Apuntes_FAC___S1L1___Introducción___2023_S2.pdf

Generalidades del curso Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Generalidades del curso Lección 1 Introducción Niveles de Abstracción Luis Alberto Chavarrı́a Zamora Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers CE1107 Fundamentos de Arq...

Generalidades del curso Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Generalidades del curso Lección 1 Introducción Niveles de Abstracción Luis Alberto Chavarrı́a Zamora Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers CE1107 Fundamentos de Arquitectura de Computadores Área de Ingenierı́a en Computadores Tecnológico de Costa Rica Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto I Semestre, 2023 26 de julio de 2023 Generalidades del curso 1/ 25 Generalidades del curso Contenido Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR 1 Programa del curso Descripción Cronograma tentativo 2 Introducción Niveles de Abstracción 3 Diseño Digital 4 Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 2/ 25 Generalidades del curso Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Programa del curso Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 3/ 25 Generalidades del curso Datos generales Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Nombre: Código: Profesor: Grupo: Horario Lugar: e-mail: Consulta: Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Fundamentos de Arquitectura de Computadores CE 1107 MSc. Luis Alberto Chavarrı́a Zamora 1 Martes y jueves, 1:00 pm - 3:00 pm F2-07 [email protected] Martes 3:00 pm - 4:30 pm Oficina F2-Of. 03 Generalidades del curso 4/ 25 Generalidades del curso Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Cronograma tentativo Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 5/ 25 Generalidades del curso Introducción Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Cita: Construir un procesador es un hito, un evento ritual en la formación de estudiantes de ingenierı́a en computadores. Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Manejo de la Complejidad de los Sistemas Una de las caracterı́sticas que separa a los ingenieros de los no profesionales es la aproximación sistemática para manejar la complejidad Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 6/ 25 Generalidades del curso Introducción Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Manejo de la Complejidad de los Sistemas (cont.) Una técnica importante para manejar la complejidad en los sistemas es la abstracción: se trata de visualizar un sistema como diferentes niveles. Se puede establecer una relación con el concepto Máquinas Multinivel de Tanenbaum (capı́tulo 1). Se trata de ocultar los detalles de cada nivel cuando no son necesarios. Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 7/ 25 Generalidades del curso Niveles de Abstracción de los S. C. Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Software de Aplicación Sistemas Operativos Arquitectura Microarquitectura Lógica Circuitos Digitales Circuitos Analógicos Dispositivos Discretos Fı́sico Programas Device Drivers Instrucciones Controladores de Datapaths Sumadores / Memorias Compuertas Amplificadores, filtros Transistores, diodos Electrones Cuadro 1: Niveles de Abtracción de los Sistemas Computacionales Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 8/ 25 Generalidades del curso Diseño Digital Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Focalización (”Discipline”) Se puede mejorar el desempeño de un sistema total si se enfoca en un solo nivel por vez. Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 9/ 25 Generalidades del curso Elementos Adicionales Diseño Digital Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Adicional a la abstracción digital y a la focalización los diseñadores aplican también la Jerarquı́a (dividir el sistema en módulos: estrategia divide-vencerás), Modularidad: (cada módulo tiene funciones bien definidas y se pueden conectar fácilmente). Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 10/ 25 Generalidades del curso Elementos Adicionales Diseño Digital (cont.) Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers y también la Regularidad:(busca uniformidad entre módulos, de forma que se pueden reusar muchas veces). Todo esto aplica tanto para hardware como para software. Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 11/ 25 Generalidades del curso Abstracción Digital Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Dada la clasificación anterior, los diseñadores digitales se pueden concentrar en el manejo de 1´s y 0´s, independientemente como se representan las variables Boolenas ya sea con tensiones (voltios), engranajes rotatorios(pasos), o niveles de fluidos. Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 12/ 25 Generalidades del curso Tarea Moral Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Se incentiva a repasar los conceptos que involucran Sistemas Numéricos, representación Signo-Magnitud, Bits, Bytes, Nibbles y Complementos. Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 13/ 25 Generalidades del curso Compuertas Lógicas Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Son circuitos simples con una o más entradas que producen una salida, y su comportamiento está basado por las operaciones definidas sobre el conjunto Booleano (como es usual en toda algebra). Los diseñadores digitales usualmente usan las primeras letras del alfabeto para denotar las entradas y la salida como Y (anteriormente la Z). Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 14/ 25 Generalidades del curso Diagrama Compuerta NOT Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción A 0 1 Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Y 1 0 Cuadro 2: Tabla de Verdad Not Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Figura 1: Diagrama Compuerta NOT Generalidades del curso 15/ 25 Generalidades del curso Diagrama Buffer Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción A 0 1 Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Y 0 1 Cuadro 3: Tabla de Verdad Buffer Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Figura 2: Diagrama de un Buffer Generalidades del curso 16/ 25 Generalidades del curso Buffer (cont.) Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT sin embargo, desde el punto de vista analógico, el buffer puede tener caracterı́sticas deseables, tales como suministrar grandes cantidades de corriente a un motor o enviar salidas a múltiples compuertas. Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 17/ 25 Generalidades del curso Diagrama Compuerta AND Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo A 0 0 1 1 Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR B 0 1 0 1 Y 0 0 0 1 Cuadro 4: Tabla de Verdad AND Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Figura 3: Diagrama Compuerta AND Generalidades del curso 18/ 25 Generalidades del curso Compuerta AND Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT La operación AND se denota con un punto Y = A · B o Y = A ∩ B Se puede utilizar para habilitar todo un circuito con una entrada fija. Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 19/ 25 Generalidades del curso Integrado con compuertas AND Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Figura 4: Diagrama de pines del IC y presentación en DIP de compuertas AND Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 20/ 25 Generalidades del curso Diagrama Compuerta OR Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo A 0 0 1 1 Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR B 0 1 0 1 Y 0 1 1 1 Cuadro 5: Tabla de Verdad OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Figura 5: Diagrama Compuerta OR Generalidades del curso 21/ 25 Generalidades del curso Compuerta OR Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers La operación OR Corresponde a la operación unión. Se denota con una ∪ o un + Por lo que la expresión de la función puede ser: Y = A + B o Y = A ∪ B. Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 22/ 25 Generalidades del curso Integrado con compuertas OR Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Figura 6: Diagrama de pines del IC y presentación en DIP de cuatro compuertas OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 23/ 25 Generalidades del curso Referencia Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas • Harris, David Money, and Sarah L. Harris. Digital Design and Computer Architecture. Morgan Kaufmann, 2012. Compuerta NOT Buffers Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 24/ 25 Generalidades del curso Chavarrı́aZamora, Luis Alberto Programa del curso Descripción Este documento ha sido elaborado con software libre incluyendo LATEX, Beamer, GNU-Make y Git en GNU/Linux Cronograma tentativo Introducción Niveles de Abstracción Diseño Digital Compuertas Lógicas Compuerta NOT Buffers © 2023 Luis Alberto Chavarrı́a-Zamora Área de Ingenierı́a en Computadores Instituto Tecnológico de Costa Rica Compuerta AND Compuerta OR Chavarrı́a-Zamora, Luis Alberto Generalidades del curso 25/ 25