fermín sánchez carracedo universitat politècnica de catalunya
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Características deseables en un Procesador Pedagógico para la enseñanza básica de Arquitectura de Computadores. Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya. Índice. Marco General Características de una máquina pedagógica Ejemplos de máquinas: Máquina Sencilla DLX - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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Características deseables en unCaracterísticas deseables en un Procesador Pedagógico Procesador Pedagógico
para la para la enseñanzaenseñanza básica de básica de Arquitectura Arquitectura dede Computadores Computadores
Fermín Sánchez CarracedoUniversitat Politècnica de Catalunya
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– Comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
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Marco GeneralMarco General
Aprendizaje en primera asignatura sobre AC en Ingeniería Informática
Objetivo: que el alumno entienda– Arquitectura von Newman– Misión de cada componente
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Arquitectura von NeumannArquitectura von NeumannMemoriaMemoria
= Banco de registros grandeContiene instrucciones y datosJerarquía: cursos posteriores
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Arquitectura von Neumann Arquitectura von Neumann Entrada/SalidaEntrada/Salida
Cursos posteriores– Se requieren conocimientos básicos de
programación– Concepto de concurrencia difícil– Se puede estudiar un modelo sencillo
totalmente secuencial
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Arquitectura von Neumann Arquitectura von Neumann Unidad Central de ProcesoUnidad Central de Proceso
UP y UC sencillas y bien diferenciadasUC: 1 estado = 1 fase ejecuciónUP: Componentes básicos para entender la
ejecución secuencial de instrucciones
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Arquitectura von Neumann Arquitectura von Neumann BusesBuses
Tipos de buses: datos, @ y controlSincronización: cursos posteriores
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
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Características: ISACaracterísticas: ISA
Arquitectura ortogonal y sencillaRISC de carga-almacenamientoInstrucciones: pocas y básicasTres tipos de instrucciones
– Aritmético-lógicas R-R: +, -, >>, AND/OR– Transferencia Memoria-Banco Registros– Salto
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Características: MemoriaCaracterísticas: Memoria
Memoria única de instrucciones y datosTamaño instrucción = tamaño dato
=> No precisa alineamiento
Direccionamiento a nivel de palabraModos: Registro, Inmediato, Relativo,
Absoluto (saltos)Saltos con/sin flags
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Características: UPCaracterísticas: UP
Banco de registros “pequeño”: 16x16PC direcciona toda la memoriaIR: 16-32 bitsALU sencilla: ops básicas (+, -,AND,>>)Registro de estado con pocos bits: Z, N, V, C
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:Ejemplos de máquinas:
– Máquina SencillaMáquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– Comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
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Máquina SencillaMáquina Sencilla
Arquitectura Memoria-MemoriaMemoria: 128 x 16 bitsDireccionable a nivel de palabraInstrucciones: 16 bitsDatos: Números naturales de 16 bits1 bit de estado: Z4 Instrucciones: ADD, MOV, CMP, BEQ
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Máquina SencillaMáquina Sencilla
Ventajas– Extremadamente simple– Unidad de control muy sencilla
Inconvenientes– No hay Banco de registros
Sólo 1 espacio de direcciones Sólo 1 modo de direccionamiento
– Ampliarla requiere rediseñarla por completo
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:Ejemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLXDLX– Máquina Rudimentaria– Comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
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DLX: EstructuraDLX: Estructura
Instrucciones de 32 bits Operandos de 8, 16 y 32 bitsMemoria:
– De instrucciones y de datos– 232 x 8 bits cada una – Direccionable a nivel de byte– Requiere alineamiento
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DLX: UPDLX: UP
2 Bancos de registros: – Enteros 32 x 32 bits– FP 16 x 64 bits (32 x 32 bits)
Registro de estado: 1 bit (reales)PC de 32 bitsIR de 32 bits
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DLX: InstruccionesDLX: Instrucciones
Inmediato de 16 bits (constantes de 32)Instrucciones enteras:
– +,-,*,/,– AND,OR,XOR,– >>,<< (aritméticos y lógicos)
Instrucciones FP: – +,-,*,/– CMP: activa bit registro de estado
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DLX: SaltosDLX: Saltos
Saltos: – Incondicionales – Condicionales– Llamada a subrutina
Salto FP: Evalua bit registro estadoSalto entero: Evalua registro BR=0Modo relativo al PC (desp. 16 bits)
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DLXDLX
Ventajas– Muy bien documentado– Se pueden explicar conceptos avanzados en
cursos posteriores usándolo completo
Inconvenientes– Demasiado complejo, pero…– Se puede usar una versión simplificada
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DLX: SimplificaciónDLX: Simplificación
Sólo instrucciones enteras– 1 banco de registros– Desaparece el hardware de reales– Saltos
homogéneos (sin registro de estado) Subrutinas NO
Operandos 32 bits =>No requiere alineaciónInclusión de registros para relacionar
estados de la UC con fases de ejecución
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:Ejemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina RudimentariaMáquina Rudimentaria– Comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
![Page 23: Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062305/5681582b550346895dc591b9/html5/thumbnails/23.jpg)
MRMR
Memoria: – 256 x 16 bits– Direccionable a nivel de palabra
Instrucciones: 16 bits Datos: enteros Ca2 de 16 bits
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MR: UP y UCMR: UP y UC
Banco de Registros: 8 x 16 bitsPC: 8 bitsIR: 16 bitsRegistro de estado: N, Z, (V)UC:
– Sencilla:1 estado = 1fase de ejecución– Existe versión optimizada (más compleja)
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MR: InstruccionesMR: Instrucciones
Cargas y almacenamientos– Modo relativo con desplazamiento de 8 bits
Saltos– Condicionales e incondicionales– Modo absoluto (8 bits)
Aritmético-Lógicas:– +, -, AND, >> lógico– Inmediato de 5 bits (+, -)
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MRMR
Ventajas– Cumple con los requisitos deseados
Inconvenientes– UP diseñada ad-hoc (visión irreal)– No es posible segmentarla para estudiar
conceptos avanzados
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:Ejemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– ComparaciónComparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
![Page 28: Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062305/5681582b550346895dc591b9/html5/thumbnails/28.jpg)
ComparaciónComparación
MS DLX DLXs MR
TamañoInstrucción
16 32 32 16
Tamaño/tipooperandos
N Z, FP Z Z
ZN
16 8, 16,32
32 16
FP NO 16,32 NO NO
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ComparaciónComparación
Modos @ MS DLX DLXs MR
Registro NO SI SI SI
Inmediato NO 16 16 5
Relativo NO Desp16
Desp16
Desp8
Absoluto X X
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ComparaciónComparación
Memoria MS DLX DLXs MR
Inst/datos NO SI SI NO
Tamaño 27x16 232x8ambas
232x8ambas
28x16
Nivel dedirección
word byte byte word
Alinea-miento
NO SI NO NO
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ComparaciónComparación
Unidad deProceso
MS DLX DLXs MR
Banco deregistros
NO Z 32x32FP64x16
Z32x32
Z8x16
Registroestado
Z Z (FP) - NZV
tamañoPC
7 32 32 8
![Page 32: Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062305/5681582b550346895dc591b9/html5/thumbnails/32.jpg)
ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorLenguaje ensamblador y simuladorConclusiones
![Page 33: Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062305/5681582b550346895dc591b9/html5/thumbnails/33.jpg)
Lenguaje ensambladorLenguaje ensambladorObjetivos:
– Visión más cercana al usuario del LM– Traducción alto nivel => bajo nivel
de estructuras de datos de sentencias estructuradas (if, while…)
Características deseables:– Sencillez– Direcciones simbólicas (etiquetas)– Directivas básicas (asignación y reserva de M.)
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SimuladorSimulador¿Por qué?
– Permite que el alumno experimente y aprenda
Algunas Características:– Incorporar un ensamblador/depurador– Visualización de lo que sucede en cada momento– Visualizar y alterar UP, UC y memoria– Ejecución con diferente granularidad – Diagramas de tiempo
Presentación: SiMR
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ÍndiceÍndiceMarco GeneralCaracterísticas de una máquina pedagógicaEjemplos de máquinas:
– Máquina Sencilla– DLX– Máquina Rudimentaria– Comparación
Lenguaje ensamblador y simuladorConclusionesConclusiones
![Page 36: Fermín Sánchez Carracedo Universitat Politècnica de Catalunya](https://reader035.vdocumento.com/reader035/viewer/2022062305/5681582b550346895dc591b9/html5/thumbnails/36.jpg)
ConclusionesConclusiones
Características básicas de:– Procesador– Ensamblador– Simulador
¿Procesador recomendado?– DLX simplificado
Cumple con los requisitos exigidos Puede usarse en cursos posteriores