Componentes Fundamentales de la Unidad Central de Procesamiento (CPU)

1. ¿Qué es la ALU y cómo funciona?

   R: La Unidad Aritmético-Lógica (ALU) se encarga de realizar operaciones aritméticas (como suma, resta) y operaciones lógicas (como AND, OR o comparaciones de valores).

2. ¿Para qué sirven los registros en el procesador?

   R: Los registros sirven para almacenar internamente datos y el estado del procesador.

3. ¿Cuál es la función principal de los buses en una computadora?

   R: Permitir la transferencia de datos, direcciones y señales de control entre la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada/salida (E/S).

4. ¿Cómo colaboran la Unidad de Control, la ALU, los registros y los buses en una CPU?

   R: La Unidad de Control toma la instrucción y la envía a la ALU usando registros, y el resultado circula por los buses hacia la memoria o registros.

5. ¿Por qué es importante el Registro de Estado de control del flujo de ejecución?

   R: El Registro de Estado contiene banderas (flags) que reflejan el resultado de operaciones anteriores (como cero, negativo, acarreo o desbordamiento).

6. ¿Cómo se relacionan la memoria y la Unidad de Control en el funcionamiento de un sistema de cómputo?

   R: La Unidad de Control obtiene las instrucciones almacenadas en la memoria, estableciendo un vínculo directo entre el almacenamiento y el procesamiento.

7. ¿Cuál es la función principal de la ALU en un procesador y cómo se relaciona con la Unidad de Control?

   R: La ALU (Unidad Aritmético-Lógica) realiza operaciones matemáticas y lógicas. La Unidad de Control coordina estas operaciones, indicando a la ALU qué instrucción ejecutar y asegurando que los datos se muevan correctamente entre registros y memoria.

Modelos y Arquitecturas de Cómputo

4. Menciona los tipos de modelos de arquitectura en cómputo.

   R: Arquitectura de Von Neumann, Arquitectura de Harvard, Arquitectura RISC, Arquitectura CISC, Arquitectura de Multiprocesamiento.

6. Defina qué es una Arquitectura de Computadora.

   R: Son las partes y el funcionamiento de los elementos que forman una computadora. También se refiere a la interconexión de los elementos, lo que permite la programación en un lenguaje de bajo nivel o ensamblador.

7. ¿Cuál es la diferencia esencial entre la arquitectura de Von Neumann y la Harvard?

   R: Von Neumann usa una sola memoria y bus para datos e instrucciones, mientras que la arquitectura de Harvard las separa (memoria y buses independientes para datos e instrucciones).

Buses y Transferencia de Datos

9. Escribe y define la función de los tipos de buses que existen.

   • BUS DE DIRECCIONES: Transporta las direcciones de las ubicaciones de memoria o los dispositivos de E/S a los que se quiere acceder.
   • BUS DE DATOS: Transporta los datos entre los componentes del sistema.
   • BUS DE CONTROL: Transporta las señales de control y de estado que dirigen y sincronizan las operaciones, cómo las señales de lectura o escritura de memoria.

10. Dibuja el esquema con los elementos principales de una computadora.

    

    Defina cómo se utiliza el Bus de Datos y el Bus de Direcciones en una arquitectura de computadora.

    R: El Bus de Datos conecta o transporta los datos entre los componentes de la arquitectura de computadora. Está formado por los pines D0-D15, de tal forma que la palabra o registro de la memoria es de 16 bits, lo que puede almacenar dos caracteres ASCII del teclado o un número flotante de tamaño palabra, y en dos registros un número flotante con mayor exactitud (tamaño de doble palabra). El Bus de Direcciones forma la dirección de los registros de la memoria RAM.

Registros Específicos y Direccionamiento

11. ¿Qué tipos de registros existen en una arquitectura de computadora?

    R: Existen dos tipos principales:

    • Registros de memoria o externos: Son parte del mapa de memoria RAM y tienen la capacidad de almacenamiento del bus de datos.
    • Registros internos: Se encuentran dentro del microprocesador, tienen un nombre y uso específico, y su tamaño también es igual al bus de datos.

13. ¿Qué significan los pines AD0 hasta AD19 del microprocesador 8086?

    R: Son los pines del Bus de Datos (equivalente a 16 bits) y los pines del Bus de Direcciones (equivalente a 20 bits), los cuales equivalen al tamaño de la memoria RAM; es decir, $2^{20}$.

20. ¿Para qué sirven los registros internos?

    R: Están dentro del Microprocesador. En ellos se realizan las operaciones de un programa, es decir, se leen los datos que se procesan en la ALU y de igual forma se guardan los resultados. Su tamaño depende del bus de datos.

21. Defina cuáles son los Registros Internos de Propósito General.

    R: Son aquellos donde se pueden manipular los datos sin que se afecte al sistema. Están conformados por AX, BX, CX, DX. Se pueden dividir en una parte alta y una parte baja (Ejemplo: AX = AH, AL; BX = BH, BL).

22. Defina qué son los Apuntadores de Segmentos.

    R: Están formados por CS, DS, SS y ES. En ellos se guardan las direcciones de los bloques de memoria (de 64 KB) para las instrucciones (CS), los datos (DS), la pila (SS) y un segmento extra de datos (ES).

23. Defina qué son los Apuntadores de Desplazamiento.

    R: Son aquellos que permiten desplazarse dentro de un segmento. Pueden ser de tipo base (que guardan la dirección inicial del segmento) o de tipo índice (que permiten moverse dentro del segmento). Ejemplos: IP, SP, BP, SI, DI.

Multiprocesamiento e Interrupciones

5. ¿Qué es un Sistema de Multiprocesamiento y para qué se utiliza?

   R: Es una arquitectura donde se usan dos o más CPU que trabajan de manera conjunta para ejecutar varias tareas al mismo tiempo. Esto aumenta la velocidad de respuesta y la capacidad de cálculo.

18. ¿Cuál es la diferencia principal entre la Entrada/Salida Programada y la Entrada/Salida mediante Interrupciones?

    R: En la E/S programada, la CPU espera activamente a que los dispositivos estén listos, consumiendo tiempo de procesamiento. En la E/S mediante interrupciones, los dispositivos notifican a la CPU cuando la necesitan, permitiendo que esta ejecute otras tareas mientras tanto.

19. ¿Para qué sirven las interrupciones?

    R: Son mecanismos que interrumpen la ejecución de un proceso. Pueden ser de hardware o software, y de tipo enmascarable (programable) o de tipo no enmascarable (NMI), que son aquellas que no son provocadas directamente por el programador.

20. Mencione un ejemplo de una interrupción producida por el hardware.

    R: La int 10h del BIOS manipula el video. Ejemplo:

    mov ah, 01; selecciona al video para manipularla
    int 10h;
    mov ah, 0bh; cambio de paleta de colores
    mov b1, 1E; letra azul (1) fondo amarillo (E)
    int 10h

21. Mencione un ejemplo de una interrupción producida por el software.

    R: La int 21h del DOS (sistema operativo) solicita datos de entrada y muestra datos de salida. Ejemplo:

    mov ah, 02; saca datos al monitor
    mov d1, “hh”; es el dato que se va a mostrar
    int 21h;

Conceptos Adicionales

12. ¿Qué significa el Código ASCII?

    R: Es una tabla donde los caracteres alfanuméricos y de control tienen un valor numérico decimal que, para la CPU, corresponde a un valor binario.