7/28/2019 Diseo logico de control y de computadores (Trabajo)
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Repblica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Defensa
Universidad Nacional Experimental Politcnica de las Fuerzas Armadas
Coro Estado Falcn
Diseo de Lgica de ControlY
De Computadores
Integrantes:Jorge Capielo 21.114.509
Argenis Mustiola 23.673.977
IS6D-B
Santa Ana de Coro; Mayo del 2013
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INDCE
pp.Introduccin. Registro de Condicin
Memoria Scratchpad..Diseo de lgica de control.. Organizacin del control..Control de componentes alambrados.Control de microprogramas..Control de la unidad procesadoraControl a base de componentes conectados.Control del PLA..Secuenciador del microprogramaDiseo de computadoresConfiguracin del sistema
Instrucciones del computador. Sincronizacin de tiempo y control.Ejecucin de instrucciones..Diseo del registro del computadorDiseo de control..Consola del computador.. Conclusin. Bibliografa
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INTRODUCCIN
El diseo de los materiales de un computador digital puede derivarse en tres
fases interrelacionadas las cuales son el diseo del sistema, diseo lgico y
diseo del circuito. El diseo del sistema versa sobre las especificaciones y
propiedades generales del sistema. Esta tarea incluye el establecimiento de
un objetivo de diseo y filosofa de diseo, la formulacin de las instrucciones
del computador, y la investigacin de su factibilidad econmica. El diseo del
circuito especifica los componentes de los diferentes circuitos lgicos,
circuitos de memoria, equipo electromecnico y suministro de potencia. El
diseo de la parte de la parte de los materiales del computador es
enormemente influenciado por el sistema de programacin (software) el cual
normalmente se desarrolla al tiempo y constituye una parte integral del
sistema del computador total.
El diseo de un sistema digital requiere una secuencia de control que
comienza con la suposicin de la disponibilidad de variables de tiempo, este
es diseado como una variable de secuencia por medio de un estado o una
representacin equivalente para la transaccin entre estados. La secuencia
de control y las relaciones de transferencia registros pueden deducirse
directamente de la especificacin en palabras del problema, pero en algunas
ocasiones es conveniente utilizar una representacin intermedia para
describir la secuencia necesaria de operaciones del sistema.
La formacin binaria que se encuentre en un sistema digital es almacenada
en un procesador o en un registro de memoria y puede estar constituida por
datos e informacin de control, estos datos son elementos discretos que son
manipuladas por las microoperaciones. Siendo un algoritmo un
procedimiento para dar solucin a un problema especifico y un algoritmo
diseado es para configurar el problema con una pieza del equipo.
Un flujograma es una manera de expresar la secuencia de pasos de
procedimientos o instrucciones y la forma de tomar decisin respecto un
algoritmo. Este en un algoritmo diseado usa los nombres de las variables de
registro definidos de la configuracin inicial del equipo, y este consiste en un
diagrama de bloques conectados por medio de lneas directas y dentro de
estos bloques encuentran las instrucciones para la configuracin.
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Registro de Condicin
Las magnitudes relativas de dos nmeros pueden ser determinadas restando
un nmero de otro y luego combinando ciertas condiciones de los bits en la
diferencia resultante. Si los dos nmeros estn sin signo las condiciones de
los bits de algn inters, son el arrastre de salida y un resultado posible de
cero. Si los dos nmeros incluyen un bit de signo en la posicin de mayor
orden, las condiciones principales de los bits, son el signo del resultado, una
indicacin de cero y una condicin de sobrecapacidad (M. Morris Mano,
1982, Lgica Digital y Diseo de Computadores).
Es conveniente algunas veces suplementar el ALU con un registro de
condicin donde se almacenan aquellas condiciones de los bits para anlisis
posterior. El estado de los bits de condicin se llama algunas veces cdigo
de condicin de los bits o bits indicadores.
Memoria Scratchpad
La memoria Scratchpad o memoria de acceso rpido denominada Bloc de
notas se encuentra situada en la RAM interna de la posicin 30H a 7FH. Est
se utiliza para el almacenamiento temporal de los clculos, los datos y otros
trabajos en curso, esta memoria es ms gil que la memoria RAM externa al
micro-controlador, pero la RAM externa puede tener una capacidad suficiente
para cualquier aplicacin (64KB), el rea Scratchpad est limitada a 96
Bytes.
Diseo de Lgica de Control
La lgica de diseo de un sistema digital es un proceso para deducir los
circuitos digitales que realizan datos de procesamientos y de circuitos
digitales que suministran seales de control.
Actualmente se utilizan sistemas asistidos por computador para automatizar
este proceso, a pesar de todo el desarrollo del mismo y el anlisis del
sistema no pueden ser automatizados y requieren del razonamiento mental
del diseador humano.
Para ello se utilizan los algoritmos diseados para representar de una
manera secuencial y organizada la configuracin del diseo lgico de una
pieza del equipo.
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La lgica de control permite que todos los registros de un sistema digital se
puedan controlar por medio de pulsos de un reloj maestro, los cuales se
aplican a todos los flip-flop y los registros del sistema. Estos pulsos no
cambian el estado de un registro a no ser que el registro se habilite por la
seal de control.
Organizacin del Control
Una vez que se haya establecido la secuencia de control se puede disear el
sistema secuencial que configura las operaciones de control. Los mtodos de
diseo que se usan, estados y tablas de excitacin pueden usarse en teora,
pero en la prctica son engorrosos y difciles de manejar. Adems los
circuitos de control obtenidos en este mtodo requieren un gran nmero de
flip-flops y compuertas.
El principal objetivo de la organizacin del control debe ser el desarrollo de
un circuito que configure la secuencia de control deseada de una manera
lgica y directa.
Debido a esto se usan mtodos para el diseo que pueden ser considerados
como una extensin del mtodo lgico secuencial, estos son:
1. Mtodo de un flip-flop por estado: Este mtodo usa un flip-flop porestado en el circuito secuencial de control. Solamente pone a uno un flip-flop
en un tiempo dado, los dems se ponen a cero.
2. Mtodo del registro de secuencia y el decodificador: Este mtodo usaun registro para darle secuencia a los estados del control. El registro se
decodifica para suministrar una salida por cada estado.
3. Control PLA: El control del PLA es esencialmente similar al registro desecuencia y al mtodo del decodificador excepto que todos los circuitos
combinacionales se configuran con un PLA, incluyendo el decodificador y la
lgica de conexin.
4. Control de microprograma: El propsito de la unidad de control es iniciaruna serie de pasos secuenciales de micro-operaciones. Durante cualquier
tiempo dado se deben iniciar ciertas operaciones mientras que otras
permanecen latentes. As, las variables de control en un tiempo dado pueden
ser representadas por una cadena de 1 o 0 llamada palabra de control.
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Dichas palabras pueden ser programadas para iniciar las diferentes
componentes en el sistema de una manera organizada.
Control de Componentes Alambrados
La representacin bsica de el control alambrado es la de generar las
seales de control por medio de circuitos secuenciales. La ventaja principal
de esta forma de generar las seales de control es que la velocidad de
ejecucin de las micro-operaciones es mayor que en el control micro-
programado.
Su desventaja principal es la rigidez de la unidad de control: el cambiar o
agregar instrucciones a la CPU implica redisear y reconstruir toda la Unidad
de Control.
Para realizar el alambrado es necesario elaborar un diseo lgico de control,
el cual se lleva a cabo mediante 5 pasos:
1. se asume el problema.
2. se asume una configuracin inicial del equipo.
3. se formula el algoritmo.
4. se especifica la parte del procesador de datos.
5. se disea la lgica de control.
Control de Micro-programa.
Se llama microprograma a la secuencia de palabras de control necesarias
para ejecutar una instruccin.
La idea central del control micro-programado es la de almacenar en una
memoria el patrn de unos y ceros que representan las variables de control
de los registros.
Se le llama Palabra de Control o microinstruccin al patrn de unos y cerosque representa las seales de control de los registros necesarios para
ejecutar una micro-operacin.
Las caractersticas relevantes de una Unidad de Control Micro-programada
son los siguientes:
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* Los microprogramas almacenados en la memoria de control definen el
conjunto de instrucciones de la computadora. De ah que es posible cambiar
el conjunto de instrucciones cambiando solo el contenido de la memoria de
control. Esto ofrece mucha flexibilidad tanto al diseador como al usuario.
* Ya que no es frecuente que se cambien las microinstrucciones
almacenadas en la memoria de control, es muy comn utilizar ROM para
implementar esta memoria de control.
* La ejecucin de cualquier instruccin implica varios accesos a la memoria
de control, por lo que la velocidad de esta memoria juega un papel muy
importante en la velocidad de ejecucin de la computadora.
Control de la Unidad Procesadora
Se debe hacer provisin para incluir todas las variables de control posibles
en el sistema y no solamente para controlar un ALU. El multiplexor y los bits
seleccionados deben incluir todos los dems bits de condicin posibles que
se quieran comprobar en el sistema.
Para construir microprogramas correctos es necesario especificar
exactamente como el bit de condicin es afectado por cada micro-operacin
en el procesador. Los bits S (signo) y Z (cero) estn afectados por todas las
operaciones. Los bits C (arrastre) y V (sobrecapacidad) no cambian despusde las siguientes operaciones del ALU:
1. Las cuatro operaciones OR, AND, OR-exclusiva y complemento.
2. Las operaciones de incremento y decremento.
Para las dems operaciones, el bit de arrastre del ALU va al bit C del
registro de condicin. El bit C se afecta tambin despus de un
desplazamiento circular con operacin de arrastre.
Control a Base de Componentes conectados
Consiste en el desarrollo de un algoritmo aritmtico y de un mtodo diferente
para disear la lgica de control. En este mtodo se desarrolla en primer
plano un algoritmo, diseado conjuntamente con la con la configuracin de
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los materiales (Componentes) que conforma la parte procesadora del
sistema.
Control PLA (Programmable Logic Array Arreglo Lgico Programable)
Es un tipo de dispositivo lgico programable utilizado para implementar
circuitos lgicos combinacionales. Tambin posen componentes LSI que
pueden configurar cualquier circuito conbinacional.
Es esencialmente similar al registro de secuencia y al mtodo del
decodificador excepto que todos los circuitos combinacionales se configuran
con un PLA, incluyendo el decodificador y la lgica de decisin
El PLA tiene un conjunto de planos programables, puerta AND, que luego se
pueden complementar un condicional para producir una salida. Estadisposicin permite que un gran nmero de funciones lgicas pueda ser
sintetizado en la suma de los productos (y, a veces producto de sumas) de
formas cannicas.
Secuenciador del Micro-programa
Es un circuito lgico sencillo que permite realizar la ejecucin en secuencia
de un conjunto de instrucciones muy elementales llamadas
microinstrucciones (no confundir con las instrucciones propias del lenguaje
mquina). Cada microinstruccin contiene las seales de control que se
enviarn a la UP, junto a una serie de bits que permitirn seguir el
secuenciamiento. Es decir, Es el centro neurlgico de gestin, control y
planificacin del microprocesador, por tanto su funcin es fundamental para
el desarrollo de cualquier instruccin software.
Configuracin del sistema.
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Cada bloque representa un registro, excepto por la memoria, el generador
del reloj maestro y la lgica de control. Esta configuracin se supone que
satisface la estructura del sistema final. El nombre de cada registro se
describe dentro del bloque, conjuntamente con la designacin simblica en
parntesis.
El generador de reloj es una fuente de pulsos de reloj comn, por lo generalun oscilador, el cual genera un tren peridico de pulsos.
La unidad de memoria tiene una capacidad de 4.096 palabras de 16 bits
cada una. Esta capacidad es suficientemente larga para un proceso
significativo. Son necesarios 12 bits de una instruccin para especificar la
direccin de un operando, el cual deja 4 bits para la parte de la instruccin. El
tiempo de acceso de la memoria se asume que es menor que un
milisegundo, de manera que la palabra puede leerse o escribirse durante el
intervalo entre dos pulsos del reloj.
La parte del computador digital que se va a disear se descompone en
subunidades de registros los cuales son:
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Instrucciones de computador.
El numero de instrucciones disponibles en un computador y su eficiencia en
resolver el problema entre manos, es una buena indicacin de lo bien que el
diseador del sistema previo la aplicacin que se requera de la maquina.
Los sistemas de cmputo mediano y de gran escala, pueden tener cientos de
instrucciones, mientras que la mayora de computadores pequeos limitan la
lista a menos de 100. Las instrucciones se deben escoger con cuidados para
imprimir las caractersticas suficientes del sistema con el fin de resolver un
amplio rango de problemas de procesamiento de datos. Los requerimientos
mnimos de tal lista deben incluir una capacidad para almacenar y cargar
palabras de la memoria, un conjunto suficiente de operaciones aritmticas y
lgicas, algunas propiedades de modificacin de direcciones, bifurcacin
incondicional, bifurcacin bajo condiciones de prueba, propiedades de
manipulacin de registro e instrucciones I/0. La lista de instrucciones
escogidas para el computador pretende ser la mnima requerida para un
procesador de datos prctico pero restringido.
El diseo simblico es una palabra de tres letras y representa una
abreviacin que va a ser usada por programadores y usuarios cuando se
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escriben programas simblicos para el computador. EL cdigo hexadecimal
listado es un nmero hexadecimal equivalente al cdigo binario adoptado por
el cdigo de operacin. Una instruccin de referencia de memoria usa un
digito hexadecimal (4 bits) para el cdigo de operacin; los tres dgitos
hexadecimales restantes (12 bits) de la instruccin representan una direccin
designada por la letra m. Cada instruccin tiene una breve descripcin en
palabras y se especifica ms precisamente en la columna de funcin con una
proposicin de macro-operacin.
Instrucciones de referencia de registros:
Cada instruccin de referencia de registro tiene un cdigo de operacin 0110
(hexadecimal 6) y contiene un solo 1 en uno de los 12 bits restantes de la
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instruccin. Estas instrucciones se especifican cuatro dgitos hexadecimales,
los cuales representan todos los 16 bits de una palabra de instruccin.
Instrucciones de entrada salida:
El computador tiene cuatro instrucciones de entrada y salida que se listan en
la tabla de instrucciones de entrada-salida. Estas instrucciones tienen un
cdigo de operacin 0111 (hexadecimal 7) y cada una contiene un 1 en
solamente uno de los 12 bits restantes de la palabra de instruccin. Las
instrucciones de entrada salida se especifican en cuatro dgitos
hexadecimales comenzando con 7.
Sincronizacin de tiempo y control
Todas las operaciones del computador estn sincronizadas por un generador
de tiempo maestro cuyos pulsos de reloj se aplican a todos los flips-flops del
sistema. Adems est disponible cierto nmero de variables de tiempo en la
unidad de control para darle secuencia a la operacin en el orden adecuado.
Esas variables de tiempo se designan como t0, t1, t2 y t3 y se muestran a
continuacin:
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Ejecucin de instrucciones:
Fase de bsqueda Lectura de la instruccin y bsqueda de los operando
Fase de ejecucin Ejecucin de la instruccin
Bsqueda:
Extraer de la memoria
Incrementar el contenido
Determinar la instruccin
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Localizar operandos
Leer operandos
Ejecucin:
Ejecutar
Almacenar
Volver
Diseo del registro del computador
Este registro debe tener condicin de incremento y transferencia. Se puede
configurar por medio de un contador con carga en paralelo, como el PC
recibe entrada de dos fuentes, este requiere un multiplexor para seleccionar
entre dos entradas. Los otros registros se disean de manera similar.Los tipos de registros necesarios para el computador son los siguientes:
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Diseo del control:
La unidad de control del computador genera las variables de control para los
registros y unidad de memoria. Hay 24 variables de control diferentes as
como tambin 3 mtodos para el diseo de la lgica de control:
l. Control con Componentes Alambrados:
El registro de secuencia G en este caso es un contador y el decodificador de
tiempo entrega cuatro estados de control para el sistema. Un segundo
decodificador se usa para el cdigo de operacin almacenado en el registro I.
A su vez el bloque de la red de lgica de control genera todas las funciones
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de control para el computador. Y la configuracin de la red de lgica
completa el diseo del control con componentes alambrados.
II. El Control PLA:
Es similar al mtodo de registro de secuencia y decodificador, excepto que
todos los circuitos de combinaciones se configuran dentro del PLA. Los dos
decodificadores se incluyen dentro de la configuracin del PLA ya que ellos
son circuitos de combinaciones.
Es de inters aclarar que el nmero de salidas de control y el nmero total
de terminales de entrada PLA son de 24.
El Control del Microprograma:
El control del microprograma no necesita los registros I, G y F. El cdigo de
operacin est en B(OP) y al final del ciclo de bsqueda puede ser usado
para especificar una direccin de macro operacin para la memoria de
control sin necesidad de un registro I. Las variables de tiempo generadas en
el registro de secuencia G pueden ser remplazadas por una secuencia de
pulsos de reloj que leen microinstrucciones consecutivas de la memoria de
control. La parte de secuencia de direccin del control del microprograma
necesita solamente tres operaciones:
1. Incrementar el CAR para leer la siguiente microinstruccin en secuencia.
2. Borrar el CAR para iniciar el ciclo de bsqueda
3. Entregar la trasformacin de bits del B(OP) a una direccin externa del
CAR
Consola del computador:
Una computadora personal u ordenador personal, tambin conocido como
PC (sigla en ingls de personal computer), es una microcomputadora
diseada en principio para ser usada por una sola persona a la vez. (En el
habla habitual, las siglas PC se refieren ms especficamente a la
computadora compatible IBM PC.) Una computadora personal es
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generalmente de tamao medio y es usado por un solo usuario (aunque hay
sistemas operativos que permiten varios usuarios simultneamente, lo que es
conocido como multiusuario).
Una computadora personal suele estar equipada para cumplir tareas
comunes de la informtica moderna, es decir permite navegar por Internet,
escribir textos y realizar otros trabajos de oficina o educativos, como editar
textos y bases de datos. Adems de actividades de ocio, como escuchar
msica, ver videos, jugar, estudiar, etc.
En cuanto a su movilidad podemos distinguir entre computadora de escritorio
y computadora porttil. Dentro del conjunto de las computadoras porttiles
estn las llamadas computadoras porttiles de escritorio.
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Conclusin
Se puede concluir que la lgica de diseo de un sistema digital consiste en el
proceso de deducir los circuitos digitales que realizan datos de
procesamientos y los circuitos digitales que suministran seales de control; y
a su vez crear algoritmos y generar procesos que realicen las funciones o
tareas que se desea.
El control alambrado y el control micro-programado son similares en el hecho
de que ambos se utilizan para generar las seales de control, pero se
diferencian en que el control alambrado tiene una velocidad mayor de
ejecucin de las micro-operaciones que el control micro-programado; y que
este ltimo se basa en almacenar en una memoria el patrn de 1s y 0s que
representan las variables de control de los registros. Formando parte del
control micro-programado, est el termino Palabra de Control omicroinstruccin, que es el patrn de 1s y 0s que representa las seales de
control de los registros necesarios para ejecutar una micro-operacin.
Un sistema est configurado por registros, la memoria, el generador del reloj
maestro y la lgica de control, donde el reloj es una fuente de pulsos de reloj
comn, el cual genera un tren peridico de pulsos y la unidad de memoria
tiene una capacidad de 4.096 palabras de 16 bits cada una. Los sistemas de
cmputo mediano y de gran escala, pueden tener cientos de instrucciones,
mientras que la mayora de computadores pequeos limitan la lista a menos
de 100, entre las cuales se encuentran instrucciones de memoria, deregistros y de entrada y salida.
Todas las operaciones del computador estn sincronizadas por un generador
de tiempo maestro cuyos pulsos de reloj se aplican a todos los flips-flops del
sistema. Adems est disponible cierto nmero de variables de tiempo en la
unidad de control para darle secuencia a la operacin en el orden adecuado.
Para ejecutar las instrucciones existen dos fases, la fase de bsqueda y fase
de ejecucin.
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BIBLIOGRAFA
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