path: root/etc/n2.lyx

#LyX 2.3 created this file. For more info see http://www.lyx.org/
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\end_header

\begin_body

\begin_layout Standard
La 
\series bold
CPU
\series default
 (
\emph on
Central Processing Unit
\emph default
) es un bloque lógico complejo que ejecuta instrucciones de un programa
 escrito de acuerdo a un juego de instrucciones o 
\series bold
ISA
\series default
 (
\emph on
Instruction Set Architecture
\emph default
).
\end_layout

\begin_layout Section
Componentes combinacionales sencillos
\end_layout

\begin_layout Paragraph

\series bold
Decodificador
\end_layout

\begin_layout Standard
Tiene 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 líneas de entrada y 
\begin_inset Formula $2^{n}$
\end_inset

 de salida, y para cada valor posible de la entrada, una y sólo una línea
 de salida tiene el valor 1.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado14.png

\end_inset


\begin_inset Graphics
	filename pegado15.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Paragraph

\series bold
Multiplexor
\end_layout

\begin_layout Standard
Tiene 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 líneas de entrada de control y 
\begin_inset Formula $2^{n}$
\end_inset

 de datos, y devuelve en su única línea de salida la línea de datos indicada
 por las de control.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado18.png

\end_inset


\begin_inset Graphics
	filename pegado19.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Paragraph

\series bold
Desplazador
\end_layout

\begin_layout Standard
Recibe una palabra de 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 bits y devuelve otra de 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 bits resultado de desplazar a la izquierda o a la derecha la palabra de
 entrada un cierto número de bits, que suele ser fijo.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado16.png
	width 100text%

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado17.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Paragraph

\series bold
Extensor de signo
\end_layout

\begin_layout Standard
Recibe un entero de 
\begin_inset Formula $m$
\end_inset

 bits con signo y devuelve el mismo en 
\begin_inset Formula $n$
\end_inset

 bits (
\begin_inset Formula $n>m$
\end_inset

).
 En complemento a 2, esto equivale a replicar el bit de signo en los 
\begin_inset Formula $n-m$
\end_inset

 bits más significativos.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado20.png
	width 100text%

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado21.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Unidad aritmético-lógica
\end_layout

\begin_layout Standard
Una 
\series bold
ALU
\series default
 (
\emph on
Arithmetic Logic Unit
\emph default
) es un circuito combinacional capaz de realizar operaciones aritméticas
 y lógicas sobre operandos de entrada para generar una salida.
 La operación a realizar viene dada por unos bits de control.
 Como ejemplo mostramos una ALU capaz de realizar las operaciones de conjunción
 (AND) y disyunción (OR) bit a bit; suma y resta detectando desbordamientos,
 y comparación de dos números (SLT, 
\emph on
set less than
\emph default
), comprobando si uno es mayor, menor o igual al otro.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado22.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
semisumador
\series default
 (
\emph on
half adder
\emph default
) recibe dos entradas y devuelve una salida con la suma, mientras que un
 
\series bold
sumador completo
\series default
 (
\emph on
full adder
\emph default
), que es lo que utilizamos, recibe tres entradas, dos con los sumandos
 y una de acarreo, y devuelve dos salidas para la suma y el acarreo.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado23.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Para implementar una ALU de 32 bits conectamos 32 ALUs de 1 bit conectando
 el acarreo de salida de un sumador con el de entrada del siguiente, obteniendo
 un 
\series bold
sumador con propagación del acarreo
\series default
 (
\emph on
ripple carry adder
\emph default
).
 Esto significa que los bits se calculan uno por uno, lo que es ineficiente,
 por lo que en la práctica se usan 
\series bold
circuitos con acarreo anticipado
\series default
 (
\emph on
look-ahead carry
\emph default
), que no veremos en este curso.
\end_layout

\begin_layout Standard
Restar equivale a sumar el minuendo con el opuesto del sustraendo, que se
 obtiene a su vez negando cada bit de este y sumando 1 al resultado (o estableci
endo el acarreo de entrada del sumador menos significativo a 1).
 Por su parte, podemos implementar la comparación (SLT) restando ambos números
 y comprobando el bit de signo del resultado.
 Nos queda por tanto lo siguiente:
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado24.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Aquí 
\begin_inset Quotes cld
\end_inset

Menor
\begin_inset Quotes crd
\end_inset

 es cero salvo para el bit menos significativo, que entonces es el resultado
 de la suma en el bit más significativo, indicado por 
\begin_inset Quotes cld
\end_inset

Comparación
\begin_inset Quotes crd
\end_inset

.
 Para el desbordamiento, nótese que ocurre si el resultado de la suma es
 negativo con ambos operandos positivos o positivo con ambos operandos negativos
 (si se trata de una resta, el signo del sustraendo se obtiene una vez éste
 ha sido negado), obteniendo el siguiente mapa de Karnaugh:
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Tabular
<lyxtabular version="3" rows="4" columns="6">
<features tabularvalignment="middle">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell multicolumn="1" alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
A,B
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell multicolumn="2" alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
00
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
01
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
11
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
10
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell multirow="3" alignment="center" valignment="middle" topline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
Res.
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell multirow="4" alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout

\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" leftline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
</lyxtabular>

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
La ALU nos queda de la siguiente forma:
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado25.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Tabular
<lyxtabular version="3" rows="1" columns="1">
<features tabularvalignment="middle">
<column alignment="center" valignment="top">
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Graphics
	filename pegado26.png

\end_inset


\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
</lyxtabular>

\end_inset


\begin_inset Tabular
<lyxtabular version="3" rows="6" columns="4">
<features tabularvalignment="middle">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<column alignment="center" valignment="top">
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
Op.
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Formula $R$
\end_inset


\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Formula $Op_{1}$
\end_inset


\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" topline="true" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
\begin_inset Formula $Op_{0}$
\end_inset


\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
AND
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
OR
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
ADD
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
SUB
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
0
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
<row>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" rightline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
SLT
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
<cell alignment="center" valignment="top" bottomline="true" usebox="none">
\begin_inset Text

\begin_layout Plain Layout
1
\end_layout

\end_inset
</cell>
</row>
</lyxtabular>

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Registros
\end_layout

\begin_layout Standard
Un registro es una concatenación de 
\emph on
flip-flops
\emph default
 que comparten las señales de reloj y de permiso de escritura.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado27.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado28.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Un 
\series bold
banco de registros
\series default
 es un conjunto de registros que pueden ser leídos y escritos selectivamente
 a través de 
\series bold
puertos de escritura
\series default
 y 
\series bold
puertos de lectura
\series default
.
 Se usan multiplexores y decodificadores para seleccionar los registros.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado29.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Section
Memoria
\end_layout

\begin_layout Standard
Las memorias 
\series bold
SRAM
\series default
 (
\emph on
Static Random Access Memory
\emph default
) son 
\emph on
arrays
\emph default
 de memoria usadas principalmente en caché por tener un tiempo de acceso
 muy corto.
 Llamamos 
\series bold
altura
\series default
 al número de posiciones direccionables y 
\series bold
anchura
\series default
 al número de bits por unidad de memoria.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado30.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Como direccionar una SRAM con un multiplexor sería demasiado costoso (por
 el tamaño), se usan líneas de salida compartidas (
\series bold
líneas de bits
\series default
) que permiten que varias fuentes compartan una sola línea de datos, utilizando
 un 
\series bold
\emph on
buffer
\emph default
 triestado
\series default
.
 Este tiene dos entradas (
\emph on
data
\emph default
 y 
\emph on
enable
\emph default
) y una salida (
\emph on
out
\emph default
), y la salida es igual a 
\emph on
data
\emph default
 si 
\emph on
enable
\emph default
 está activa y en otro caso permanece con alta impedancia permitiendo el
 uso de la línea de salida a los otros 
\emph on
buffers
\emph default
.
 Como todavía se requiere un decodificador a la entrada que sería demasiado
 grande, las memorias se organizan de forma bidimensional con decodificación
 en dos pasos.
\end_layout

\begin_layout Standard
\align center
\begin_inset Graphics
	filename pegado31.png

\end_inset


\end_layout

\begin_layout Standard
Las memorias 
\series bold
DRAM
\series default
 (
\emph on
Dynamic Random Access Memory
\emph default
) almacenan cada bit con un único transistor, con lo que son mucho más baratas
 y densas.
 Como la información se almacena en un condensador, este se va descargando,
 con lo que debe ser refrescada periódicamente, normalmente por un circuito
 en el propio chip, que lee su contenido y lo vuelve a escribir.
\end_layout

\end_body
\end_document