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Arquitectura de Computadoras
💡 Desafío: F(v, w, x, y, z) =^ Σ^ m1, m4, m7, m15, m18, m23, m24, m31)
resolver con MUX
El multiplexor es una parte muy importante para este tipo de cosas ya que es como un selector, hay que pensarlo como un IF en programación
Para conocer la cantidad de selectores de un Multiplexor, es necesario hacer la operación Log2(n), donde n es el numero de entradas del multiplexor.
Las variables mas significativas serán las equivalentes a los selectores, en el caso del desafío nuestros selectores serán v, w, y x
Implementar con decodificador binario 16 combinaciones que sean posibles con 2 variables, RECUERDA, 6 de ellas son las compuertas lógicas
Flip Flop tipo D
El Flip Flop tipo D es un tipo de circuito de memoria que almacena y retiene un bit de información. Tiene una entrada llamada D (data) que determina el valor que se va a almacenar y una entrada de reloj CLK que sincroniza el cambio de estado del Flip Flop.
Tabla de verdad
CLK D Q(t) Q(t+1) 0 x Q(t) Q(t) 1 0 Q(t) 0 1 1 Q(t) 1
Cuando el reloj CLK está en estado bajo 0 , el Flip Flop mantiene su estado actual (Q(t)). Cuando el reloj CLK está en estado alto 1 , el Flip Flop toma el valor de la entrada de datos D en ese momento y lo almacena en su estado siguiente Q(t+1)).
Información relevante
El Flip Flop tipo D se puede construir utilizando compuertas lógicas como compuertas AND, OR y NOT. Es utilizado en la construcción de circuitos secuenciales como contadores y registros. Puede ser utilizado para almacenar un bit de información y transferirlo en momentos específicos sincronizados por el reloj.
Procesadores
Los procesadores, también conocidos como unidades centrales de procesamiento CPU, por sus siglas en inglés), son componentes fundamentales en la arquitectura de las computadoras modernas. Estos dispositivos desempeñan un papel crucial al ejecutar instrucciones y realizar operaciones que permiten el funcionamiento de los sistemas informáticos. En este escrito, exploraremos las partes, tipos y funciones esenciales de los procesadores.
Partes Principales de un Procesador:
Unidad de Control CU Esta parte del procesador coordina y controla las operaciones. Interpreta las instrucciones del programa y dirige las señales a otras partes del procesador para ejecutarlas. Unidad Aritmético-Lógica ALU Encargada de realizar operaciones aritméticas (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones) y lógicas AND, OR, NOT en los datos procesados.
con sus propias ventajas y aplicaciones específicas.
Código One-Hot
En esta ocasión se implementara un contador de 0 a 7 por eso usamos únicamente en decimal del 0 al 7
Es importante diseñar el diagrama de transición entre estados para la realización del ejercicio
Teniendo el diagrama de estados sabemos que:
d0=q1xʼ+q7x
Sacar funciones restantes para el contador
d1=q0x+q2xʼ
d2=q1x+q3xʼ
d3=q2x+q4xʼ
d4=q3x+q5xʼ
Diagrama de estados de contador ascendente y descendente
d5=q4x+q6xʼ
d6=q5x+q7xʼ
d7=q6x+q0xʼ
El código one-hot es una técnica utilizada en la arquitectura de computadoras y en el diseño de procesadores de propósito específico. Consiste en asignar un único bit a cada estado o elemento en un conjunto de estados o elementos. Cada estado o elemento tiene su propio bit y solo uno de ellos está activo a la vez, mientras que los demás bits están en estado inactivo.
En el contexto de la arquitectura de computadoras, el código one-hot se utiliza para representar estados en máquinas de estado finito y para la implementación de contadores. Cada estado se representa mediante un conjunto de bits, donde solo uno de los bits está en estado activo y los demás están en estado inactivo. Esto permite una codificación sencilla y eficiente de los estados, ya que solo se requiere un bit para representar cada estado.
En el diseño de procesadores de propósito específico, el código one-hot se utiliza para la decodificación de instrucciones. Cada instrucción se representa mediante una combinación única de bits, donde solo uno de los bits está en estado activo y los demás están en estado inactivo. Esto facilita la identificación y decodificación de las instrucciones, ya que cada instrucción tiene su propio bit activo, lo que simplifica el circuito de decodificación.
El uso del código one-hot en la arquitectura de computadoras y en el diseño de procesadores de propósito específico presenta varias ventajas. En primer lugar, permite una codificación sencilla y eficiente de los estados o elementos, ya que solo se requiere un bit para cada estado o elemento. Además, facilita la identificación y decodificación de las instrucciones, lo que mejora el rendimiento y la eficiencia del procesador. Además, el código one-hot ofrece una mayor seguridad, ya que es más difícil para un programa malicioso alterar los estados o elementos representados mediante este código.
En resumen, el código one-hot es una técnica utilizada en la arquitectura de computadoras y en el diseño de procesadores de propósito específico para representar estados, elementos o instrucciones. Proporciona una codificación sencilla y eficiente, mejora el rendimiento del procesador y ofrece mayor seguridad en la representación de estados o elementos.
La arquitectura Von Neumann es un diseño fundamental en el campo de la arquitectura de computadoras. Se caracteriza por tener una unidad central de procesamiento CPU que ejecuta instrucciones almacenadas en memoria y opera en base a un modelo secuencial de ejecución. A continuación, se resumen sus aspectos clave:
Memoria Principal: Es la encargada de almacenar tanto los datos como las instrucciones de los programas. La CPU se conecta a la memoria principal a través de buses de control, datos y dirección. CPU La unidad central de procesamiento es responsable de ejecutar las instrucciones y realizar las operaciones aritméticas y lógicas en los datos. Las operaciones aritméticas incluyen suma, resta, desplazamiento aritmético y comparación, mientras que las operaciones lógicas incluyen AND, OR, XOR y desplazamientos lógicos. Arquitectura de Memoria de Acceso Aleatorio RAM La memoria principal se organiza de acuerdo con el modelo de acceso aleatorio. Esto significa que se puede acceder a cualquier ubicación de memoria en cualquier momento, lo que facilita el acceso a datos e instrucciones de manera eficiente.
La arquitectura Von Neumann es ampliamente utilizada en las computadoras modernas debido a su simplicidad y eficiencia en la ejecución de programas secuenciales. Sin embargo, también presenta limitaciones, como la dependencia en el acceso a la memoria y la imposibilidad de ejecutar instrucciones y acceder a datos simultáneamente.
En resumen, la arquitectura de computadoras Von Neumann se basa en una arquitectura de memoria compartida, donde la CPU y la memoria principal son componentes clave. Esta arquitectura ha sido fundamental en el desarrollo de las computadoras modernas y ha sentado las bases para muchos avances tecnológicos en el campo de la informática.
Memoria Principal
Almacena los datos y las instrucciones de los programas
Se une al CPU a través de un bus de 32 bits, que es un bus de control, bus de datos y bus de dirección
CPU
Operaciones Aritmeticas
suma (addition) resta (substraction) desplazamiento aritmetico a la derecha Shift Right Aritmethic) comparación Set Less Than)
Operaciones Lógicas
AND
OR
XOR
Desplazamiento Lógico a la Izquierda Desplazamiento Lógico a la Derecha
RAM Random Access Memory Memoria de Acceso
Arbitrario)
eficiencia en el acceso a instrucciones y datos, así como su capacidad de ejecutar programas secuenciales de manera rápida y segura.
En resumen, la arquitectura Harvard ofrece un mayor rendimiento, aprovecha el paralelismo de lectura, es eficiente en programas secuenciales, brinda mayor seguridad y se utiliza ampliamente en sistemas embebidos.
💡 Formula para calcular el rango donde “nˮ^ es el numero de bits^ 2^n-1,
2^n-1 1
Complemento a 2
Multiplicación de Booth
- @brief This function computes the product of two 16-bit integers by means
- of the Booth algorithm
- @param m the multiplicand
- @param q the multiplier
- @return int the product of the multiplication */ int booth_multiplier(int, int);
int main() { int multiplicand = 1000, multiplier 1000; int result = booth_multiplier(multiplicand, multiplier); return 0; }
int booth_multiplier(int m, int q) { int counter 8; int result 0x0000FFFF & q; int booth_modifier = 0x00000003 & result) 1; while (counter 0 { result = result 1; if (booth_modifier 1 || booth_modifier 2 result += m 15; else if (booth_modifier 3 result += m 16; else if (booth_modifier 4 result -= m 16; else if (booth_modifier 5 || booth_modifier 6 result -= m 15; booth_modifier 0x00000007 & result; result = result 1; counter--; }
💡 Macro:^ Plantilla de texto
Variables locales: Aquellas que se declaran en la función
Función de ra : guardar la dirección de la instrucción a la que
se debe regresar después de invocar a la función
Cuando no existe el riesgo que se pierda el valor de los argumentos, hay que usarlos directamente
En el circuito de GCD encontramos deltas que son acortadores de las operaciones GT y EQ, el siguiente estado va conectado a la memoria y a su vez la salida de la memoria es la entrada del siguiente estado y al final al decodificador.
fp : registro que delimita el inicio del marco de una función
sp: apunta hacia una dirección de memoria arriba de la pila,
indica donde comienza el espacio libre
Palabra: es la mínima unidad de información que puede
manejar la computadora
PC Program Counter Contador de programa) Almacena la
dirección de la instrucción que actualmente se esta
ejecutando
La pila no crece hacia mas infinito, crece hacia el 0
Las maquinas tipo RISC, MIPS, etc son de carga, almacenamiento y procesamiento
Si el valor de un temporal se usa mas una vez en la misma línea, se debe usar otro temporal, si no, se debe utilizar t0 como primera opción
CARGA, PROCESA, ALMACENA
Estos son los pasos que se deben seguir SIEMPRE para todo, por ejemplo, la siguiente instrucción:
en C
#int booth_mofier = 0x0000000003 & result) 1;
en RISCV
lw t0, 20(fp) #carga andi t0, t0, 0x3 #procesa slli t0, t0, 1 sw t0, 24(fp) #almacena
Compilación de WHILE
Se debe colocar un salto incondicional j #jump Se coloca una etiqueta del salto, en este caso a j .L Se compila el cuerpo del bucle Se compila la condición de iteración del bucle
Compilación de IF
Condicion de bifurcacion
Primero se carga el valor de la variable o las variables dentro del if El cuerpo del If siempre tendrá un salto incondicional, este sirve par omitir al else y salir del if.
Restricciones de compilación
Cuando una variable solo esta declarada pero sin ningún valor, no se ve reflejado en ensamblador, únicamente se deben reservar esos bits, aunque no sea inmediato
Para compilar en IF se debe usar el contrario al operador que se quiere usar, por ejemplo de = se usa !, para < se usa ≥ y así con todos.
Lograr ejecutar los programas conforme al flujo del programa, y dependiendo de las condiciones de avance
Por convención el valor de retorno debe almacenarse en el registro a
Los argumentos por convención se guardan en registros tipo a y se calculan de derecha a izquierda de acuerdo con el orden en el que son pasados a la función
Desensamble
Type S
sw ra, 32(sp)
Ensamblador puro solo usa BLE y BGE
- imm12
- rs2 ra
- rs1 sp
- funct3
- opcode:
- 0x
- la comparación hasta el salto y se multiplica por El salto es la comparación se hace contando el numero de instrucciones desde
- bge t1, t0, L Type B
- bge t1, t0,
- imm13
- rs2
- rs1
- funct3
- opcode
- 0x00535C
- imm21 Type j
- rd
- opcode
