El diseño de la computadora es simple. La elegancia del diseño consiste en que estas operaciones...
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El diseño de la computadora es simple.
La elegancia del diseño consiste en que estas operaciones simples pueden servir para resolver problemas complejos en extremo.
INTRODUCCIÓN
El desafío del programador es producir la secuencia exacta de operaciones para realizar correctamente una tarea en todas las circunstancias posibles, de lo contrario se obtendrá un programa defectuoso.
INTRODUCCIÓN
Se comenzará a explorar las operaciones que la computadora puede efectuar y veremos cómo se integran para brindarle su potencia.
Al modelo que se utilizará se lo conoce como Pequeño Hombre Computadora.
INTRODUCCIÓN
Lo creó Stuart Madnick durante 1965. Lo mejoró en 1979 y es esta última versión la que analizaremos a continuación.
INTRODUCCIÓN
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
00 500
01 199
02 500
…
97
97
98
99 123
Cesto de Entrada
Cesto de Salida
Pequeño Hombre
Computadora
123 Calculadora
Buzones
Botón de reinicio
05
Contador de ubicación de instrucciones
El modelo consta de una sala de correo, en donde existen una serie de 100 buzones de correo, numerados con una dirección que va del 00 al 99.
Cada buzón esta diseñado para alojar una tira de papel, donde esta escrito un número decimal de tres dígitos.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
En contenido de un buzón no es lo mismo que su dirección.
Además, existe una calculadora que sirve para introducir y conservar temporalmente números, así como para restar y sumar.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
Hay un contador manual de dos dígitos del tipo que permite hacer un clic para incrementar el conteo.
Su botón de reinicio se encuentra fuera de la sala de correo. A este contador lo llamaremos contador de ubicación de instrucciones.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
Fuera del interruptor de reinicio en el contador manual, las únicas interacciones entre el Pequeño Hombre Computadora y el ambiente son un cesto de entrada y uno de salida.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
Un usuario fuera del salón de correo puede comunicarse con el Pequeño Hombre Computadora dejando en el cesto de entrada un trozo de papel de tres dígitos, para que lo lea en le momento más conveniente.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
Advierta que toda comunicación entre el Pequeño Hombre Computadora y el mundo externo, así como en el interior de la sala de correo, se lleva a cabo utilizando números de tres dígitos.
DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA
Para que el PHC funciones se ha inventado un grupo de instrucciones que puede realizar. Cada instrucción consta de un solo dígito. Emplearemos el primer dígito para indicar que operación realizar.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
En algunos casos la operación requerirá que utilice un buzón para guardar o recuperar datos. Como solo se utiliza un dígito para la operación, se utiliza los restantes dígitos para indicar la dirección correspondiente
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción Dirección del buzón
3 2 5
LOAD: código de operación 5.STORE: código de operación 3.ADD: código de operación 1.SUBTRACT: código de operación 2.INPUT: código de operación 9,
dirección 01.OUTPUT: código de operación 9 ,
dirección 02.HALT: código de operación 0.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción LOAD.-1. Se dirige a la dirección
especificada en la instrucción.2. Lee el contenido de la
dirección.3. Va a la calculadora.4. Perfora el número.5. Introduce el número.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción STORE.-1. Se dirige a la calculadora.2. Lee el número de la
calculadora.3. Lo anota en un papel.4. Lo pone en el buzón cuya
dirección se especifico como parte de la instrucción.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción ADD.-1. Se dirige a la dirección
especificada en la instrucción.2. Lee el contenido de la
dirección.3. Va a la calculadora.4. Lo suma al valor contenido en
la calculadora.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción SUBTRACT.-1. Se dirige a la dirección
especificada en la instrucción.2. Lee el contenido de la
dirección.3. Va a la calculadora.4. Lo resta del valor contenido
en la calculadora.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción INPUT.-1. Se dirige al cesto de entrada.2. Recoge el trozo de papel.3. Se encamina a la calculadora.4. Perfora el número.5. Introduce el número en la
calculadora.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción OUTPUT.-1. Se dirige a la calculadora.2. Anota el número en un trozo
de papel.3. Se dirige al cesto de salida.4. Ubica el trozo de papel en
dicho cesto.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucción HALT.-El PHC descansa un poco.
Ignorará la parte de la instrucción correspondiente a la dirección.
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Las instrucciones que hasta ahora hemos definido caen dentro de cuatro categorías:
Instrucciones que mueven los datos (LOAD, STORE).
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Instrucciones que realizan operaciones aritméticas simples (ADD, SUBTRACT).
Instrucciones que realizan la E/S (INPUT, OUTPUT).
Instrucciones que controlan la máquina (HALT).
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
FUNCIONAMIENTO DEL PEQUEÑO HOMBRE
COMPUTADORA
Por ejemplo:Código
de contado
r
Instrucción
Descripción de la Instrucción
00 901 Introducir 1er número
01 399 Guardar los datos
02 901 Introducir 2do número
03 199 Sumarle 1er número
04 902 Mostrar resultado
05 000 Parada
99 Datos
Con la expresión ciclo de instrucciones se designa a los pasos que el Pequeño Hombre Computadora realiza al ejecutar una instrucción.
Este ciclo es similar en todas las instrucciones.
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
La Captación, la conforman los siguientes pasos:
1. El PHC lee la dirección en el Contador de ubicaciones.
2. Se dirige al buzón correspondiente.
3. Lee el número (contenido de la dirección).
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
25
25
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
25
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
25
5 89
La Ejecución, la conforman los siguientes pasos:
1. El PHC se dirige a la dirección que le da la instrucción.
2. Lee el número de ese buzón.3. Se dirige a la calculadora,
perfora el número y lo introduce.4. Se encamina al Contador de
locaciones y hace clic en el.
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
25
5 89
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
25
222
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
222
25
222
EL CICLO DE INSTRUCCIONES
25 589
…
89 222
333
26
A John von Neumann suele considerársele el creador de la computadora tal como la conocemos hoy. Entre 1945 y 1951 estableció una serie de directrices que hoy se conocen como la organización von Neumann de la computadora.
NOTA ADICIONAL
Se han diseñado y creado otras organizaciones experimentales, pero la suya continúa siendo la norma; hasta la fecha ninguna otra ha alcanzado éxito comercial.
NOTA ADICIONAL
Las principales directrices que definen la organización propuesta por von Neumann:
1. La memoria contiene los programas y los datos; a esto se le llama concepto de programa almacenado. Es un concepto que permite modificar los programas fácilmente.
NOTA ADICIONAL
2. La memoria se direcciona linealmente, es decir, existe una sola dirección numérica secuencial en todas las localizaciones de ella.
NOTA ADICIONAL
3. La memoria se direcciona mediante el número de ubicación, prescindiendo de los daos allí contenidos.
NOTA ADICIONAL
Las instrucciones se ejecutan secuencialmente a menos que una instrucción o un evento externo haga que se introduzca una bifurcación.
Además, según lo definió van Neumann, esta se compone de una Unidad de Control, una unidad Aritmético-Lógica y de una Unidad de Memoria.
NOTA ADICIONAL
El modelo de Pequeño Hombre Computadora se ajusta al modelo organizacional de computadoras de von Neumann.
NOTA ADICIONAL
Taller No.6:
1. Realice el siguiente programa PHC:
OUT = IN1 + IN2 – IN3
2. ¿Cuáles son los criterios que definen la organización de von Neumann? ¿De qué manera se explica el ejemplo de este capítulo en que introducimos y sumamos dos números?
Taller No.6:
3. Considere el ejemplo de la suma de dos números. Suponga que hayamos colocado la primera entrada en la localización 00 del buzón. ¿Habría provocado el programa el mismo resultado? ¿A qué característica de la computadora se debe?.
Taller No.6:
4. En la versión original del PHC se usó el código de operación 7 (700) para la instrucción HALT en vez de 0. ¿Qué ventaja tiene utilizar 000 con la instrucción HALT en vez de 700? (Sugerencia: imagine lo que sucedería si el programador olvidara introducir una instrucción HALT al final del programa).
Taller No.6:
5. Suponga que el PHC fue implementado como una computadora binaria de 16 bits. Suponga que el PHC binario ofrece el mismo conjunto instrucciones con los mismos códigos (en binario naturalmente) y el mismo formato de instrucciones ( código de operación + la dirección) ¿Cuántos bits se necesitarán en la parte de la instrucción correspondiente al código? ¿Cuántos buzones podrían caber en la computadora binaria?.
Taller No.6: