Cómo hacer una computadora de 4 bits PDF

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Ensayo de cómo hacer una computadora de 4 bits...

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Índice Índice..................................................................................................................................0 Introducción.......................................................................................................................1 Antecedentes.....................................................................................................................1 Presentación de la computadora de 4 bits........................................................................2 Descripción de la arquitectura.......................................................................................3 Video 3...........................................................................................................................4 Video 4...........................................................................................................................5 Video 5...........................................................................................................................6 Anexos...............................................................................................................................7 Anexo A.....................................................................................................................7 Anexo B.....................................................................................................................7 Anexo C.....................................................................................................................8 Anexo D.....................................................................................................................8 Anexo E.....................................................................................................................9 Referencias......................................................................................................................10 Glosario............................................................................................................................11 Transistor:............................................................................................................11 Bit:.......................................................................................................................11 Sistema binario:...................................................................................................11 Compuertas lógicas:............................................................................................11 Compuerta OR:...................................................................................................11 Arquitectura Harvard:..........................................................................................11 Arquitectura Von Neumann:................................................................................11 Bus de datos:......................................................................................................12

Introducción “Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia” [ CITATION Art62 \l 2058 ] Dentro de la materia de sistemas digitales se encuentra con una forma bastante interesante de ver la tecnología pues se adentra a lo más bajo en nivel computacional para explorar el funcionamiento de los equipos tecnológicos de forma que se parte con entender cómo funcionamiento del sistema binario pasando con entender las compuertas lógicas para poder crear componentes que interactúen entre si para crear cosas más interesantes pues esos componentes que juntos crean circuitos básicos al unirlos se puede obtener circuitos complejos como una CPU que es lo que abordará este documento, donde se mostrará la forma en la que una computadora de 4 bits está hecho mostrando los componentes básicos de una computadora y su funcionamiento para que se pueda entender de mejor forma el cómo funciona la tecnología actualmente además de sorprenderse un poco ante comparar la tecnología de hace más de 40 años a la tecnología de ahora que comparándolo lo de ahora es simplemente mucho más sofisticado que lo que se puede lograr parece magia.

Antecedentes El transistor es el componente principal dentro del funcionamiento de la tecnología. Este actúa como si fuera una llave de agua, un ejemplo claro de este se puede ver en el anexo A, donde permite pasar la corriente o no y de ahí proviene el sistema binario para el uso de la tecnología donde 1 significa el paso de corriente y 0 la ausencia de ella. Con varios transistores se pueden crear compuertas lógicas, que son como se puede ver en el anexo B, los cuales sirven para hacer álgebra booleana para operaciones matemáticas y lógicas. En base a estas compuertas lógicas se crean los circuitos que componen los componentes necesarios para realizar una computadora. Aunque existan componentes más encapsulados como lo puede ser el procesador Intel 4004 del año 1971 o el Intel 4040 que ambos son procesadores de 4 bits y de más de 40 años de antigüedad cuentan con los componentes básicos de un

procesador con arquitectura Harvard para cumplir con una gran parte de la computadora

Presentación de la computadora de 4 bits En la presentación de la computadora se define los componentes que compone la computadora de 4 bits que se muestra en el anexo C, este tiene una arquitectura Harvard es decir que la memoria de datos y de programa están separados, ver en anexo D. No tiene una memoria RAM lo cual limita mucho las capacidades de la computadora. La computadora está dividida por módulos dentro de los que destacan la ALU que es la unidad aritmética lógica que está hecha de manera casera por dos sumadores completos que hacen la tarea de sumar y una operación lógica NAND. Tiene una sección de PC (program counter) que es un contador de programas que se conecta con un reloj en este caso es el de un 555 donde le da los ciclos, esta computadora hace una operación por cada pulso del reloj y no precisamente por un ciclo, en cada pulso que da el reloj es dado a dos contadores de 4 bits anidados que cuentan de 0 a 255 o FF en hexadecimal por eso los programas están limitados a 256 bytes y la memoria ROM puede almacenar programas de 32 programas donde cada dirección de memoria que es dado por los contadores tienen como resultado un byte que es dividido la segunda parte donde se da la instrucción que es interpretado por un decodificador un multiplexor de 4 a 16 el cual pasa la señal a una matriz de diodos para interpretar la instrucción por eso es que puede hacer 16 instrucciones que son dados por la tabla del anexo E y la segunda parte es pasada a un buffer como elemento de seguridad para saber que el bus de datos esté desocupado para que el dato sea pasado. Otra parte muy importante de la computadora es el acumulador que tiene su propio bus de datos con un buffer para la seguridad del bus y los componentes donde en este bus están conectados la ALU junto con el registro de datos y el registro de dirección y las salidas, esta computadora cuenta con dos salidas de 4 bits. Sobre los dos registros que se tiene en la computadora son flip flops tipo D que guardan un dato de 4 bits para ser usado después y luego ser eliminado así sea el caso, es por eso que

está conectado al contador de programas que es asíncrono, puede saltar a direcciones de memoria para saltar partes del programa y a la ves este bus igual está conectado a la ALU para los datos que son usados por ella.

Descripción de la arquitectura

Video 3

Video 4

Video 5

Anexos Anexo A

Anexo B

Anexo C

Anexo D

Anexo E

Referencias

Glosario Transistor: es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para entregar una señal de salida en respuesta a una señal de entrada. Bit: Bit es el acrónimo de Binary digit Un bit es un dígito del sistema de numeración binario. Sistema binario: es el sistema de numeración que cuenta con sólo dos números: 0 y 1. Por lo que utiliza la base 2. En otras palabras, es una manera de escribir los números naturales con sólo los números 0 o 1.Es un sistema posicional: los enteros se escriben de 0 y 1, pero la importancia del 1 depende de la posición del número: el número 1 puede representar uno, dos, cuatro, ocho, dieciséis. Compuertas lógicas: son circuitos electrónicos conformados internamente por transistores que se encuentran con arreglos especiales con los que otorgan señales de voltaje como resultado o una salida de forma booleana, están obtenidos por operaciones lógicas binarias Compuerta OR: es una puerta lógica digital que implementa la disyunción lógica. Cuando todas sus entradas están en 0 (cero) o en BAJA, su salida está en 0 o en BAJA, mientras que cuando al menos una o ambas entradas están en 1 o en ALTA, su SALIDA va a estar en 1 o en ALTA. Arquitectura Harvard: La arquitectura Harvard es una arquitectura de computadora con pistas de almacenamiento y de señal físicamente separadas para las instrucciones y para los datos Arquitectura Von Neumann: es una arquitectura de computadoras basada en la descrita en 1945 por el matemático y físico John Von Neumann y otros, en el primer borrador de un informe

sobre el EDVAC. Este describe una arquitectura de diseño para un computador digital electrónico con partes que constan de una unidad de procesamiento que contiene una unidad aritmético lógica y registros del procesador, una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa, una memoria para almacenar tanto datos como instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida Bus de datos: Bus es una palabra inglesa que significa “transporte”. En arquitectura de computadores, un bus puede conectar lógicamente varios periféricos sobre el mismo conjunto de cables....