EL ASC DE LA MECATRNICA

Registrosdeusogeneral15 87 O

AH Al AXBH Bl BXCH Cl CXOH Ol OX-

SPBPSI

DIBus interno

16bb

Unidadde ejecucin

Busdedirecciones(20bb) LOGICA DE

CONTROLDEL BUS

BuseseICternos

12.1 I OesOSESSSIP

Rf:Gm'ROSDECOMUNICACION

INI'ERNA

.

. ,

SistelMdeconbolde la

unidaddeeiecucin

Coladeinstrucciones

.- - - - - - - -.

.

.I.

Unidadde inteaz

Para fines prcticos,el modelode microprocesadorque nos interesaes an mssimple,ya quesloconsideraremoslos registroslgicosquese van a programar.Este modelo se basa en cuatro grupos: registrosde propsito general, desegmentodedatos,debanderasy el apuntadorde instrucciones.

En los registrosde propsitogeneralse manipulanlos datos,los bytes, segnloscomandosdelprogramay se puedencomparara lasvariablesquese usanen loslenguajesdealtonivel.

Los registrosde segmentosmarcanla direccinen memoriadel segmentodedatos,el de cdigoy el de lapila.El segmentode datosse refierea la localidadenmemoriadondese almacenanlos datosque manipulael programa.El segmento

Pg.50

EL ASC DELA MECATRNICA

de cdigo se refierea las localidadesen memoriadonde se almacenanlasinstrucciones,los comandos,del programa.El segmentode pila se refierea laslocalidadesen memoriadondese almacenanlos datosde la pilaa travsde lasinstruccionesPUSHyPOPo

El registrode banderas lleva un control sobre los resultadosde todas lasoperacionesquese realizan.Estos resultados,en trminosde bits,puedenindicarunvalorcero,unbitdeparidad,uncambiodesigno,unbitacarreo,etc.

El apuntadorde instruccioneses el contadorcon la direccinen memoriade lasiguienteinstruccina ejecutar,registroquellevala unidaddecontrol.

El modelolgicodelmicroprocesadores el siguiente:

Pg.51

Registros depropsitogeneral15 O

AXBXexDXSIDIBPSP

Registrosdesegmentos15 O

esDSSSESFSGS

Registrodebanderas31 O

BANDERAS

31 ApuntadordeinstruccionesOIP

EL ASC DE LA MECATRONICA

Los registrosde propsitogeneralse puedenutilizarsecomofuenteo destinoenoperacionesaritmticasy lgicas y tambinpueden tener algunas funcionesdeterminadas por el conjunto de instrucciones del microprocesador.Acontinuacinse ofreceunabreveexplicacin:

AX =Registroacumulador,divididoenAH yAL (8b itscadauno).Es un registrosugerido para almacenarel resultadode las operacionesrealizadas.Hay instruccionescomo IN y OUT, que son instruccionesdecomunicacina puertos,quetrabajanconAX o con uno de sus dos bytes (AHo AL). Tambin se utiliza este registro (junto con DX a veces) enmultiplicacionesy divisiones.

BX =Registrobase,divididoen BH y BL.Es el registrobase de propsitopara direccionamientode memoriaen susdiferentesformatos

CX =Registrocontador,divididoen CH y CL.Se utilizacomocontadoren la instruccinLOOP, en operacionescon cadenasy en desplazamientosy rotaciones

DX=Registrodedatos,divididoen DHy DL.Se utilizajunto con el registroAX en multiplicacionesy divisiones,en lainstruccin IN y OUT paradireccionamientoindirectode puertos(el registroDX indicael nmerode puertodeentrada/salida).

SP =Apuntadordepila(nose puedesubdividir).Aunquees un registrode usogeneral,debeutilizarseslo comoapuntadordepila,la cualsirveparaalmacenarlasdireccionesde retornode subrutinasy losdatos temporarios(mediantelas instruccionesPUSH y POP). Al introducir(push)unvaloren la pilaa esteregistrose le restados,mientrasqueal extraer(pop)unvalorde la pilaestea registrose lesumados.

BP =Apuntadorbase(nose puedesubdividir).Generalmentese utilizapara realizardireccionamientoindirectodentrode lapila.

SI =Apuntadorndice(nose puedesubdividir).Sirvecomoapuntadorfuenteparalasoperacionesconcadenas.Tambinsirvepararealizardireccionamientoindirecto.

DI =Apuntadordestino(nose puedesubdividir).Sirve como apuntadordestinopara las operacionescon cadenas.Tambinsirvepararealizardireccionamientoindirecto.

Respectoal registrode banderas,stees unaseriede indicadoresdel resultadode lasoperaciones.Las msusadasson:

Pg.52

EL ASC DE LA MECATRNICA

CF (CarryFlag, bit O):Si vale 1, indicaque hubo"acarreo"(en caso de suma)hacia,o "prstamo"(encaso de resta)desdeel bitde ordenmssignificativodelresultado.Esta banderaes usadapor instruccionesquesumano restannmerosque ocupanvariosbytes.Las instruccionesde rotacinpuedenaislarun bitde lamemoriao de unregistroponindoloenelCF.

PF (ParityFlag, bit 2): Si vale uno, el resultadotieneparidadpar,es decir,unnmeropar de bitsa 1. Esta banderase puedeutilizarparadetectarerroresentransmisiones.

AF (AuxiliarycarryFlag, bit4): Si vale 1, indicaque hubo"acarreo"o "prstamo"del nibble (cuatro bits) menos significativoal nibble ms significativo.Esteindicadorse usaconlas instruccionesde ajustedecimal.

ZF (ZeroFlag,bit6):Si esteindicadorvale1,el resultadode laoperacines cero.

SF (Sign Flag, bit 7): Refleja el bit ms significativodel resultado.Como losnmerosnegativosse representanen la notacinde complementoa dos,estebitrepresentael signo:Osi es positivo,1si es negativo.

TF (TrapFlag,bit8): Si vale 1, el procesadorest en modopasoa paso.En estemodo,la CPU automticamentegeneraunainterrupcininternadespusde cadainstruccin,permitiendoinspeccionarlos resultadosdelprogramaa medidaqueseejecutainstruccinporinstruccin.

IF (InterruptFlag, bit 9): Si vale 1, la CPU reconocepedidosde interrupcinexternasenmascarables(por el pin INTR). Si vale O, no se reconocentalesinterrupciones.Las interrupcionesno enmascarablesy las internassiempresereconocenindependientementedelvalorde IF.

DF (DirectionFlag,bit10):Si vale1, las instruccionescon cadenassufrirn"auto-decremento",estoes, se procesarnlascadenasdesdelas direccionesmsaltasde memoriahacialas msbajas.Si valeO,habr"auto-incremento",lo quequieredecirquelascadenasse procesarnde"izquierdaa derecha".

OF (Overflowflag, bit 11):Si vale 1, huboun desbordamientoen una operacinaritmticacon signo, esto es, un dgitosignificativose perdidebido a que eltamaodelresultadoes mayorqueeltamaodeldestino.

Pg.53

EL ASC DE LA MECATRNICA

MEMORIA RAM

Este modelolgicodel microprocesadorinteractacon la memoriaRAM (randomaccessmemory=memoriade accesoaleatorio),la cual se puedeentendercomola memoriade trabajoen la quese encuentrantodoslos datos,tantoel cdigodelprogramacomolosdatosde laaplicacinencuestin.

La memoriaRAM puedeser deltipoestticao dinmica,lo que es definidoporeldiseotcnico.En lo quese refiereal usoentreunay otraes transparenteparaelusuario,aunque las memoriasdinmicasson ms baratas, consumenmenosenerga,puedenser de tamaofsico menory conteneruna mayorcantidaddememoria.Sus desventajas,en comparacina las estticas,son ms lentasyrequierende circuitosadicionalespara generarla seal de refresco.Las dosclasesde memoriason voltiles,lo quesignificaquesu contenidose pierdesi seapagalafuentede energa.

Los sistemasmodernoscontienepocamemoriaRAM estticoque se empleaenlas partesdeaccesodegranvelocidadcomoes el casode la memoriacach.

La memoriase puedemodelarcomounapilade registrosde memoriade 8 bits,esdecir,de unbyte.Estapiladebytesse numeradelOhastael finalde la capacidadde la memoria.En el casodelmicroprocesador8086,el bus de direccioneses de16 bits, por lo que la capacidadmximadel bloque de direccionamientodememoriaes de64KByte(65,536bytes).

BytenCeldas

individualesde memoria

Registrosde

direccionesdememoria

(MAR) ByteO

Registrosde datosdememoria(MOR)

El registrode direccionesde memoriacontienela direccinque debe accesarsepara obtener cadauno de los datos. El registro de direcciones de memoria estconectadoa un decodificadorque interpretala direcciny la activapara su uso,tanto de lecturacomo de escritura.Los grupos de celdas de bits, los bytes,contienenuna lnea independiente,lo que determinalos n elementosde lamemoria,establecindoseel nmerototalconla ecuacin2" lneas.

El registro de datos de memoriaest diseado de modo que se conectaadecuadamentea todaslasceldasen la unidadde memoria.Todossus bitsestnconectadosal circuitode lecturaque garantizaque slo un grupode celdasseactivaen unmomentodeterminado.

Pg.54

7 6 5 4 3 2 1 O7 6 5 4 3 2 1 O.. .. .. .. .. .. .. .... .. .. .. .. .. .. ..7 6 5 4 3 2 1 O7 6 5 4 3 2 1 O

EL ASC DELA MECATRNICA

Debidoa queel 8086es unmicroprocesadorcon unbusdedatosy dedireccionesde 16 bits, el mximobloque de direccionesde memoriaque puede leersimultneamentees de 64K8ytes(65,536bytes).Para que puedaleerun bloquede memoriade 1 M8yte (1,048,576bytes),se necesitandefinir16 bloquesde64K8ytes.

Para implementaresta idea,lasdireccionesfsicasde memoriase representanenun formatolgicoy as podertrabajarcon ellas. De esta manera,la memoriaserepresentacon dos bloques:el primerocon unadireccinque indicael origendelsegmentoms una segundadireccinque sera la serie de direccionesqueindicanel desplazamientosobreelorigen.

El formatogeneralserade la forma1000:0000,dondelos4 dgitosde la izquierdamarcanel origende los 16bloquesdiferentesy los4 dgitosde laderechamarcaneldesplazamiento,siendoexpresadosiempreen nmeroshexadecimales.

Por ejemplo,la direccinlgica1234:4321tieneunadireccinfsica en la piladebytes de memoriade 16661H, lo cualse obtieneal rotara la izquierdacuatrobitsel nmerosegmento(equivalentea un dgito)y luego sumndoleel valor deldesplazamiento.

1234:4321

12340+ 4321

---------

16661

Esto implicaque hay muchasformasde expresaren formatolgico la mismadireccin fsica. La direccin 1234:4321tambin podra ser 1666:00011665:0011 1664:0021,etc.

Una segundaconsideracinque hayque tomaren cuentaes la formay posicinen la que se almacenanlos datos. Como la memoriaes una pila de bytes yalgunosnmerospuedenser de 16o 32 bits,el datocompletosiempreva a estarendireccionesadyacentes,solamentequees enordeninverso.

Para unapalabra(16bits)laescrituraes de la siguienteforma:

Orden ascendente [81

I 9C I E6 Palabra E69CH

Para unapalabradoble(32bits)laescrituraes de la siguienteforma:

Orden ascendente [81

I 4A I 58 I 00 12 Palabradoble12005B4AH

Pg.55

EL ASC DE LA MECATRNICA

PUERTOS

Independientementede las capacidadesy potenciadel microprocesador,de sufacilidadparatrabajarcon la memoriaRAM y deltamaode la mismamemoria,laverdaderautilidadde una computadoraradicaen sus capacidadesde entradaysalida.Estasentradasy salidasson la formade comunicacinquese tienecon elmundoexteriory sin ellasno habradispositivosperifricosa travsde los cualeshacemosusode lascomputadoras.

El teclado,el mouse,la pantalla,la impresora,el escner,las memoriasUSB, eldisco duro,etc.,son ejemplosde dispositivosperifricos,los cualesse clasificanen dispositivosdeentraday salida,segnel flujode informacina travsdeellos.

Los requisitosdecadadispositivodeentrada/salida,considerandola necesidaddeofrecer dispositivoscon capacidadde direccionamiento,de sincronizacin,deestadoy de controlexterno,indicanlasnormasestablecidasparapoderacoplarlosa las computadorasa travsde mduloso circuitoselectrnicoscon funcionesdefinidasy estosa su vezse comunicarncon los microprocesadoresa travsdedireccioneso puertosperfectamentedefinidos.

Los puertosson las 'puertas'pordondelos datosvan a entrara los registrosdelmicroprocesadorparaser procesadosy posteriormentesalirparaser devueltosaldispositivoperifricocorrespondiente.

En la prctica, es claro que muchos dispositivos estarn conectados almicroprocesador,por lo que se debe tener la capacidad de reconocerlosindividualmente.Para esto, las computadorasactuales tienen 65,536 puertosdiferentesparaorganizarel flujode informacinentreellos.

Al igualque con las memoria,el accesoa los perifricos,se realizaa travsderegistrosde datosy direcciones,que funcionanen formasimilaral MAR y MDRcomentadosen el acceso a memoriaRAM. As, el microprocesadortiene queindicarsi la direccinsolicitadaes a unadireccinde memoriao a unadireccinde puertode E/S.

Pg.56