Arquitectura de VonNeuman

7/24/2019 Arquitectura de VonNeuman

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1

Arquitectura de unMicroprocesador

Campus PueblaGilberto Hernndez Herrera

[email protected]

John Von Neumann

Pionero en la ciencia de la computacin.

Creador de la arquitectura de las computadoras actuales,propuso la adopcin del bit como medida de la memoria

de las computadoras.

Particip en el diseo de la primera computadora,la ENIAC, que calculaba la trayectoria de proyectiles.

En esta computadora las modificaciones a los programasrequeran de cambiar la conexin de vlvulas.

Von Neumann propuso separar el software del hardware.Este diseo se realiz en la computadora EDVAC.


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2

Primeras

ComputadorasENIACENIACENIACENIAC

EDVACEDVACEDVACEDVAC

Electronic Numerical Integrator And Computer

Electronic Discrete VariableAutomatic Computer

Arquitectura de unMicrocontrolador


[email protected]


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3

Arquitectura deHarvard


[email protected]

AC

PC

FR

( ZNVI )

IR

MAR MDR

RAM

ALU

SP

UC

Puertos

Entrada

y Salida

ARQUITECTURA DE UN MICROCONTROLADOR


4/25

4

http://www.microchip.com

Microcontroladores de MICROCHIP = PICs


5/25

5


6/25

6


7/25

7

CORE 2 DUO


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8

Arquitectura deVon Neumann


[email protected]

ARQUITECTURA DEL PROCESADOR Von Neumann

AC

PC

FR( ZNVI )

IR

MAR MDR

RAM

ALU

SP

UC

REGISTROS

AC: Accumulator

FR: Flags

PC: ProgramCounter

IR: Instruction Reg.

MAR: MemoryAddress Reg.

MDR: MemmoryBuffer Reg.

SP: Spool Reg.

ALU: UnidadAritmticaLgica

UC: Unidad deControl

RAM: RandomAcces Memory


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9


AC

PC

FR( ZNVI )

IR

MAR MDR

RAM

ALU

SP

UC

MM-Read

MDR


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10

Microoperaciones ! Microinstrucciones

Cdigo deCdigo deCdigo deCdigo de

MiroMiroMiroMiro!"erai#!"erai#!"erai#!"erai#

Operacin Descripcin

0$ [MDR]


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11

Microoperaciones ! MicroinstruccionesCdigo de MiroCdigo de MiroCdigo de MiroCdigo de Miro

!"erai#!"erai#!"erai#!"erai#Operacin Descripcin

0$0$0$0$ [MDR]


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12


AC

PC

FR( ZNVI )

IR

MAR MDR

RAM

ALU

SP

UC

FETCH

[MAR]


13/25

13


AC

PC

FR( ZNVI )

IR

MAR MDR

RAM

ALU

SP

UC

EXECUTE

LDA, I

[AC]5


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14

Instruccionesen &nsamblador

Formatos dePalabras

DATOS

INSTRUCCIONES

Direccionamiento0 (I) Inmediato1 (R) Relativo2 (A) Absoluto3 (D) Indirecto

'ipos de direccionamiento

C.Op. I DATO

0 = I = Inmediato

C.Op. R XXX

DATO[PC] + XXX

1 = R = Relativo

C.Op. A XXX

DATOXXX

2 = A = Absoluto

C.Op. D XXX

YYYXXX

3 = D = Indirecto

DATOYYY


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15


Direccionesde memoria I Inmediato*+ *, . / ,

Cdigo de

Operacin( ( DATO

Direccionesde memoria A Absol"to

*+ *, . / ,

Cdigo deOperacin

) ( Dir. XXX

Dir *** DATO

Direccionesde memoria R Relativo

*+ *, . / ,

Cdigo de

Operacin( ) Dir. XXX

+PC,*** DATO

Direccionesde memoria D InDirecto

*+ *, . / ,

Cdigo de

Operacin) ) Dir. XXX

Dir *** Dir. YYY

Dir ... DATO

&(emplo de instrucci)n

LOCALIDAD C/DI0O MAQUINAL MNEM/NICO

0 102011 LDA,A,011

1 210001 SUB,I,+01

2 112011 STA,A,011

3 311001 JMZ,R,+01

000000 DEF, +00000

000010 DEF, +00010

Formatos dePalabras

DATOS

INSTRUCCIONES


10 2 011C$digo deO%eraci$n Ti%o de

Direccionamiento

Dato $ Direcci$n

1 02011

1igno Magnit"d


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16

PROGRAMA ENSAMBLADO

LOCALIDAD C/DI0OMAQUINAL

MNEM/NICO

0 102010 LDA,A,010

1 202011 ADD,A,011

2 112010 STA,A,010

3 102011 LDA,A,011

4 210001 SUB,I,+01

5 112011 STA,A,011

6 311001 JMZ,R,+01

7 302000 JMP,A, 0008 990000 HLT

9 000000 NP

10 000000 DEF, +00000

11 000010 DEF, +00010

ORG, 0lda,a,sadd,a,ista,a,slda,a,isub,i,1sta,a,ijmz,r,1

jmp,a,0hltORG 10

s def, 0i def, 10

Este programasuma de i a 0

y deja el resultado en s

&(emplo de pro$rama

&(emplo enensamblador

NOP 00 No OperationCLA 01 C lear AccumulatorNEG 02 NegativeINTON 03 Interrupt On

INTOF 04 Interrupt OffLDA 10 Load AccumulatorSTA 11 Store AccumulatorADD 20 AddSUB 21 SubtractJMP 30 JumpJMZ 31 Jump on ZeroJMN 32 Jump on NegativeLDSP 40 Load SpoolSTSP 41 Store SpoolPUSHA 42 Push AccumulatorPOPA 43 Pop AccumulatorJSR 50 Jump on SubroutineRTN 51 ReturnRTI 51 Return InterruptIN 60 InputOUT 61 OutputHLT 63 Halt


DIRMEM

C/DI0ONUM2RICO

MNEM/NICO

0 102010 LDA,A,010

1 202011 ADD,A,011

2 112010 STA,A,010

3 102011 LDA,A,011

4 210001 SUB,I,+01

5 112011 STA,A,011

6 311001 JMZ,R,+01

7 302000 JMP,A, 000

8 990000 HLT

9 000000 NP

10 000000 DEF, +00000

11 000010 DEF, +00010

Instru$

0$inPC AC S

(10)I

(11)


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17

R!, 000 LA INSTR "A EN LA DIR 000

LDA, A, # $AR!AR # EN EL A$

ADD, A, % SUMARLE % AL A$

ADD, A, Z SUMARLE Z AL A$

STA, A, & !UARDARL EN &

HLT DETENER LA EJE$U$IN

R!, 010 LA SI! INST "A EL LA DIR 10

& DEF, +0 DEFINIR EL "ALR +00000

# DEF, +250 DEFINIR EL "ALR +00250

% DEF, +125 DEFINIR EL "ALR +00125

Z DEF, '315 DEFINIR EL "ALR '00315

&(emplos de pro$ramasen ensamblador

utilizando mnem)nicos

Instruc-Cin

PC AC W X Y Z


NOP 00 No OperationCLA 01 Clear AccumulatorNEG 02 NegativeINTON 03 Interrupt OnINTOF 04 Interrupt OffLDA 10 Load AccumulatorSTA 11 Store Accumulator

ADD 20 AddSUB 21 SubtractJMP 30 JumpJMZ 31 Jump on ZeroJMN 32 Jump on NegativeLDSP 40 Load SpoolSTSP 41 Store SpoolPUSHA 42 Push AccumulatorPOPA 43 Pop Accum ulatorJSR 50 Jump on SubroutineRTN 51 ReturnRTI 51 Return InterruptIN 60 InputOUT 61 OutputHLT 63 Halt


C.Op. I DATO

0 = I = Inmediato

C.Op. R XXX

DATO[PC] + XXX

1 = R = Relativo

C.Op. A XXX

DATOXXX

2 = A = Absoluto

C.Op. D XXX

YYYXXX

3 = D = Indirecto

DATOYYY


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18

R!, 000

LDA, A, N

STA, A, N1

LDA, A, D#

STA, A, D#1

$LA

STA, A, S

$I$L LDA, A, S

ADD, D, D#1

STA, A, S

LDA, A, N1

SUB, I, 1

STA, A, N1

JMZ, A, FIN

LDA, A, D#1

ADD, I, +1

STA, A, D#1

JMP, A, $I$L

FIN HLT

R!, 18

N1 DEF, +0

D#1 DEF, +0

S DEF, +0

N DEF, +10

D# DEF, ## DEF, +10

DEF, +20

DEF, +30

DEF, +40

DEF, +50

DEF, +60

DEF, +70

DEF, +80

DEF, +90

DEF, '100



C.Op. D XXX

YYYXXX

Direccionamiento

3 = D = Indirecto

DATOYYY

PC AC N1 DX1 S N DX X

R!, 18N1 DEF, +0

D#1 DEF, +0

S DEF, +0

N DEF, +10

D# DEF, #

# DEF, +10

DEF, +20

DEF, +30

DEF, +40

DEF, +50

DEF, +60

DEF, +70

DEF, +80

DEF, +90

DEF, '100



R!, 000

LDA, A, N

STA, A, N1

LDA, A, D#

STA, A, D#1

$LA

STA, A, S

$I$L LDA, A, S

ADD, D, D#1

STA, A, S

LDA, A, N1

SUB, I, 1

STA, A, N1

JMZ, A, FIN

LDA, A, D#1

ADD, I, +1

STA, A, D#1

JMP, A, $I$L

FIN HLT

PC AC N1 DX1 S N DX X


NOP 00 No OperationCLA 01 Clear AccumulatorNEG 02 NegativeINTON 03 Interrupt OnINTOF 04 Interrupt OffLDA 10 Load AccumulatorSTA 11 Store AccumulatorADD 20 AddSUB 21 SubtractJMP 30 JumpJMZ 31 Jump on ZeroJMN 32 Jump on Negative

LDSP 40 Load SpoolSTSP 41 Store SpoolPUSHA 42 Push AccumulatorPOPA 43 Pop AccumulatorJSR 50 Jump on SubroutineRTN 51 ReturnRTI 51 Return InterruptIN 60 InputOUT 61 OutputHLT 63 Halt


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19

Instruccionesen &nsamblador

Formatos dePalabras

DATOS

INSTRUCCIONES


Programas:

Multiplicaci)n

*actorial Potencia


[email protected]


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20

Al#orit!os y 1ro#ra!a$in en ensa!"lador

Multiplicacin* 3 .

Inicio

* 4 (

CM 4 . M 4 (

. 4 (

M 4 M *

CM 4 CM 5 )

CM 4 (

6IN

NO

NO

NO

SI

SI

SI

M = X 2 YX Y CM M

Multiplicacin

* 3 .

Inicio

* 4 (

CM 4 . M 4 (

. 4 (

M 4 M *

CM 4 CM 5 )

CM 4 (

6IN

NO

NO

NO

SI

SI

SI

M = X 2 Y

DIRMEM

C/DI0ONUM2RICO

MNEM/NICO

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

NOP (( No O%erationCLA () Clear Ac c"m"la tor NE0 (7 Negati!eINTON (8 Interr"%t O nINTO6 (9 Interr"%t O ## LDA )( L oad Acc"m"lator 1TA )) 1tore Acc"m"lator ADD 7( Add1U: 7) 1"btract;MP 8( ;"m%;M< 8) ;"m% on Acc"m"lator P OP A 9 8 P o% A cc "m "l at or ;1R ?( ;"m% on 1"bro"tineRTN ?) Ret"rnRTI ?) Ret"rn Interr"%tIN @( In%"tOUT @) O"t%"t=LT @8 =alt


DIRMEM

C/DI0ONUM2RICO

MNEM/NICO

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29


21/25

21

N

Inicio

N 4 (

C6 4 N-) 3 6 4 N

N 4 )

6 4 6 & C6

C6 4 C6 5 )

C6 4 (

6IN

6 4 )

NO

NO

NO

SI

SI

SI


Factorial

F = N !

5! = 5 2 4 2 3 2 2

N

Inicio

N 4 (

C6 4 N - ) 3 6 4 N

N 4 )

6 4 6 & C6

C6 4 C6 5 )

C6 4 (

6IN

6 4 )

NO

NO

NO

SI

SI

SI


Factorial

M 4 M 6

CM 4 CM 5 )

CM 4 (NO

SI

M 4 (

CM 4 C6

6 4 M

F = N !


22/25

22

6 4 6 & C6

N

Inicio

N 4 (

C6 4 N -) 3 6 4 N

N 4 )

C6 4 C6 5 )

C6 4 (

6IN

6 4 )

NO

NO

NO

SI

SI

SI


Factorial

M 4 M 6

CM 4 CM 5 )

CM 4 (NO

SI

M 4 (

CM 4 C6

6 4 M

F = N !


Pot"ncia

P = X#

3 = 2 2

3 = 3 2 3

33 = 3 2 3 2 3


23/25

23

* .

Inicio

. 4 (

CP 4 . 3 P 4 )

* 4 (

P 4 P & *

CP 4 CP 5 )

C6 4 (

6IN

P 4 (

NO

NO

NO

SI

SI

SI


Pot"ncia

P = X#

3 = 2 2

3 = 3 2 3

33 = 3 2 3 2 3

$ A R % A

Realiar los %rograma B"e realicen las sig"ientes o%eraciones Factorial dado un nmero N que calcule N!

Potencia dados M y N que calcule MN

Fibonacci calcular la serie hasta un nmero N

Divisin calcular D = X / Y

REALIZAR EL DIAGRAMA DE FLUJO (opcional en RAPTOR)

Escribir los programas en cdigo ENSAMBLADOR con:- Mnemnico Numrico Binario Hexadecimal

ENTREGA DE LOS PROGRAMASMartes 21 de febrero


24/25

24

DIR.MEM

CDIGONUMRICO

MNEMNICO

000

001

002

003

004

005

006

007

008

009

010

011

012

013

014

015

016

017

018

019

020

021

022

023

024

025

NOP 00 No OperationCLA 01 Clear AccumulatorNE G 02 Nega ti ve

INTON 03 InterruptOnINTOF 04 InterruptOffLDA 10 Load AccumulatorSTA 11 StoreAccumulatorADD 20 AddSU B 21 Su bt ractJMP 30 JumpJM Z 31 Jump o n ZeroJMN 32 JumponNegat iveLDSP 40 Load SpoolSTSP 41 StoreSpoolPUSHA 42 Push AccumulatorPOPA 43 Pop AccumulatorJSR 50 JumponSubrout ineRTN 51 Retur nRT I 51 Re tu rn I nt er ru ptIN 60 InputOUT 61 OutputHLT 63 Halt

DIR.MEM

HEXADECIMAL

0000 0000

0000 0001

0000 0010

0000 0011

0000 0101

0000 0101

0000 0110

0000 0111

0000 1000

0000 1001

0000 1010

0000 1011

0000 0101

0000 1101

0000 1110

0000 1111

0001 0000

0001 0001

0001 0010

0001 0011

0001 0101

0001 0101

0001 0110

0001 0111

0001 1000

0001 1001

Tipos de Direccionamiento0 (I) Inmediato1 (R) Relativo2 (A) Absoluto3 (D) Indirecto

Set de Instrucciones

:INARIO)? )( F (

Acti&i'a' Cola(orati&a

Realizar un programa que realice laconversin de un nmero decimal a suequivalente en hexadecimal:

ENTREGAR

Diagrama de Flujo (opcional en RAPTOR)

Programa en ensamblador en cdigo Mnemnicos

ENTREGA DEL PROGRAMAUna semana


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