Contenido. Capítulo 1. Capítulo 3. Capítulo 2. Alfaomega. Arquitectura de computadoras - Patricia Quiroga


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1 XI Contenido Capítulo 1 Evolución del procesamiento de datos Organización y arquitectura de una computadora Estratificación del software Evolución del procesamiento de datos Los comienzos de la computación La primera máquina y su evolución La máquina de tarjetas perforadas La calculadora secuencial automática (IBM) El programa almacenado Clasificación de las computadoras Analógicas Digitales Híbridas Generaciones de computadoras digitales Computadoras de 1 a generación Computadoras de 2 a generación Computadoras de 3 a generación Computadoras de 4 a generación Computadoras de 5 a generación Procesamiento de datos y sistemas de información Sistemas sincrónicos de propósito general Arquitectura de computadoras: Los primeros conceptos Arquitectura de una unidad central de proceso (CPU) Lógica digital y componentes electrónicos El Sistema Operativo. La Dinámica del Sistema Resumen Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 2 Sistemas numéricos Introducción Sistemas de notación posicional Expresión generalizada de un número en potencias de su base Sistema decimal Sistema binario Sistema octal Sistema hexadecimal Número de cifras. Cantidad decimal máxima Métodos de conversión de números enteros y fraccionarios Método de conversión de números de otras bases a decimal Método de divisiones sucesivas (para convertir un número entero decimal a otras bases) Método de multiplicaciones (para convertir un número fraccionario decimal a otras bases) Pasaje directo entre las bases 2 a 8 y 2 a Operaciones fundamentales en binario Suma Resta o sustracción Operaciones fundamentales en octal y hexadecimal Suma octal Técnica para sumar números grandes en cualquier base Suma hexadecimal Complemento de un número Complemento a la base, a la raíz o auténtico Su utilización para la representación de binarios negativos complementados a Complemento a la base -1 o restringido Su utilización para la representación de binarios negativos complementados a Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 3 Representación de datos en la computadora Introducción Flujo de datos dentro de una computadora Códigos de representación de caracteres alfanuméricos Código ASCII Código ASCII ampliado Delimitación de strings Códigos de representación decimal (BCD) BCD puro o natural BCD exceso tres BCD AIKEN o Códigos de representación numérica no decimal Coma o punto fijo sin signo (enteros positivos) Coma o punto fijo con signo (enteros)... 60

2 XII Coma o punto fijo con signo con negativos complementados a 2 (enteros) Coma o punto fijo con signo con negativos complementados a 1 (enteros) Reales en coma o punto flotante (números muy grandes y números reales) Representaciones redundantes Códigos de detección y/o corrección de errores. Introducción Paridad vertical simple o a nivel carácter Paridad horizontal a nivel de bloque Paridad entrelazada Código de Hamming Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 4 Aritmética de la computadora Introducción Aritmética binaria Representación de datos en punto fijo (binarios enteros) Operaciones aritméticas con enteros signados Operaciones aritméticas en punto flotante Aritmética decimal Operaciones con operandos BCD Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 5 Álgebra de Boole Introducción Álgebra de los circuitos digitales Elementos de Álgebra proposicional Álgebra de Boole Operadores Tablas de verdad Propiedades del Álgebra de Boole Teoremas del Álgebra de Boole Función booleana Compuertas lógicas o gates Compuerta AND, compuerta y o compuerta producto lógico Compuerta OR, compuerta + o compuerta suma lógica Contenido Compuerta OR EXCLUSIVE o compuerta exclusiva Compuerta NOT o inversión Compuertas con funciones negadas Circuito lógico Transistor Compuerta triestado Circuito sumador-binario en paralelo Circuito semisumador (SS) o Half Adder (HA) Circuito sumador completo (SC) o Full Adder (FA) Formas normales o canónicas de una función Forma normal disyuntiva Forma normal conjuntiva Circuitos equivalentes Minimización de circuitos Ejemplos de minimización a partir de distintos mapas de Karnaugh de 2, 3 y 4 variables Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 6 Lógica digital Introducción Circuitos lógicos de sistemas digitales Circuitos combinacionales Circuito generador de paridad Circuito comparador de magnitud Circuitos convertidores de código Circuitos codificadores Circuito decodificador de código Circuito decodificador n. 2n Circuitos multiplexores y demultiplexores Circuitos programables para múltiples funciones Circuitos secuenciales Biestables o flip-flops Registros Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 7 Diseño de una computadora digital Introducción Módulo de cálculo en una computadora digital Relación entre el diseño del hardware y la ejecución de instrucciones

3 Contenido Instrucciones Presentación del modelo de estudio Fase fetch: búsqueda de una instrucción en memoria Fase execute Flujo de datos entre los registros de la computadora básica Juego completo de instrucciones de X Unidad de control y sincronización del tiempo El módulo de cálculo: unidad aritmético-lógica Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 8 Microprocesadores Introducción Microprocesadores y microcontroladores Chips y microprocesadores Longitud de palabra Capacidad de direccionamiento Número de instrucciones Número de registros internos Registros de uso general IA-16 e IA Velocidad del microprocesador Ciclo de instrucciones Secuencia de llenado de la cola Etapas de ejecución de la rutina ejemplo Capacidad de interrupción Concepto de pila Alimentación Tecnología CISC RISC EPIC Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 9 Memorias Introducción Clasificación de memorias Clasificación según el modo de acceso a la unidad de información Clasificación según las operaciones que aceptan por cada acceso Clasificación según la duración de la información Dimensión de la memoria Memorias RAM estáticas y dinámicas Memorias SRAM (Static Random Access Memory) Memorias DRAM (Dynamic Random Access Memory) RAM con acceso directo RAM con acceso asociativo Jerarquía de memorias Memorias caché Principios de funcionamiento Caching Actualización de caché Actualización de la memoria principal Niveles de caché Memoria principal Memoria a nivel lógica digital Memorias RAM dinámicas La memoria como en un espacio lógico Almacenamiento de bytes en memoria. Big-Endian y Little-Endian Gestión de memoria y modos de operación de los procesadores Modelo de memoria segmentada pura Modelo de memoria virtual Modelo de memoria virtual paginada o paginación por demanda Memoria virtual segmentada o segmentación por demanda Administración de memorias externas Archivos Sistema de archivos en discos de tecnología magnética Disco magnético desde el punto de vista lógico Buffers y cachés de disco Discos virtuales Sistema de archivos en discos de tecnología óptica Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 10 Instrucciones Introducción Formato de instrucción Instrucciones sin dirección Instrucciones de una sola dirección XIII

4 XIV Instrucciones de dos direcciones Instrucciones de tres direcciones Instrucciones de cuatro direcciones Modos de direccionamiento Direccionamiento directo de memoria Direccionamiento implícito Direccionamiento inmediato Direccionamiento indirecto Direccionamiento de la CPU asociado a registros Direccionamiento directo por registro Direccionamiento indexado Direccionamiento relativo a la base Direccionamiento a una pila (stack) Tipos válidos de instrucción Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 11 Software del sistema Introducción Clasificación del software de sistema Sistema operativo Niveles de administración del sistema operativo Tipos de sistemas operativos Traductores de lenguaje Ensambladores Intérpretes Compiladores Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 12 Dispositivos de entrada/salida Introducción Discos rígidos Controladora de disco Especificaciones técnicas de un disco Tiempos de acceso a disco Tiempo de acceso a los datos Dispositivos de almacenamiento removibles Discos ópticos Discos magneto-ópticos (MO) Tarjetas de memoria Tarjetas ROM y OTP Contenido Tarjetas SRAM Tarjetas Flash Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 13 Transferencias de información Introducción Buses Jerarquía de buses Dispositivos de entrada/salida Controladores Adaptadores Puertos de entrada/salida Interfaces Canales o procesador E/S Transferencias de entrada/salida Drivers Modalidades de entrada/salida Transferencia controlada por programa Transferencia iniciada por interrupción Transferencia con acceso directo a memoria Resumen Ejercicios propuestos Contenido de la página Web de apoyo Capítulo 14 Procesadores avanzados Introducción Paralelismo a nivel instrucción Paralelismo a nivel arquitectura Taxonomía de Flynn. Una clasificación de arquitecturas paralelas Descripción de microprocesadores avanzados Descripción de la arquitectura Itanium Descripción de la arquitectura AMD Resumen Contenido de la página Web de apoyo Bibliografía Índice analítico

5 XV Información del contenido de la página Web El material marcado con asterisco (*) sólo está disponible para docentes. Capítulo 1. Evolución del procesamiento de datos Lecturas adicionales: Las comunicaciones. Conceptos básicos de Antonio Castro Lechtaler y Ruben Fusario, es parte del libro Telecomunicaciones para Ingenieros de Sistemas (de próxima aparición) de Grupo Editor (64 páginas). Agradecemos a sus autores por permitir que su escrito sea parte de las lecturas complementarias de esta obra. Capítulo 2. Sistemas numéricos Herramienta interactiva que permite realizar conversiones y operaciones entre sistemas numéricos. Capítulo 3. Representación de datos en una computadora Permite ingresar un texto y lo codifica en ASCII. Video explicativo (02:44 minutos aprox.) Audio explicativo (02:44 minutos aprox.) Capítulo 4. Aritmética de la computadora Resuelve el algoritmo de Booth paso a paso. Video explicativo (02:13 minutos aprox.) Audio explicativo (02:13 minutos aprox.) Capítulo 5. Álgebra de Boole Herramienta interactiva que permite crear el diagrama lógico de una expresión booleana. Cómo trabajan los interruptores no mecánicos. Lecturas adicionales: Álgebra booleana de José A. Jiménez Murillo, es parte del libro Matemáticas para la Computación de Grupo Editor (42 páginas). Agradecemos a su autor por permitir que su escrito sea parte de las lecturas complementarias de esta obra. Video explicativo (01:44 minutos aprox.) Audio explicativo (01:44 minutos aprox.) Capítulo 6. Lógica digital Decodificador de dos entradas. Display BCD siete segmentos. Video explicativo (01:34 minutos aprox.) Audio explicativo (01:34 minutos aprox.) Capítulo 7. Diseño de una computadora digital Demostración de las distintas fases de la CPU Video explicativo (01:53 minutos aprox.) Audio explicativo (01:53 minutos aprox.)

6 XVI Capítulo 8. Microprocesadores Video explicativo (02:04 minutos aprox.) Audio explicativo (02:04 minutos aprox.) Capítulo 9. Memorias Ejercicios con memorias. Conceptos generales sobre memorias. Lecturas adicionales Memoria de Martín Silva, es parte del libro Sistemas Operativos de Grupor Editor (48 páginas). Agradecemos a su autor por permitir que su escrito sea parte de las lecturas complementarias de esta obra. Video explicativo (01:57 minutos aprox.) Audio explicativo (01:57 minutos aprox.) Capítulo 10. Instrucciones Video explicativo (02:57 minutos aprox.). Capítulos 10 y 11 Audio explicativo (02:57 minutos aprox.). Capítulos 10 y 11 Capítulo 12. Dispositivos de entrada / salida Video explicativo (01:39 minutos aprox.). Capítulos 12 y 13 Audio explicativo (01:39 minutos aprox.). Capítulos 12 y 13 Capítulo 13. Transferencia de información Capítulo 14. Procesadores avanzados Demostración de las ventajas del Pipelining. Video explicativo (01:12 minutos aprox.) Audio explicativo (01:12 minutos aprox.) Vínculos a páginas especialmente seleccionadas sobre Arquitectura de Computadoras. Glosario Capítulo 11. Software del sistema Lecturas adicionales: El proceso de compilación de Gustavo López, Ismael Jeder y Augusto Vega, es parte del libro Análisis y Diseño de Algoritmos de Grupo Editor (16 páginas). Agradecemos a sus autores por permitir que su escrito sea parte de las lecturas complementarias de esta obra.

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