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Arquitectura de computadores Tarea 2 - Explicar métodos de conversión y los registros de un procesador 8086

Jaime David Álvarez Villota Código: 1.13.084.798

Tutor: Anyelo Gerley Quintero

Universidad nacional abierta y a distancia unad San Juan de Pasto (Nariño) Arquitectura de computadores Marzo 2020

INTRODUCCION

En este documento vamos a conocer como se resuelven métodos de conversión entre los tres sistemas numéricos computacionales más importantes y explicar adecuadamente los registros que conforman un procesador 8086 así como las características de las arquitecturas CISC y RISC con el propósito de identificar claramente la arquitectura predominante en los sistemas computacionales.

OBJETIVOS 

Explicar mediante un cuadro sinóptico los sistemas numéricos (Sistema decimal, Sistema binario y Hexadecimal) y la conversión entre todos estos tres sistemas



Ilustrar de una manera clara y creativa una infografía en el cual muestre los registros de un procesador 8086.



Explicar mediante un cuadro comparativo las características de las arquitecturas CISC y RISC.

1. Explicar mediante un cuadro sinóptico los sistemas numéricos (Sistema decimal, Sistema binario y Hexadecimal. Conversión entre todos estos tres sistemas: Decimal a Binario, Decimal a Hexadecimal, Binario a Decimal, Binario a Hexadecimal, Hexadecimal a Decimal, Hexadecimal a Binario). Cada conversión debe tener una breve explicación y ejemplo. Operaciones matemáticas básicas en base dos (explicar y citar ejemplos), operaciones lógicas en base dos (explicar y citar ejemplos).

SISTEMAS NUMERICOS

Sistema decimal

Este sistema de numeración es el más usado, tiene como base el número 10, o sea que posee 10 dígitos (o símbolos) diferentes (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9) a los que se otorga un valor dependiendo de la posición que ocupen en la cifra: unidades, decenas, centenas, millares, etc.

Sistema binario

Es un sistema de numeración en el que los números se representan utilizando solamente las cifras (0 y 1). Es el que se utiliza en las computadoras, debido a que trabajan internamente con dos niveles de voltaje por lo cual su sistema de numeración natural es el sistema binario (encendido 1, apagado 0)

Sistema hexadecimal

Es un sistema numérico en base 16 y utiliza los digitos 0 a F. el sistema de numeración es una bse que es potecia exacta de 2 o dela numeración binaria. Esta característica hace que la conversión a binario o viceversa sea bastante simple. E sistema hexadecimal usa 16 digitos (0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F) y tienen el mismo valor que el sistema de numeración decimal hasta el 9, las letras tienen el valor de A=10 B=11 C=12 D=13 E=14 E=15

Decimal a Binario: Se divide el número Del Sistema decimal entre 2, cuyo resultado entero se vuelve a dividir entre 2, hasta que el número a dividir sea 1 finaliza la división

Conversiones

Decimal a hexadecimal: Se divide el número del sistema decimal entre 16 cuyo resultado se vuelve a dividir entre 16 y así sucesivamente hasta que el dividendo sea menor que el divisor

Binario a Decimal: Se escribe el número binario y listo las potencias de 2 de derecha a izquierda

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Conversiones

Binario a hexadecimal: busca una línea de hasta 4 números binarios para hacer la conversión

Hexadecimal a decimal: primero, convertir el número hexadecimal a binario, y después, el binario a decimal

Ejemplo

Ejemplo

Conversiones Hexadecimal a binario: de cada número hexadecimal se remplaza por su valor en binario y se juntan todos los grupos

Ejemplo

Operaciones matemáticas básicas en base dos

Suma: Es la operación matemática que consiste en sumar desde la derecha, en nuestro ejemplo, 1 + 1 = 10, entonces escribimos 0 en la fila del resultado y llevamos 1 (este "1" se llama arrastre). A continuación, se suma el acarreo a la siguiente columna: 1 + 0 + 0 = 1, y seguimos hasta terminar todas las columnas

Ejemplo

Resta: Se trata de una operación de descomposición la resta 0 - 1 se resuelve, igual que en el sistema decimal, tomando una unidad prestada de la posición siguiente: 10 - 1 = 1 y me llevo 1, lo que equivale a decir en decimal, 2 - 1 = 1. Esa unidad prestada debe devolverse, sumándola, a la posición siguiente.

Ejemplo

Multiplicación Es una operación aritmética de composición, el algoritmo del producto en binario es igual que en números decimales; aunque se lleva cabo con más sencillez, ya que el 0 multiplicado por cualquier número da 0, y el 1 es el elemento neutro del producto.

Ejemplo

División Es una operación aritmética de descomposición, la división en binario es similar a la decimal, la única diferencia es que, a la hora de hacer las restas, dentro de la división, estas deben ser realizadas en binario.

SISTEMAS NUMERICOS

La función OR es equivalente a la conjunción "O" de nuestra lengua, también denominada suma lógica. Al aplicar esta función sobre dos variables (A y B), el resultado (S) será el siguiente: Si al menos una de las dos variables tiene un valor verdadero (1), entonces el resultado será verdadero. Para esta función con dos variables son posibles cuatro combinaciones.

Operaciones lógicas en base dos

La función AND es equivalente a la conjunción "Y" de nuestra lengua, denominada también multiplicación lógica. Al aplicar esta función sobre dos variables (A y B), el resultado (S) será el siguiente: El resultado será verdadero si y sólo si, A y B son verdaderos. La función XOR Esta operación lógica consiste en un negador de 2 variables, en las cuales, una variable es la que se desea negar y la otra variable es la de control para la negación.

La función NOT consiste en negar el estado de una variable, es decir, invertir el resultado lógico que contenía la variable antes de aplicarle la negación lógica, dicha función como bien mencione líneas atrás, solo sirve para una sola variable.

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

Ejemplo

2. Ilustrar de una manera clara y creativa una infografía (no puede ser copiada de la web) en el cual muestre los registros de un procesador 8086. Nota: No se aceptan enlaces o vínculos hechos en alguna herramienta o aplicación en línea, esta infografía si se diseña en algún tipo de aplicación debe ser exportada y copiada directamente en el documento.

3. Explicar mediante un cuadro comparativo las características de las arquitecturas CISC y RISC. Las características deben estar clasificadas categorías (Tipos de instrucciones, Relación con la memoria, tipo de ejecución, tipo de formato, Cantidad de instrucciones, modos de direccionamiento, Tipos de modos de direccionamiento, conjunto de registros, canalización, tipos de complejidad en cuanto al compilador y microprogramas, formas de llevarse a cabo los saltos condicionales.

Tipos de instrucciones

Arquitectura CISC Tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y permitir operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos. Permite operaciones complejas entre operando situados en la memoria o en los registros internos

Arquitectura RISC Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.

La velocidad del procesador en relación con la memoria Relación con la de la computadora que memoria accedía era cada vez más alta Tipo de Arquitectura Memoria – Arquitectura Registro – ejecución Memoria. Registro. Varios formatos de Casi todas las instrucciones Tipo de formato direccionamiento. pueden ejecutarse dentro de un ciclo de reloj. Los microprocesadores CISC Las instrucciones, aunque tienen un conjunto de con otras características, instrucciones que se siguen divididas en tres Cantidad de caracteriza por ser muy grupos: instrucciones amplio y permitir operaciones  Transferencia. complejas entre operandos  Operaciones. situados en la memoria o en  Control de flujo. los registros internos. Muchos modos de Arquitectura del tipo loadModos de Direccionamientos. store (carga y almacena). direccionamiento Las maquinas CISC tienen Las máquinas RISC disponen Tipos de modos más de una docena de de apenas cinco modos de de modos de direccionamiento, direccionamiento simple. direccionamiento algunos de ellos demasiado complejos. El procesador trae cientos de Un conjunto de registros registros y se necesitan homogéneo, permitiendo que Conjunto de muchos pasos y ciclos de cualquier registro sea registros reloj para realizar una sola utilizado en cualquier operación. contexto y así simplificar el

diseño del compilador.

Para cada paso de canalización, o un máximo de 10 ciclos de reloj por instrucción. Para dos instrucciones, se necesita un máximo de 12 ciclos de reloj (10+2=12 en lugar de 10*2=20), dado que la instrucción anterior ya se encontraba en la canalización. Ambas instrucciones se procesan simultáneamente, aunque con una demora de 1 o 2 ciclos de reloj. Para 3 instrucciones, se necesitan 14 ciclos de reloj, etc.

La clave de la canalización es que el procesador pueda comenzar a leer la siguiente instrucción tan pronto como termine la última instrucción, significando esto que ahora dos instrucciones se están trabajando (una está siendo leída, la otra está Canalización comenzando a ser decodificada), y en el siguiente ciclo habrá tres instrucciones. Mientras que una sola instrucción no se completaría más rápido, la siguiente instrucción sería completada enseguida. La ilusión era la de un sistema mucho más rápido. La microprogramación es una Todas las operaciones característica importante y complejas se trasladan al esencial de casi todas las microprocesador por medio arquitecturas CISC. de conexiones fijas en el circuito integrado para agilizar Como, por ejemplo: las instrucciones básicas más Intel 8086, 8088, 80286, importantes. De esta manera, 80386, 80486. el compilador asume la Motorola 68000, 68010, función de un mediador 68020, 68030, 6840. inteligente entre el programa de aplicación y el La microprogramación microprocesador. Es decir, se Tipos de significa que cada instrucción hace un gran esfuerzo para complejidad en de máquina es interpretada mantener al hardware tan cuanto al por una microprograma simple como sea posible, aún compilador y localizado en una memoria en a costa de hacer al microprogramas el circuito integrado del compilador procesador. considerablemente más complicado. Esta estrategia se encuentra en clara contra posición con las máquinas CISC que tienen modos de direccionamiento muy complicados. En la práctica, la existencia en algunos modos de direccionamiento complicados en los microprocesadores CISC,

hacen que tanto el compilador como el microprograma sean muy complicados.

  

 Formas de llevarse a cabo los saltos condicionales 

Saltos Salta a la etiqueta jmp etiqueta Salta a la etiqueta si el bit de cero está activo (jump equals) je etiqueta jne etiqueta (si no está activo) Salta a la etiqueta si el bit de transporte está activo (jump carry) jc etiqueta jnc etiqueta (si no está activo) Salta a la etiqueta si el bit de desbordamiento está activo (jump overflow) jo etiqueta

Las instrucciones de brinco condicionales inmediatas (BEQI, BNEI, BLTI, BGTI) realizan la comparación de los registros y su respectivo salto en un solo ciclo de reloj. En estas instrucciones la dirección de salto es de 12 bits, permitiendo lo que conocemos como saltos relativos en una ventana de 4K hacia adelante y hacia atrás de la posición actual del registro contador de programa. Para poder hacer saltos condicionales sobre todo el mapa de la memoria de programa usamos las instrucciones BEQ, BNE, BLT y BGT en conjunto con la instrucción de comparación CMP, tomando dos ciclos para realizar tanto la comparación como el brinco condicional.

CONCLUSONES Se establecieron los procesos y pasos a seguir para las conversiones de binario a decimal y hexadecimal para validar procesos de trasmisión de información y ejecución de procesadores. Se estableció la importancia de la estructura y funcionamiento de la CPU en cuanto a los registros, ciclos de instrucción, segmentación de instrucciones y manejo de interrupciones y tras la verificación de las características de las arquitecturas CISC y RISC se determinaron diferencias claras en los procesos, lenguajes, arquitecturas entre otras de los procesadores vitales para el funcionamiento de los computadores.

BIBLIOGRAFIA

Andonegui, M. (15 de 03 de 2007). El sistema numérico decimal. [N.p.]: Corporación Andina de Fomento (págs.1 - 29). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2051/login.aspx?direct=true&db=edsebk&AN =804505&lang=es&site=eds-live Operaciones matemáticas basicas con base dos recuperado de: https://miprofe.com/operaciones-con-numeros-binarios/ Operaciones lógicas como base dos recuperado de: http://platea.pntic.mec.es/~lgonzale/tic/binarios/logica.html Clasificación de los Microprocesadores. (2005). Ediciones Paraninfo, S.A. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2051/login.aspx?direct=true&db=edsgvr&AN =edsgcl.4054500066&lang=es&site=eds-live Arquitecturas de Microprocesadores. (2005). Ediciones Paraninfo, S.A. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co/login?url=http://search.ebscohost.com/login. aspx?direct=true&db=edsgvr&AN=edsgcl.4054500068&lang=es&site=eds-live