque en este caso es más aconsejable disponer del 74HC194, dado que ocupa mucho menos espacio y en un solo integrado incluye las cuatro posibles configuraciones y lafunci onalidad de desplazar los bits en ambos sentidos.
Diagrama de un desplazamientos
Contador
4
con
registros
de
En un registro de desplazamiento La información puede: Entrar en serie y salir en serie, Entrar en serie y salir en paralelo Entrar en paralelo y salir en serie. Entrar en paralelo y salir en paralelo. Entrar en serie y salir en serie y paralelo. Entrar en serie y paralelo y salir en serie
CONTADORES: Definición: Un contador es una combinación de flip-flops que se conectan entre sí para realizar funciones de recuento. El número de flip-flops que se utilizan y la forma en que se conectan determinan el número de estados y también la secuencia especifica de estados por los que pasa el contador durante un ciclo completo. Los contadores son circuitos secuenciales que tienen unas líneas cuyo valor binario de salida es el resultado del número de veces que recibe un determinado impulso de conteo.
Tipos de Contadores: Dependiendo del modo en que se aplique la señal de reloj los contadores se clasifican en dos amplias categorías: Contadores asíncronos:
Asíncronos: son aquellos en el que los flip-flops del contador no cambian de estado exactamente al mismo tiempo dado que no comparten el mismo impulso de reloj, también podemos articular que el impulso de conteo no se recibe simultáneamente en las entradas CLK de todos los biestables. En la Figura podemos ver un contador asíncrono. También aparecen los cronogramas de las señales de salida.
5
En la transición alto-bajo del reloj, el biestable cambia de estado y, por tanto, de salida, ya que sus entradas están a 11. En la salida QA aparece una onda a frecuencia mitad que el reloj de entrada, que es del que se cuentan los pulsos. Las salidas de los biestables se conectan a la entrada de reloj de los siguientes biestables, con lo que cada uno de ellos divide la frecuencia por 2. Si QA se considera el bit menos significativo, se puede comprobar que los valores de las cuatro salidas se corresponden con los números binarios de 0000 hasta 1111 repitiéndose Periódicamente este proceso. Existe un cierto retardo debido al retardo de los biestables. Se pueden dar varios casos respecto a cómo son las entradas de reloj y a las conexiones para ver el sentido de cuenta: CLK activas flanco de bajada y conexión en Q: ASCENDENTE CLK activas flanco de bajada y conexión en /Q: DESCENDENTE CLK activas flanco de subida y conexión en Q: DESCENDENTE CLK activas flanco de subida y conexión en /Q: ASCENDENTE Con circuitería externa adicional se puede hacer que el contador vuelva a la posición 0000 antes de llegar a 1111, con lo que con n biestables se puede hacer un contador que cuente desde 0 hasta un número menor o igual que 2 n. Dicha circuitería es una puerta NAND de tantas entradas como biestables conectadas a las salidas afirmadas o negadas de los biestables que convengan. Incluso se puede inicializar en cualquier otro número que no sea 0, usando las entradas asíncronas de PRESET y CLEAR que sean necesarias.
6
Ejemplo: si un contador asíncrono debe contar en sentido ascendente entre 4 y 12, se deberá poner una puerta NAND para detectar el 13 y forzar a que la situación inicial ponga 4. Para ello, se conecta a la puerta NAND QA,/QB,QC y QD. La puerta dará salida 0 sólo cuando detecte 13 y ese 0 forzará el 4 colocándolo a las entradas asíncronas de CLEAR de QA, QB y QD, y a la entrada de PRESET de QC, suponiendo que son activas a nivel bajo.
Contadores síncronos: Son aquellos en el que los flip-flops del contador reciben en el mismo instante la señal de reloj, dentro de cada una de estas categorías, los contadores se clasifican por el tipo de secuencia, el número de estados o el número de flipflops del contador. Los pulsos de reloj (que son los pulsos a contar) activan las entradas CLK de todos los biestables al mismo tiempo (de ahí su nombre). Se elimina el problema del retardo, con lo que se puede trabajar a frecuencias mayores. Sólo el primer biestable tiene sus entradas a "1". Las restantes entradas son excitadas por productos de las salidas de los propios biestables. Vamos a ver cómo se diseña un contador síncrono a partir del diseño de circuitos secuenciales. Para ello usamos la técnica habitual de diseño de circuitos secuenciales. Lo vamos a diseñar en sentido creciente, pero también se podría diseñar en sentido decreciente o de cualquier manera que se nos ocurriera.
7
Con lo que queda el circuito de la Figura
8
9
La Unidad de Memoria
Los registros de un computador digital pueden ser clasificados del tipo operacional o de almacenamiento. Un circuito operacional es capaz de acumular información binaria en sus flip-flops y además tiene compuertas combinacionales capaces de realizar tare as de procesamiento de datos. Un registro de almacenamiento se usa solamente para el almacenamiento temporal de la información binaria. Esta informaci6n no puede ser alterada cuando se transfiere hacia adentro y afuera del registro. Una unidad de memoria es una colección de registros de almacenamiento conjuntamente con los circuitos asociados necesarios par a transferir información hacia adentro y afuera de los registros. Los registros de almacenamiento en una unidad de memoria se llaman registros de memoria. La mayoría de los registros en un computador digital son registros de memoria, a los cuales se transfiere la informaci6n para almacenamiento y se encuentran pocos registros operacionales en la unidad procesadora. Cuando se lleva a cabo el procesamiento de datos, la información de los registros seleccionados en la unidad de memoria se transfiere primero a los registros operacionales en la unidad procesadora. Los resultados intermedios y finales que se obtienen en los registros operacionales se transfieren de nuevo a los registros de memoria seleccionados. De manera similar, la informaci6n binaria recibida de los elementos de entrada se almacena primero en los registros de memoria. La información transferida a los elementos de salida se toma de los registros en la unidad de memoria. El componente que forma las celdas binarias de los registros en una unidad de memoria debe tener ciertas propiedades básicas, de las cuales las más importantes son: (1) debe tener una propiedad dependiente de dos estados par a
10
la representación binaria. (2) debe ser pequeño en tamaño. (3) el costo por bit de almacenamiento debe ser lo más bajo posible. (4) el tiempo de acceso al registro de memoria debe ser razonablemente rápido.
Ejemplos de componentes de unidad de memoria son los núcleos magnéticos los CI semiconductores y las superficies magnéticas de las cintas, tambores y discos. Una unidad de memoria almacena información binaria en grupos llamados palabras, cada palabra se almacena en un registro de memoria. Una palabra en la memoria es una entidad de n bits que se mueven hacia adentro y afuera del almacenamiento como una unidad. Una palabra de memoria puede representar un operando, una instrucción, o un grupo de caracteres alfanuméricos o cualquier información codificada binariamente. La comunicación entre una unidad de memoria y lo que la rodea se logra por medio de dos señales de control y dos registros externos. Las señales de control especifican la dirección de la trasferencia requerida, esto es, cuando una palabra debe ser acumulada en un registro de memoria o cuando una palabra almacenada previamente debe ser transferida hacia afuera del registro de memoria. Un registro externo especifica el registro de memoria particular escogido entre los miles disponibles; el otro especifica la configuración e bits particular de la palabra en cuestión. El registro de direcciones de memoria especifica la palabra de memoria seleccionada. A cada palabra en la memoria se le asigna un número de identificaci6n comenzando desde 0 hasta el número máximo de palabras disponible. Par a comunicarse con una palabra de memoria específica, su número de localización o dirección se transfiere al registro de direcciones. Los circuitos internos de la unidad de memoria aceptan esta dirección del registro y abren los caminos necesarios par a seleccionar la palabra buscar. Un registro de dirección con n bits puede especificar hasta 2n palabras de memoria. Las unidades de memoria del computador pueden tener un rango entre 1.024 palabras que necesitan un registro de direcciones de bits, hasta 1.048.576= 22" palabras que necesitan un registro de direcciones de 20 bits. Las dos señales de control aplicadas a la unidad de memoria se llaman lectura y escritura. Una señal de escritura especifica una función de transferencia entrante; una señal de lectura específica, una función de trasferencia saliente. Cada una es referenciada por la unidad de memoria. Después de aceptar una de las señales, los circuitos de control interno dentro de la unidad de memoria suministran la funci6n deseada. Cierto tipo de unidades de almacenamiento, debido a las características de sus componentes, destruyen la informaci6n almacenada en una celda cuando se lea el bit de ella. Este tipo de unidad se dice que es una memoria de lectura destructible en oposici6n a una memoria no destructible donde la informaci6n permanece en la celda después de haberse leído. En cada caso, la informaci6n primaria se destruye cuando se escribe la nueva informaci6n. La secuencia del control interno en una memoria de lectura destructible debe proveer señales de control que puedan causar que la palabra sea restaurada en sus celdas binarias si la aplicaci6n requiere de una funci6n no destructiva. La informaci6n transferida hacia adentro y afuera de los registros en la memoria y al ambiente externo, se comunica a través de un registro comúnmente
11
llamado (buffer register) registro separador de memoria (otros nombres son registro de información y registro de almacenamiento). Cuando la unidad de memoria recibe una señal de control de escritura, el control interno interpreta el contenido del registro separador como la configuraci6n de bits de la palabra que se va a almacenar en un registro de memoria. Con una señal de control de lectura, el control interno envía la palabra del registro de memoria al registro separador. En cada caso el contenido del registro de direcciones especifica el registro de memoria particular referenciado para escritura o lectura. Por medio de un ejemplo se puede resumir las características de trasferencia de informaci6n de una unidad de memoria. Considérese una unidad de memoria de 1.024 palabras con 8 bits por palabra. Par a especificar 1.024 palabras, se necesita una direcci6n de 10 bits, ya que 21° = 1.024. Por tanto, el registro de direcciones debe contener diez flip-flops. El registro separador debe tener ocho flip-flops para almacenar los contenidos de las palabras transferidas hacia adentro y afuera de la memoria. La unidad de memoria tiene 1.024 registros con números asignados desde 0 hasta 1.023. La secuencia de operaciones necesarias par a comunicarse con la unidad de memoria par a prop6sitos de transferir una palabra hacia afuera dirigida al BR es:
1. Transferir los bits de direcci6n de la palabra seleccionada al AR. 2. Activar la entrada de control de lectura. La secuencia de operaciones necesarias par a almacenar una nueva palabra a la memoria es:
1. Transferir los bits de direcci6n de la palabra seleccionada al MAR. 2. Transferir los bits de datos de la palabra al MBR. 3. Activar la entrada de control de escritura. En algunos casos, se asume una unidad de memoria con la propiedad de lectura no destructiva. Tales memorias pueden ser construidas con CI semiconductores. Ellas retienen la informaci6n en el registro de memoria cuando el registro se catea durante el proceso de lectura de manera que no ocurre pérdida de informaci6n. Otro componente usado comúnmente en las unidades de memoria es el núcleo magnético. Un núcleo magnético tiene la característica de tener lecturas destructivas, es decir, pierde la informaci6n binaria almacenada durante el proceso de lectura. Debido a la propiedad de lectura destructiva, una memoria de núcleos magnéticos debe tener funciones de control adicionales par a reponer la palabra al registro de memoria. Una señal de control de lectura aplicada a una memoria de núcleos magnéticos transfiere el contenido de la palabra direccionada a un registro externo y al mismo tiempo se borra el registro de memoria. La secuencia de control interno en una memoria de núcleos magnéticos suministra entonces señales apropiadas par a causar la recuperaci6n de la palabra en el registro de memoria. La trasferencia de informaci6n de una memoria de núcleos magnéticos durante una operación.
12
Una operación de lectura destructiva transfiere la palabra seleccionada al MBR pero deja el registro de memoria con puros ceros. La operación de memoria normal requiere que el contenido de la palabra seleccionada permanezca en la memoria después de la operación de lectura. Por tanto, es necesario pasar por una operación de recuperación que escribe el valor del MBR en el registro de memoria seleccionada. Durante la operación de recuperaci6n, los contenidos del MAR y el MBR deben permanecer in variables. Una entrada de control de escritura aplicada a una memoria de núcleos magnéticos causa una trasferencia de información. Para transferir la nueva información a un registro seleccionado, se debe primero borrar la información anterior borrando todos los bits de la palabra a 0. Después de hacer lo anterior, el contenido del MBR se puede transferir a la palabra seleccionada. El MAR no debe cambiar durante la operación para asegurar que la misma palabra seleccionada que se ha borrado es aquella que recibe la nueva información. Una memoria de núcleo magnético requiere dos medio ciclo par a leer o escribir. El tiempo que se toma la memoria par a cubrir los dos medios ciclos se llama tiempo de un ciclo de memoria. El modo de acceso de un sistema de memoria se determina por el tipo de componentes usados. En una memoria de acceso aleatorio, se debe pensar que los registros están separados en el espacio, con cada registro ocupando un lugar espacial particular en una memoria de núcleos magnéticos. En una memoria de acceso secuencial, la informaci6n almacenada en algún medio no es accesible inmediatamente pero se obtiene solamente en ciertos intervalos de tiempo. Una unidad de cinta magnética es de este tipo. Cada lugar de la memoria pasa por las cabezas de lectura y escritura a la vez pero la información se lee solamente cuando se ha logrado la palabra solicitada. El tiempo de acceso de una memoria es el tiempo requerido par a seleccionar una palabra o en la lectura o en la escritura. En una memoria de acceso aleatorio, el tiempo de acceso es siempre el mismo a pesar del lugar en el espacio particular de la palabra. En una memoria secuencial, el tiempo de acceso depende de la posici6n de la palabra en el tiempo que se solicita. Si la palabra esta justamente emergiendo del almacenamiento en el tiempo que se solicita, el tiempo de acceso es justamente el tiempo necesario par a leerla o escribirla. Pero, si la palabra por alguna razón está en la última posición, el tiempo de acceso incluye también el tiempo requerido para que todas las otras palabras se muevan pasando por los terminales. Así, el tiempo de acceso a una memoria secuencial es variable. Las unidades de memoria cuyos componentes pierden información almacenada con el tiempo o cuando se corta el suministro de energía, se dice que son volátiles. Una unidad de memoria de semiconductores es de esta categoría ya que sus celdas binarias necesitan potencia externa par a mantener las señales necesarias. En contraste, una unidad de memoria no volátil, tal como un núcleo magnético o un disco magnético, retiene la información almacenada una vez que se haya cortado el suministro de energía. Esto es debido a que la información
13
acumulada en los componentes magnéticos se manifiesta por la dirección de magnetización, la oval se retiene cuando se corta la energía. Una propiedad no volátil es deseable en los computadores digitales porque muchos programas útiles se dejan permanentemente en la unidad de memoria. Cuando se corte el suministro de energía y luego se suministre, los programas almacenados previamente y otra información no se pierden pero continúan acumulados en la memoria.
Memoria de Acceso Aleatorio (RAM) RAM son las siglas de random access memory o memoria de acceso aleatorio, es un tipo de memoria que permite almacenar y/o extraer información (Lectura/Escritura), accesando aleatoriamente; es decir, puede acceder a cualquier punto o dirección del mismo y en cualquier momento (no secuencial). La memoria RAM, se compone de uno o más chips y se utiliza como memoria de trabajo para guardar o borrar nuestros programas y datos. Es un tipo de memoria temporal que pierde sus datos cuando el computador se queda sin energía. Hay dos tipos básicos de memoria RAM:
RAM dinámica (DRAM) RAM estática (SRAM)
Los dos tipos de memoria RAM se diferencian en la tecnología que utilizan para guardar los datos, la memoria RAM dinámica es la más común. La memoria RAM dinámica necesita actualizarse miles de veces por segundo, mientras que la memoria RAM estática no necesita actualizarse, por lo que es más rápida, aunque también más cara. Ambos tipos de memoria RAM son volátiles, es decir, que pierden su contenido cuando se apaga el equipo.
Tipos de memoria RAM VRAM Siglas de Vídeo RAM, una memoria de propósito especial usada por los adaptadores de vídeo. A diferencia de la convencional memoria RAM, la VRAM puede ser accedida por dos diferentes dispositivos de forma simultánea. Esto permite que un monitor pueda acceder a la VRAM para las actualizaciones de la pantalla al mismo tiempo que un procesador gráfico suministra nuevos datos. VRAM permite mejores rendimientos gráficos aunque es más cara que la una RAM normal. SIMM
14
Siglas de Single In line Memory Module, un tipo de encapsulado consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, y que se inserta en un zócalo SIMM en la placa madre o en la placa de memoria. Los SIMMs son más fáciles de instalar que los antiguos chips de memoria individuales, y a diferencia de ellos son medidos en bytes en lugar de bits. Hay de dos tipos de 30 y de 72 pines. Los de 30 vienen en capacidades de 256K y 1Mb y ya casi no se usan. Los de 72 vienen en versiones de 4, 8, 16, 32. Su principal desventaja: trabajan en pares. DIMM Siglas de Dual In line Memory Module, un tipo de encapsulado, consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, que se inserta en un zócalo DIMM en la placa madre y usa generalmente un conector de 168 contactos. No se pueden mesclar DIMM y SIMM. DIP Siglas de Dual In line Package, un tipo de encapsulado consistente en almacenar un chip de memoria en una caja rectangular con dos filas de pines de conexión en cada lado. RAM Disk Se refiere a la RAM que ha sido configurada para simular un disco duro. Se puede acceder a los ficheros de un RAM disk de la misma forma en la que se acceden a los de un disco duro. Sin embargo, los RAM disk son aproximadamente miles de veces más rápidos que los discos duros, y son particularmente útiles para aplicaciones que precisan de frecuentes accesos a disco. Dado que están constituidos por RAM normal. Los RAM disk pierden su contenido una vez que la computadora es apagada. Para usar los RAM Disk se precisa copiar los ficheros desde un disco duro real al inicio de la sesión y copiarlos de nuevo al disco duro antes de apagar la máquina. Observe que en el caso de fallo de alimentación eléctrica, se perderán los datos que hubiera en el RAM disk. El sistema operativo DOS permite convertir la memoria extendida en un RAM Disk por medio del comando VDISK, siglas de Virtual DISK, otro nombre de los RAM Disks. Memoria Caché ó RAM Caché Un caché es un sistema especial de almacenamiento de alta velocidad. Puede ser tanto un área reservada de la memoria principal como un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. Hay dos tipos de caché frecuentemente usados en las computadoras personales: memoria caché y caché de disco. Una memoria caché, llamada también a veces almacenamiento caché ó RAM caché, es una parte de memoria RAM estática de alta velocidad (SRAM)
15
más que la lenta y barata RAM dinámica (DRAM) usada como memoria principal. La memoria caché es efectiva dado que los programas acceden una y otra vez a los mismos datos o instrucciones. Guardando esta información en SRAM, la computadora evita acceder a la lenta DRAM. Cuando un dato es encontrado en el caché, se dice que se ha producido un impacto (hit), siendo un caché juzgado por su tasa de impactos (hit rate). Los sistemas de memoria caché usan una tecnología conocida por caché inteligente en el cual el sistema puede reconocer cierto tipo de datos usados frecuentemente. Las estrategias para determinar qué información debe de ser puesta en el caché constituyen uno de los problemas más interesantes en la ciencia de las computadoras. Algunas memorias caché están construidas en la arquitectura de los microprocesadores. Por ejemplo, el procesador Pentium II tiene una caché L2 de 512 Kbytes. El caché de disco trabaja sobre los mismos principios que la memoria caché, pero en lugar de usar SRAM de alta velocidad, usa la convencional memoria principal. Los datos más recientes del disco duro a los que se ha accedido (así como los sectores adyacentes) se almacenan en un buffer de memoria. Cuando el programa necesita acceder a datos del disco, lo primero que comprueba es la caché del disco para ver si los datos ya están ahí. La caché de disco puede mejorar drásticamente el rendimiento de las aplicaciones, dado que acceder a un byte de datos en RAM puede ser miles de veces más rápido que acceder a un byte del disco duro. SRAM Siglas de Static Random Access Memory, es un tipo de memoria que es más rápida y fiable que la más común DRAM (Dynamic RAM). El término estática viene derivado del hecho que necesita ser refrescada menos veces que la RAM dinámica. Los chips de RAM estática tienen tiempos de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos, mientras que las RAM dinámicas están por encima de 30, y las memorias bipolares y ECL se encuentran por debajo de 10 nanosegundos. Un bit de RAM estática se construye con un — como circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cuál de los dos transistores es activado. Las RAM estáticas no precisan de circuitería de refresco como sucede con las RAMs dinámicas, pero precisan más espacio y usan más energía. La SRAM, debido a su alta velocidad, es usada como memoria caché. DRAM
16
Siglas de Dynamic RAM, un tipo de memoria de gran capacidad pero que precisa ser constantemente refrescada (re-energizada) o perdería su contenido. Generalmente usa un transistor y un condensador para representar un bit Los condensadores debe de ser energizados cientos de veces por segundo para mantener las cargas. A diferencia de los chips firmware (ROMs, PROMs, etc.) las dos principales variaciones de RAM (dinámica y estática) pierden su contenido cuando se desconectan de la alimentación. Contrasta con la RAM estática. Algunas veces en los anuncios de memorias, la RAM dinámica se indica erróneamente como un tipo de encapsulado ; por ejemplo ―se venden DRAMs, SIMMs y SIPs‖, cuando debería decirse ―DIPs, SIMMs y SIPs‖ los tres tipos de encapsulado típicos para almacenar chips de RAM dinámica. También algunas veces el término RAM (Random Access Memory) es utilizado para referirse a la DRAM y distinguirla de la RAM estática (SRAM) que es más rápida y más estable que la RAM dinámica, pero que requiere más energía y es más cara SDRAM Siglas de Synchronous DRAM, DRAM síncrona. Este tipo de memoria se conecta al reloj del sistema y está diseñada para ser capaz de leer o escribir a un ciclo de reloj por acceso, es decir, sin estados de espera intermedios. SDRAM entrelaza dos o más matrices de memoria interna de tal forma que mientras que se está accediendo a una matriz, la siguiente se está preparando para el acceso. SDRAM-II es tecnología SDRAM más rápida. También conocido como DDR DRAM o DDR SDRAM (Double Data Rate DRAM o SDRAM), permite leer y escribir datos a dos veces la velocidad bus. FPM Siglas de Fast Page Mode, memoria en modo paginado, el diseño más común de chips de RAM dinámica. El acceso a los bits de memoria se realiza por medio de coordenadas, fila y columna. Antes del modo paginado, era leído pulsando la fila y la columna de las líneas seleccionadas. Con el modo página, la fila se selecciona solo una vez para todas las columnas (bits) dentro de la fila, dando como resultado un rápido acceso. La memoria en modo paginado también es llamada memoria de modo Fast Page o memoria FPM, FPM RAM, FPM DRAM. El término ―fast‖ fue añadido cuando los más nuevos chips empezaron a correr a 100 nanoseconds e incluso más. EDO Siglas de Extended Data Output, un tipo de chip de RAM dinámica que mejora el rendimiento del modo de memoria Fast Page alrededor de un 10%. Al
17
ser un subconjunto de Fast Page, puede ser substituida por chips de modo Fast Page. Sin embargo, si el controlador de memoria no está diseñado para los más rápidos chips EDO, el rendimiento será el mismo que en el modo Fast Page. EDO elimina los estados de espera manteniendo activo el buffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo. BEDO (Burst EDO) es un tipo más rápido de EDO que mejora la velocidad usando un contador de dirección para las siguientes direcciones y un estado ‗pipeline‘ que solapa las operaciones.
PB SRAM Siglas de Pipeline Burst SRAM. Se llama ‗pipeline‘ a una categoría de
técnicas que proporcionan un proceso simultáneo, o en paralelo dentro de la computadora, y se refiere a las operaciones de solapamiento moviendo datos o instrucciones en una ‗ tubería‘ conceptual con todas las fases del ‗pipe‘ procesando simultáneamente. Por ejemplo, mientras una instrucción se está ejecutando, la computadora está decodificando la siguiente instrucción. En procesadores vectoriales, pueden procesarse simultáneamente varios pasos de operaciones de coma flotante La PB SRAM trabaja de esta forma y se mueve en velocidades de entre 4 y 8 nanosegundos.
Microoperaciones Aritméticas: Las Microoperaciones aritméticas básicas son: suma, resta, complementar y desplazar. Todas las demás operaciones aritméticas se derivan de las Microoperaciones básicas. La suma aritmética es representada como: FA+B Donde el contenido del registro A se le va a sumar al contenido del registro B y esto se transfiere al registro F. La sustracción o resta se representa a menudo por medio de la complementación y suma: F A + B +1 Donde al registro A se le agrega el complemento de 2 al registro B.
18
Las operaciones de incremento y decremento se simbolizan por la operación de más 1 o menos 1 respectivamente. La siguiente tabla nos muestra las Microoperaciones aritméticas.
Debe recalcarse que las operaciones aritméticas multiplicación (*) y de división (/) no se listan dentro de las operaciones aritméticas básicas. Ya que la única forma de en que estas operaciones pueden llevarse a cabo es mediante los circuitos combinacionales. En la mayoría de los computadores la operación de multiplicación se ejecuta mediante una secuencia de Microoperaciones de suma y desplazamiento y la división se ejecuta de forma de Microoperaciones de resta y desplazamiento.
Microoperaciones lógicas: Las Microoperaciones lógicas especifican operaciones binarias para una cadena de bits almacenados en los registros. Estas operaciones consideran cada bit en los registros separadamente y lo tratan como una variable binaria. Existen 16 operaciones lógicas diferentes posibles que pueden realizarse con dos variables binarias, las cuales se pueden representar en términos de AND, OR y complemento. Estos mismos términos AND y OR se representan con sus símbolos correspondientes. Tenemos que para representar la operación AND utilizamos (/\) y para representar OR utilizamos (\/) y para complemento usamos (´).Las Microoperaciones lógicas se listan a continuación.
19
La razón por la cual se adoptan los signos es que la Microoperación OR puede tener dos significados diferentes ya que él más aritmético (+) en una función de control o de Boole denota OR y en las variables de registro denota suma aritmética. Esto lo podemos constatar en el siguiente ejemplo: T1 + T2: A A + B, B D \/ F Donde (+) entre T1 y T2 es una operación OR entre las variables de control y el (+) entre A y B denota suma y (\/) da a conocer que es la Microoperación OR entre D y F.
Microoperaciones de desplazamiento: Las Microoperaciones de desplazamiento transfieren la información binaria entre registros en los computadores en serie y también se usan para operaciones aritméticas, lógicas y de control. No hay símbolos para esta Microoperaciones pero pueden adoptarse los siguientes símbolos: A shl A, B shr B La primera expresión significa un desplazamiento de un bit a la izquierda del registro A y la segunda un desplazamiento a la derecha de un bit del registro B. La información transferida a los flip-flops extremos no se especifica por los símbolos shl y shr, por lo tanto, una proposición de una Microoperación de desplazamiento debe estar acompañada con otra Microoperación que especifica el valor de la entrada en serie del bit transferido al flip-flop extremo. Por ejemplo: A shl A, A1 An Es un desplazamiento circular que transfiere el bit del extremo izquierdo desde An hasta el flip-flop de la extrema derecha A1.
Proposiciones condicionales de control. Es conveniente es ocasiones especificar una condición de control por medio de una proposición condicional en vez de con una función condicional de Boole. Una proposición se simboliza de la siguiente manera:
20
P: si (condición) entonces [Microoperación(es)] Por tanto [Microoperación(es)] La proposición se interpreta dé manera que si la condición de control, establecida entre paréntesis después de la palabra si es verdadera entonces se ejecuta la Microoperación encerrada entre paréntesis después de la palabra entonces, si la condición es falsa entonces se ejecuta la Microoperación después de la palabra por lo tanto. Si la parte de por lo tanto falta entonces no se ejecuta ninguna operación. Ejemplo. T2: si (C=0) entonces (F1) por lo tanto (F0) Pero si C es un registro de un bit la afirmación es equivalente a las dos proposiciones siguientes: C´T2: F 1 CT2: F 0 Esto significa que una sola operación puede ser ejecutada en T2. Datos binarios del punto fijo. La información binaria encontrada en los registros representa datos o información de control. La información de control es un bit o un grupo de bits que especifican las operaciones que se van a realizar. Se le llama instrucción a una unidad de información de control en código binario almacenada en los registros del computador digital que especifica las operaciones que se van a realizar con los datos acumulados.
Sobrecapacidad. Una sobrecapacidad es un problema en un computador digital ya que las longitudes de todos los registros, incluyendo todos los registros de memoria son de longitud finita. Un resultado de n+1 bits no puede acomodarse en un registro de longitud normalizada n. Un sobrecapacidad puede ocurrir si los dos números se suman y ambos son positivos o ambos son negativos. Cuando se suman dos números representados en signo-magnitud, se puede detectar fácilmente una sobrecapacidad por el arrastre o el número de bits. El algoritmo para sumar dos números representados por signo-complemento de 2, produce un resultado incorrecto cuando sucede una sobrecapacidad. Esto debido a que una sobrecapacidad de los bits del número cambia siempre el signo del resultado y se causa una respuesta errónea de n bits. Si el arrastre que se emana de la posición
21
del bit del signo se toma como del signo del resultado entonces la respuesta será correcta.
Desplazamientos aritméticos. Un desplazamiento aritmético es una microoperación que mueve un número binario con signo a la izquierda o a la derecha. El bit de la extrema izquierda de un registro almacena el bit del signo y los bits restantes almacenan el número. La figura muestra un registro de n bits. El bit A(N) de la extrema izquierda mantiene el bit del signo y se designa como A (S). Los bits del número se almacenan en la parte del registro designada por A n(N). A1 se refiere al bit menos significativo, An-1 n-1 1 se refiere a la posición más significativa de los bits del número, y A se refiere al registro entero. Bit del Bit del número
Signo Un desplazamiento aritmético a la derecha que divide el número por 2, puede simbolizarse de las siguientes proposiciones: A(N) ! shr A(N), An-1 ! 0 para signo-magnitud A! shr A, A(S) !A(S) para signo-complemento de 1 ó de 2. En la representación de signo-magnitud, el desplazamiento aritmético a la derecha requiere un movimiento de los bits del número con un 0 colocado en la posición más significativa. En la representación de signo-complemento de 2 o de 1, todo el registro se desplaza mientras que el bit del signo permanece inalterado esto se debe que para un signo positivo se debe colocar un 0 en la posición más significativa y para un número negativo se debe colocar un 1. El desplazamiento aritmético a la izquierda que multiplica el número por 2. Puede simbolizar por cualquiera de las siguientes proposiciones: A(N)! shl A(N), A1! 0 para signo-magnitud A! shl A, A1! A(S) para signo-complemento de 1 A! shl A, A1 ! 0 para signo-complemento de 2 En la representación de signo magnitud, los bits del número se desplazan a la izquierda con un 0 colocado en la posición menos significativa. En la de signocomplemento de 1 todo el registro se desplaza y el bit del signo se coloca en la
22
posición menos significativa. El signo-complemento de 2 es similar, excepto que un 0 es desplazado a la posición menos significativa. Un número desplazado a la izquierda puede causar que ocurra un desbordamiento por sobre capacidad; si existe la siguiente condición antes del desplazamiento: An-1 = 1 para signo-magnitud An OREX An-1 = 1 para signo complemento de 1 ó de 2. En al caso de signo magnitud, se desplaza y desaparece un 1 de la posición más significativa. En el caso de signo-complemento, ocurrirá la sobrecapacidad si el bit de signo An = A(S), no es igual al bit más significativo. Si el bit de signo después del desplazamiento no es el mismo que el bit de signo después de él, ocurrirá una sobrecapacidad. El resultado correcto será un número de n+1 bits, con el bit de posición (n+1) contenido en el signo original del número el cual desapareció después del desplazamiento.
Datos decimales La representación de números decimales en los registros es una función del código binario usado para representar un digito decimal. Un código decimal de cuatro bits, requiere 4 flip-flops para cada digito decimal. Al representar los números en decimal, se desperdicia una cantidad considerable de espacio de almacenamiento ya que el número de flip-flops necesarios para almacenar un número decimal en código binario es mayor que para representación binaria equivalente. Hay 3 maneras de representar números decimales negativos de punto fijo. Estas son similares a las representaciones de un número binario negativo, excepto por el cambio del radical: 1.-Signo-magnitud 2.-Signo-complemento de 9 3.-Signo-complemento de 10 Un número decimal positivo se representa por un 0 seguido por la magnitud del número para las tres representaciones. Es con respecto a los números negativos que difieren las representaciones. El signo de un número negativo se representa por un 1 y la magnitud del número es positiva en la representación de
23
signo-magnitud. En las otras dos representaciones la magnitud se representa por el complemento de 9 y de 10. Es costumbre representar un mas con cuatro ceros y un menos con el equivalente BDC de 9; en esta forma todos los procedimientos desarrollados por los números de signo-complementos de 2 se aplican también a los números de signo-complemento de 10. Las operaciones aritméticas decimales pueden usar los mismos símbolos que las operaciones binarias siempre y cuando la base de los números se entienda cómo 10 en vez de 2. Los desplazamientos aritméticos son aplicables también a los números decimales excepto que un desplazamiento a la izquierda corresponde a la multiplicación por 10 y un desplazamiento a la derecha a una división por diez. El signo-complemento de 9 es similar al signo-complemento de 1 y la representación de signo-magnitud en ambas representaciones de radicales tiene procedimientos aritméticos similares.
Datos del punto-flotante La representación del punto flotante de los números necesita dos registros el primero representa un número con signo de punto fijo y el segundo la posición del punto del radical. Ejemplo, la representación del número decimal +6132.789 es de la siguiente manera: Signo punto decimal inicial signo Primer registro segundo registro (Coeficiente) (Exponente) El primer registro tiene un 0 en la posición del flip-flop más significativo para denotar un más. La magnitud del número se almacena en un código binario de 28 flip-flops, con cada digito decimal ocupando 4 flip-flops. El segundo registro contiene el número decimal 4 para indicar que la posición actual del punto decimal es 4 posiciones decimales a la izquierda. Otra posición usada para el exponente es quitar del todo su bit de signos y considerar el exponente como polarizado. Un número binario de punto flotante se representa de manera similar con dos registros, uno para almacenar el coeficiente y el otro para el exponente. Ejemplo el número más 1001.110 puede representarse de la siguiente manera. Signo punto binario inicial signo
24
Coeficiente exponente El registro del coeficiente tiene 10 flip-flops: uno para el signo y 9 para la magnitud. Asumiendo que el coeficiente es una fracción de punto fijo, el punto binario actual es cuatro posiciones a la derecha, el exponente tiene el valor binario de +4.
Coeficiente Exponente Representa el número .2601000 X 10-4 = .0000261000, los cuales producen cuatro ceros de más a la izquierda. Otro formato usado para el exponente es quitar el bit de signo y considerara al exponente como polarizado. El punto decimal se interpreta en la representación de un número de la siguiente manera: Donde c representa el contenido del registro del coeficiente y e el contenido del registro exponente, el radical r y la posición del punto flotante se asumen siempre. El radical r posee la magnitud de la base del sistema numérico a usar. Por ejemplo r=2 para el binario, r=8 para el octal, etc. Un número binario de punto flotante se representa de manera similar con dos registros, uno para almacenar el coeficiente y el otro para el exponente. El registro del coeficiente tiene 9 flip-flops para la magnitud y un flip-flop para el signo. Un número octal se representa con cuatro flip-flops para la magnitud y uno para el signo, el registro exponente tiene dos flip-flops para la magnitud del exponente y uno para el signo.
Datos No Numéricos. La mayoría de los programas escritos para los usuarios están en forma de caracteres, la computadora es capaz de aceptar caracteres (en código binario), almacenarlos en la memoria y realizar operaciones. Los caracteres se representan en los registros de la computadora por medio del código binario. Cada componente del código representa un carácter y consiste de seis, siete u ocho bits dependiendo del código. El número de caracteres que pueden almacenarse en un registro depende de la longitud del registro y del número de bits usados en el código.
25
Las cadenas de caracteres se almacenan en la memoria en lugares consecutivos. El primer carácter de la cadena puede ser especificado a partir de la dirección de la primera palabra. El último carácter de la cadena puede encontrarse a partir de la dirección de la última palabra. Un código binario puede adoptarse para representar diferentes símbolos y así ser almacenados dentro de la memoria. Una de las operaciones hechas en datos numéricos es la de transferencia, en esta se puede preparar la información binaria codificada en algún orden requerido por la memoria. Las operaciones de lógica y de desplazamiento en datos numéricos ayudan en el proceso de toma de decisiones. Las operaciones lógicas pueden cambiar valores de bits, eliminando un grupo de bits, o adicionar otros valores de bits en los registros. La operación OR puede ser utilizada para poner a uno un bit o un grupo seleccionado de bits en un registro. La operación AND puede ser usada para borrar un bit o un grupo seleccionado de bits de un registro. La operación AND seguida de una operación OR puede usarse para cambiar un bit de un grupo de bits de un valor dado a un nuevo valor deseado. Esto se hace para enmascarar primero los bits y luego aplicar a una compuerta OR el nuevo valor. La operación de máscara es la operación AND y la operación de inserción es la microoperación OR. La microoperación XOR puede usarse para complementar un bit o un grupo de bits seleccionados de un registro. Las operaciones de desplazamiento son útiles para agrupar o dispersar información binaria codificada. Agrupar información binaria tal como caracteres en una operación que une dos o más caracteres en una palabra. Dispersar es la operación inversa que separa dos o más caracteres almacenados en una palabra o caracteres individuales. La operación binaria disponible en un durante operaciones lógicas se llama una palabra lógica, esta se interpreta como una cadena de bits en oposición a una cadena de caracteres o datos numéricos. Cada bit en una palabra lógica funciona exactamente de la misma manera que otro bit cualquiera.
26
Códigos de Instrucción. En un sistema digital para propósitos especiales, la secuencia de microoperaciones se fija y el sistema ejecuta la misma tarea específica repetidas veces. El usuario de una computadora puede controlar el proceso por medio de un programa. Los códigos de instrucción, conjuntamente con los datos, se almacenan en la memoria. El control interpreta entonces la instrucción y procede a ejecutarla emitiendo, una secuencia de funciones de control. La habilidad de almacenar y ejecutar instrucciones, el concepto de programa almacenado, es la propiedad más importante de una computadora para propósito general. Un código de instrucción es un grupo de bits que le dice a la computadora como realizar una operación especifica. La parte más básica de un código de instrucción es su parte operativa. El código de operación es un grupo de bits que define una operación. El número de bits requeridos para la parte de operación del código de instrucción es una función del número total de operaciones usadas. Debe de consistir de por lo menos n bits para 2n operaciones dadas diferentes.
Diseño de un computador sencillo. Este sistema consiste básicamente de una unidad de memoria, siete registros y dos decodificadores. La unidad de memoria contiene 256 palabras de 8 bits con esto se puede demostrar las operaciones básicas que se encuentran en los computadores. Una breve descripción de los registros que contiene un computador sencillo el cuál, estos se encargan del proceso de información se muestra en esta tabla.
Si queremos leer una instrucción, el contenido que hay en PC se transfiere al MAR y así se inicia un ciclo de lectura de lectura de memoria, así pues el PC se incrementa a 1 y esto hace que almacene la siguiente dirección en la secuencia de instrucciones, después un código de operación leído de la memoria al MBR, se transfiere al IR. Si la parte de dirección de memoria de una instrucción se le al
27
MBR, esta dirección se transfiere al MAR para leer él operando. Entonces el MAR puede recibir direcciones del PC o del MBR. Este computador está compuesto de 8 bits en el código de operación por lo que tenemos hasta 256 operaciones diferentes. Pero a manera de simplificar tenemos tres instrucciones para un computador sencillo.
La mnemotécnica asociada con cada instrucción puede usarse por los programadores para especificar las instrucciones con nombres simbólicos. La sigla MOVE simboliza una instrucción de movimiento, el símbolo R indica el contenido de R que se mueve al registro A, la sigla LDI (load inmediate) simboliza una instrucción de carga inmediata, el OPRD se establece para un operando actual que el programador debe especificar con esta instrucción, LDA (lad into A) es una abreviatura para cargar a A y ADRS establece un número de dirección que el programador debe especificar con esta instrucción. Un computador con tres funciones no es muy útil. Se debe asumir que este computador tiene muchas más instrucciones pero se consideran tres de ellas.
Lógica de Transferencia de Registro: Lenguaje de transferencia de registro: Un sistema digital es una interconexión de módulos de hardware (digital) que realizan el procesamiento de una información específica. Dichos módulos se construyen a partir de funciones digitales elementales tales como decodificadores, multiplexores, elementos aritméticos, flip-flops y registros. Finalmente se interconectan con rutas de control y datos comunes para formar un procesador digital. Cada módulo digital se define mejor por medio de los registros que contiene y de las operaciones que realiza en los datos almacenados en ellos. A la operación ejecutada sobre los datos almacenados en los registros se denomina micro-operación, y es realizada durante un pulso de reloj. El resultado de la operación puede reemplazar la información previa de un registro o bien transferirse a otro.
28
La notación simbólica empleada para describir la micro-operaciones de transferencia entre los registro se denomina lenguaje de transferencia de registro. Este último término implica la disponibilidad del hardware digital necesario para realizar el micro-operación enunciado y transferir el resultado al mismo u otro registro.
Transferencia entre registros La transferencia de datos entre registro se logra por medio de una microoperación de transferencia entre registros. Estos micro-operacións realizan una transferencia directa de información binaria de un registro a otro. El registro destino que recibe la información toma el valor previo del registro fuente. El valor del registro fuente no cambia debido a la transferencia
29
30
Conclusión. Los registros de desplazamiento son definidos como circuitos lógicos secuenciales que están íntimamente relacionados con los contadores digitales, poseen como funciones básicas el almacenamiento y movimiento de datos, sus valores de sus salidas dependen de sus entradas y de los valores anteriores. Dentro de los tipos de registros de desplazamiento se encuentran, los con Entrada Serie/Salida Serie, con Entrada paralelo/Salida serie, con Entrada serie/Salida paralelo, con Entrada paralelo/Salida paralelo. Entre sus funciones se ubican las de retardo de tiempo y convertidor de datos serie- paralelo, para construir registros de entrada paralela y salida serie, pueden elaborarse con un multiplexor digital combinacional y un contador. En el mismo orden de ideas se encuentran los contadores, entendidos como una combinación de flip-flops que se conectan entre sí para realizar funciones de recuento, existen los Contadores asíncronos y Contadores síncronos. Los registros de un computador digital pueden ser clasificados del tipo operacional o de almacenamiento ubicando dentro de estos, Memoria de Acceso Aleatorio (RAM), memoria RAM, memoria VRAM entre otras. Se debe añadir, que las microoperaciones básicas de la aritmética realizadas por un computador, son suma, resta, complementar y desplazar. Estas a su vez se expresan como lógicos o de desplazamiento. En relación al diseño de un computador sencillo se dice que, consiste básicamente de una unidad de memoria, siete registros y dos decodificadores. La unidad de memoria contiene 256 palabras de 8 bits con esto se puede demostrar las operaciones básicas que se encuentran en los computadores. En la actualidad, vemos una gran variedad de Memorias, como lo hemos mencionado en la investigación, y al parecer lo más razonable para la mayoría de usuarios es instalar memoria SDRAM PC133, tanto por su excelente relación calidad y el considerable precio, como por su probada compatibilidad. Esta memoria debería ser la opción elegida para cualquier micro que vayamos a instalar, ya que la diferencia de precio con la PC100 es muy escasa y aunque ahora no la aprovechemos al máximo (caso de instalarla en un Celeron, Athlon o un Pentium III con bus de 100MHz), en el futuro nos dará más posibilidades de ampliación. Teniendo esto en cuenta, si va a instalar un micro Intel los chipsets 31
más recomendables para la placa base serían los VIA Apoyo Pro133/133A, por todas sus modernas capacidades pero principalmente por su soporte de PC133. Con el desarrollo de este trabajo se trato de explicar lo más simplemente posible todas las aplicaciones de los contadores, donde se puede saber cómo son los números MOD donde se designa la cantidad de flip-flops que se deben utilizar. También la forma de onda se disminuye a la mitad de la frecuencia de entrada en cada salida del flip-flop. Otra forma es disminuir la cantidad de numero 2N mediante compuertas nand. Los contadores de décadas que son todos aquellos que tienen 10 estados. Los contadores descendentes que son capaces de medir desde un número máximo a un mínimo. Los flip flops paralelos que tienen la capacidad de contar en forma simultánea. Los ascendentes y descendentes tienen la capacidad de contar en ambos sentidos. Los contadores con pre establecimiento a estos se les puede fijar cualquier valor inicial de conteo. Dentro de la presente práctica cabe anotar que se logró comprender y afianzar aún más conceptos correspondientes a la lógica combinatoria, como es el caso de una unidad sumadora-restadora, de donde se pudo comprender y verificar el modo y funcionamiento de esta. De la cual podemos afirmar que: - El carry de salida tiene un peso de para un sumador de n bits n 2 - Al usar la unidad para restas podemos encontrar que en una resta simple se puede presentar un desborde debido a que usamos complemento a dos. - Cuando realizamos restas de tal manera que el resultado es negativo, vamos encontrar este en complemento a dos y para conocer su magnitud debemos complementarlo a dos. - El hecho de que el carry de salida se encienda cuando realizamos algunas restas 32
y que dichas restas se presenten en complemento a dos siendo el resultado negativo, hace necesario que cuando al operar la unidad, tener presente estas consideraciones para interpretar el resultado, hecho por el cual puede no ser viable. El diseño de microprocesadores se estudiaba en las universidades de ingeniería con miras a mejorar los diseños existentes. Hoy en día se prefiere enseñar microprocesadores y arquitectura de computadoras desde el punto de vista económico o cuantitativo, desde el punto de rendimiento-costo. A mi parecer, no deja de ser importante aprender las bases principales del diseño de microprocesadores ya que ello llevará a una mejor comprensión de los lenguajes de programación, segmentación, computadoras de procesadores paralelos, micro controladores, etc. Además, poder diseñar un microprocesador sencillo como el que se desarrolla en este documento, nos conduce a conocer y comprender uno de los secretos de la electrónica más hermosos y enigmáticos. ¿Cómo se procesa la información? ¿Cómo es posible que una computadora me pueda desplegar imágenes, videos, texto, etc.? Todas estas preguntas son el enigma de las computadoras y los estudiantes de una ingeniería relacionada con la computación deben de adentrarse, al menos de manera superficial, con las respuestas.
33
