Arquitectura de Computadoras

Ejercicios resueltos de la materia Arquitectura de Computadoras (2009). Realizado en el Segundo Cuatrimestre 2021

Unidad 0: Introducción a las Maquinas de Estados

Repaso de sistemas de numeración. Repaso de lógica combinacional. Lógica secuencial.: Flip-Flop RS sincrónico. Flip - Flop tipo D o Latch, Flip - Flop tipo T. Diagramas de tiempos. Contadores 2^n. Contadores 2*n. Registros. Registros de desplazamiento. Maquinas de estados.

Unidad 1: Tecnologia de los Circuitos Digitales

Introducción a la tecnología de circuitos integrados. Concepto de circuito semiconductor. Diodo. Transistor. Principios de funcionamiento. El transistor como elemento de conmutación. Transistores bipolares y unipolares. Utilización en circuitos integrados. Familias de integración. Características dinámicas. Tiempos de propagación. Retardos. Características eléctricas. Corrientes. Tensiones. Aplicaciones prácticas.

Unidad 2: Arquitectura de Computadoras

• Arquitectura de computadoras. Conceptos de arquitectura y estructura. Funciones básicas de un computador. Relación entre las funciones requeridas y la arquitectura del sistema. La arquitectura Von Neumann. Descripción básica de las unidades funcionales. Unidad central de proceso. Buses. Unidad de control. Unidad aritmético lógica. Memoria central. Interfaces de entrada-salida. Arquitecturas no Von Neumann. Diferencias y características. Análisis de rendimientos. Formas de mejorar el rendimiento de un sistema computador.
• Unidad central de procesos. Estructura interna. Registros de la U.C.P. Registros de uso general y registros dedicados. Interconexión con los restantes bloques del sistema. Funcionamiento de la Unidad aritmético lógica. Descripción de funcionamiento de la unidad de control.
• Concepto de instrucción. Código de operación. Operandos. Instrucciones de doble operando y operando único. Tipos de instrucción. Vinculación del juego de instrucciones de un procesador con la estructura del mismo.
• Interconexión entre partes. Bus. Concepto. Bus sincrónico y asincrónico. Protocolos de funcionamiento. Configuración maestro esclavo. Handshake. Otros protocolos.
• Ejecución de una instrucción por parte de la C.P.U. Ciclos de instrucción. Registros intervinientes. Ciclo de búsqueda y ejecución. Ejecución de un programa.
• Direccionamiento de memoria. Modos de direccionamiento. Direccionamiento directo e indirecto. Direccionamiento absoluto y relativo. Instrucciones que no acceden a memoria. Direccionamiento implícito.

Unidad 3: Introducción a los Lenguajes de Programación

• Lenguaje de máquina. Estructura de un programa en lenguaje de máquina.
• Lenguaje simbólico. Ensamblador. Conversión a lenguaje de máquina. Códigos mnemotécnicos. Descripción de funcionamiento de un programa ensamblador.
• Lenguaje de alto nivel. Ventajas y aplicaciones. Programa compilador. Programa interprete. Diferencias entre lenguajes interpretados y compilados. Ventajas y desventajas de cada uno.

Unidad 4: Unidad de Memoria

• La función de almacenamiento y su implementación. Jerarquías en las estructuras de memoria de un computador. Tecnologías de memorias aplicables a las distintas jerarquías. Clasificación de memorias. Tipos de memoria. Criterios para la clasificación.
• Memoria principal. Capacidad y estructura. Vinculación con los otros bloques de la computadora. Características circuitales. Configuraciones típicas. Consideraciones tecnológicas.
• Memoria caché. Capacidad y estructura. Fundamentos de su utilización. Vinculación con los otros bloques de la computadora. Características circuitales. Configuraciones típicas. Administración de la memoria cache. Técnicas de asignación. Técnicas de reemplazo. Influencia sobre el rendimiento de la CPU. Tiempo medio de acceso a memoria.
• Elementos para almacenamiento secundario. Características. Principios de funcionamiento.

Unidad 5: Comunicación con el Mundo Exterior

• Elementos o sistemas periféricos. Concepto. Interfaces de entrada-salida.
• Manejo de entrada-salida. Vinculación de la CPU con sus interfaces de entradasalida. Control por programa. Control por interrupciones. Control por acceso directo a memoria.
• Priorización de periféricos. Criterios de priorización. Implementación. Prioridad establecida por hardware o software. Técnicas de implementación de interrupciones. Tiempo real.
• Periféricos estándar. Vinculación entre la interfaz de entrada salida y el periférico controlado. Distintos tipos de interfaz. Interfaces de comunicaciones. Comunicación serie. UART. Comunicación serie sincrónica y asincrónica. Velocidad de transmisión. Baud. Ventajas y desventajas de las comunicaciones serie respecto de la comunicación paralelo. Protocolos y normas de comunicación. USB.
• Interfaces dedicadas: controladores.

Unidad 6: Introducción a las Arquitecturas Modernas

El concepto de arquitectura. Revisión de arquitecturas no Von Neumann. Introducción a las arquitecturas modernas. Arquitecturas CISC Arquitecturas tipo RISC: Características principales. Principios de funcionamiento. Comparación con las arquitecturas CISC:. La unidad de procesos y la mejora del rendimiento. Pipelining. Objeto de su existencia. Paralelismo de instrucciones. Otras arquitecturas de computadoras.