jueves, 3 de mayo de 2012

Microprocesadores, microcontroladores, memorias

Arquitectura de computadores



Este es un esquema de un sistema básico de un computador con sus funciones principales, ALU (Arithmetic Logic Unit), unidad de control, unidad de I/O y memoria central.

Los demás elementos agregados al sistema se llaman periféricos, y vinculan al sistema con el exterior con el fin de intercambiar y visualizar datos.

Los datos que se agregan en el computador se utilizan como base para realizar operaciones de todo tipo ya sean aritméticas, lógicas, estas funciones las realiza la ALU que también contiene registros especiales de uso general donde se procesa la información antes y después de su uso. Después se almacena en la memoria central, que es el área de almacenamiento con mayor capacidad.

El sistema es controlado por la unidad de control, la cual genera señales de temporización y sincronización de todo el sistema.

Los programas que son un conjunto de operaciones denominadas instrucciones normalmente se encuentran en la memoria central. Cada una de las celdas que forman parte de la memoria central debe ser elegida por la memoria central para poder ordenar la información que se encuentra almacenada y así poder transformar los datos en una secuencia determinada para obtener el resultado deseado.

A esta selección se le llama direccionamiento y es realizado por la unidad de control a través del registro de direccionamiento cuya función es almacenar la dirección que se ejecutará en el sistema.



La comunicación entre la unidad central y el resto del sistema se realiza por medio de una estructura donde se muestran conjuntos de líneas denominadas bus. Se pueden encontrar generalmente tres indispensables en cualquier tipo de estructura de datos, datos (data), direcciones (address) y control.

Microprocesadores




En el diagrama de bloques puede observarse la estructura de un microprocesador, es una unidad de proceso. Consiste en el agrupamiento de elementos integrados, funciones de la unidad central de proceso, ALU, unidad de control, registros, etc.

La capacidad de proceso se define por su set de instrucciones.

Arquitectura basada en buses

El sistema que se mencionó anteriormente está compuesto por un bus principal y varios dispositivos conectados a él. Existen gran cantidad de buses, dependiendo de la potencia de direccionamiento y de los datos que puedan almacenar.

Bus de direcciones: conjunto de líneas de un bit de dato cada una, forman la capacidad de direccionamiento del dispositivo.

Bus de datos: conjunto de líneas de un bit, forman la capacidad de transmisión de datos del sistema. 

Bus de control: conjunto de líneas que se encargan de la gestión del sistema, lectura, escritura, etc.


Interrupciones

Son los trabajos realizados por medio de una intervención al funcionamiento del microprocesador, se originan del exterior del sistema.

Existen dos principales tipos de interrupciones, las de hardware y las de software. Todas las interrupciones que intervienen poseen una jerarquía precisa, dependiendo de las circunstancias se pueden producir dos interrupciones al mismo tiempo.

Memorias

Memoria se dice que es cualquier dispositivo que tenga la capacidad de "recordar" información almacenada anteriormente. 

Las memorias se pueden clasificar de diferentes maneras:

  • Dependiendo del modo de acceso
Memorias secuenciales: el acceso a los elementos de información se realiza en un orden específico, por lo cual el tiempo que se requiere para obtener la información depende de la ubicación dentro de la memoria. Ejemplo. Registro de desplazamiento.

Memorias de acceso aleatorio: el tiempo de acceso es independiente de la ubicación de la información dentro de la memoria. La información que se almacena tiene una dirección precisa.

Memorias asociativas: la información es obtenida a través de una comparación entre lo que contiene la memoria y una palabra binaria que se encuentra en la entrada de la memoria.
  • Dependiendo de la persistencia de la información que se almacena.
En esta clasificación se pueden establecer dos categorías dependiendo de que se tome como referencia i la tensión de alimentación o la reacción de la memoria a la lectura.

En el primer caso se tiene memoria volátil o perennes. Perennes son aquellas donde la información que se almacena no se pierde aunque desaparezca la fuente de alimentación, en las volátiles se pierde completamente.

Si este análisis se realiza dependiendo de lo que sucede después de la lectura, se clasifican en memorias de lectura destructiva o no destructiva.

La memoria de lectura destructiva es cuando la lectura de la información que está almacenada produce la pérdida de la misma, por lo tanto debe reescribirse después de ser leída. 
  • Dependiendo del principio de funcionamiento.
Memorias estáticas: son celdas que pueden permanecer en alguno de los dos estados permitidos durante todo el tiempo que permanezca la tensión de alimentación. 

Memorias dinámicas: la información es almacenada como carga de un condensador, por lo que no se requiere tanta potencia.
  • Dependiendo del tipo de tecnología utilizada.
  • Dependiendo de la utilización
Lecturas de lectura/escritura y sólo lectura.

RAM (Random Access Memory)
ROM (Read Only Memory)
PROM (Programmable Read Only Memory)
EPROM (Eraseable Programmable Read Only Memory)
EEPROM (Elecrically Ereaseable Programmable Read Only Memory)

Características de las memorias

Tiempo de acceso: tiempo que transcurre en una lectura o escritura de memoria, desde que es direccionada, hasta que se completa el proceso de acceso de información a la memoria.

Tiempo de ciclo: es el tiempo mínimo que se requiere entre dos accesos consecutivos

Velocidad de transferencia: cantidad de información que se puede transferir en una unidad de tiempo.

Capacidad de almacenamiento: cantidad de información medida en bits.

La estructura general tiene un ordenamiento de tipo matricial de n filas x m columnas. La capacidad sería n*m. El acceso a una celda de información requiere que se establezca una dirección que se representa por un número de fila y un número de columna, además de elegir la operación que se realizará ya sea lectura o escritura. 

Líneas de I/O, son las líneas por las que entra y sale la información de la memoria.

Líneas de dirección, son las líneas que permiten elegir la celda de memoria.

Líneas de control, líneas que permiten elegir la modalidad de trabajo de un acceso determinado.

Memorias de acceso secuencial
LIFO (Last in First Out)
FIFO (First in First Out)




Referencias:
Microprocesadores




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