Arquitectura Von Neumann

Profesora Yasna Meza Hidalgo mailto: ymeza@ubiobio.cl

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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.

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Arquitectura de Von Neumann

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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

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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

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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

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Simulación de la memoria

DIRECCIÓN CONTENIDO01h Valor 1

02h VACÍO

03h Valor 2

…

0Fh Valor K

MD[02h]

MD[0Fh]

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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

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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

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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

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¿Cómo funciona este programa?

La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece.

01h lda #1502h wrt03h end

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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?

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¿Cómo funciona este programa?

La máquina comienza ejecutando la primera instrucción que aparece.

01h lda #002h wrt03h add #204h jmp 02h

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¿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

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¿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

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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?

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¿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

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¿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

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¿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

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¿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