Arquitectura Von Neumann Profesora Yasna Meza Hidalgo mailto: [email protected].
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Arquitectura Von Neumann
Profesora Yasna Meza Hidalgo mailto: [email protected]
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 2
1945 – John Von Neumann
John von Neumann escribe su borrador sobre la arquitectura de los computadores el cual sirve de base al concepto actual de computador.
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 3
Arquitectura de Von Neumann
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 4
La CPU de von Neumann
ArithmeticLogic
Circuits
AC
Control Circuits
PC IRAR
DR
MainMemory
C0
C1
C2
C12
Flags
...Devices
ALU:
ArithmeticLogicUnit
ControlUnit
Registros del
Procesador
Bus decontrol
Bus dedirecciones
Bus dedatos
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 5
Ciclo de instrucción
PROCESA
BEGIN
CPUACTIVA?
{DR M(AR)}
AR DR(ADR)
READ M
AC DR
AC=0AR DR(ADR) AR DR(ADR) AR DR(ADR)
DR AC
WRITE M
READ M READ M
AC AC + DR AC AC ^ DR PC DR(ADR) AC SHIFT AC
RSHIFTCOMPJmZJMPANDADDSTRLD
SI
FINNO
SI
AC
DECODIFICACION
FETCH DE
OPERANDO
AR PC
READ M
PC PC + 1IR DR(OPCODE)DECODE OPCODE
NO
FETCHINSTRUCCION
0
1, 2
3
4
5, 6
7
4
5
6,7
5, 6
7
4 4
7
5, 6
7 7 7
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 6
Estructura de un computadorArquitectura de Von Neumann
Unidad central de proceso
CPUUnidad
de controlUC
UnidadAritmética y
lógicaALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 7
Simulación de la memoria
DIRECCIÓN CONTENIDO01h Valor 1
02h VACÍO
03h Valor 2
…
0Fh Valor K
MD[02h]
MD[0Fh]
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 8
Nuestras Instrucciones
Instrucciones de Transferencia de
Datos
lda #Numlda Dirlda [Dir]str Dirrda Dirwrt
AC NumAC MD[Dir]AC MD[[Dir]]MD[Dir] ACMD[Dir] TecladoMonitor AC
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 9
Nuestras Instrucciones
Instrucciones Aritméticas y
Lógicas
Todas las operaciones asumen que el primer operando está almacenado en el Acumulador
add #Numadd Diradd [Dir]sub #Numsub Dirsub [Dir]mul #Nummul Dirmul [Dir]div #Numdiv Dirdiv [Dir]sqrand Diror Dirnot
AC AC + NumAC AC + MD[Dir]AC AC + MD[[Dir]]AC AC - NumAC AC - MD[Dir]AC AC - MD[[Dir]]AC AC * NumAC AC * MD[Dir]AC AC * MD[[Dir]]AC AC / NumAC AC / MD[Dir]AC AC / MD[[Dir]]AC raíz(AC)AC AC and DirAC AC or DirAC negación AC
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 10
Nuestras Instrucciones
Instrucciones de transferencia de
control
jmp Dir_p
jmz Dir_p
jml Dir_p
PC Dir_p
Si (AC = 0) entonces PC Dir_p
Si (AC < 0) entonces PC Dir_p
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 11
¿Cómo funciona este programa?
La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece.
01h lda #1502h wrt03h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 12
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
02h
IR
lda # 1501h lda #1502h wrt03h end
AC
15
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 13
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
03h
IR
wrt01h lda #1502h wrt03h end
AC
15
15
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 14
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
04h
IR
end01h lda #1502h wrt03h end
AC
15
15
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 15
¿Cómo funciona este programa?
La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece.
01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 16
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
DIRECCIÓN DATO
01h
…
10h VALOR LEIDO
11h
…
99h
PC
02h
IR
rda 10h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 17
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
DIRECCIÓN DATO
01h
…
10h 29
11h VALOR LEIDO
…
99h
PC
03h
IR
rda 11h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 18
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
DIRECCIÓN DATO
01h
…
10h 29
11h 6
…
99h
AC
29
PC
04h
IR
lda 10h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 19
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
DIRECCIÓN DATO
01h
…
10h 29
11h 6
…
99h
AC
29
AC
35
PC
05h
IR
add 11h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 20
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
AC
35
PC
06h
IR
wrt
35
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 21
¿Cómo funciona este programa?01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
AC
35
PC
07h
IR
end
35
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 22
¿Cómo funciona este programa?
01h rda 10h 02h rda 11h03h lda 10h04h add 11h05h wrt06h end
¿Existe otra alternativa de realizar este
programa?
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 23
¿Cómo funciona este programa?
La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece.
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 24
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
0
PC
02h
IR
lda #0
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 25
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
0
0
PC
03h
IR
wrt
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 26
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACMR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
0
0
AC
2
PC
04h
IR
add #2
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 27
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
2
0
PC
02h
IR
jmp 02h
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 28
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
2
0
PC
03h
IR
wrt
2
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 29
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h
AC
2
0
AC
4
PC
04h
IR
add #2
2
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 30
Seguimiento de programas
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
¿Qué hace el siguiente programa?
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 31
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
02h
IR
rda 80h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h
…
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 32
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
03h
IR
rda 81h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 33
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
04h
IR
lda 81h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
AC
5
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 34
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
05h
IR
jmz 08h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
AC
5
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 35
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
06h
IR
lda 80h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
AC
5
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
AC
15
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 36
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
07h
IR
div 81h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
AC
15
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
AC
3
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 37
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
08h
IR
jmp 08h
DIRECCIÓN DATO
01h
…
80h 15
81h 5
…
PC
09h
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
AC
3
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 38
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
10h
IR
wrt
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end AC
3
3
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 39
¿Cómo funciona este programa?
Unidad central de proceso
CPU
Unidadde control
UC
UnidadAritmética y lógica
ALU
PC IR
AR ACDR
Unidadde
Memoria
UnidaddeE/S
Dispositivosperiféricos
PC
10h
IR
wrt
01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end AC
3
3
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 40
¿Qué pasó …?01h rda 80h02h rda 81h03h lda 81h04h jmz 08h05h lda 80h06h div 81h07h jmp 09h08h lda #009h wrt10h end
¿Qué pasó con la
instrucción lda #0?
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 41
Ahora usted solito …
Evaluar la función:
(3*x + 5) / x si x > 0 f(x) 5*x2 si x <= 0
00h rda 80h01h lda 80h02h jmz 08h03h jml 08h04h mul #305h add #506h div 80h07h jmp 0Ah08h mul #509h mul 80h0Ah wrt0Bh end
Marzo 2008 Profesora. Yasna Meza Hidalgo Diapositiva 42
¿Cómo funciona este programa?
01h rda 90h02h lda [80h]03h add #1504h wrt05h end
DIRECCIÓN DATO
01h rda 90h
02h lda [80h]
03h add #15
04h wrt
05h end
…
80h 90h
…
90h