Curso de Filosofía elemental (12)

62. CLASIFICACIÓN DE LOS HECHOS PSÍQUICOS. HECHOS DE CONOCIMIENTO Y HECHOS DE APETICIÓN. HECHOS DEL PSIQUISMO INTERIOR Y DEL SUPERIOR
 
 
   Si el hecho psíquico es una relación intencional del sujeto con los objetos de su mundo, cabrá una doble división de los hechos psíquicos en razón, primero, de la actitud del sujeto en esa relación intencional, y, segundo, de la clase de objetos con que el sujeto sea capaz de entrar en relación.
   Por el primer aspecto, los hechos psíquicos se dividen en:
   a) Hechos de conocimiento, en los que el mundo circundante aparece al sujeto (sensación, percepción, recuerdos, imágenes, juicios, razonamientos, etc.).
   b) Hechos de tendencia o apetición en los que el sujeto reacciona sobre las cosas conocidas, que le atraen o le repelen. En ellos el sujeto se dirige –o intenta dirigirse– hacia su mundo (apeticiones, actos voluntarios, movimientos intencionales, etc.)
   Son las dos fases de que consta el ciclo vital psicológico: conocimiento y tendencia o reacción. El animal conoce, entra con su mundo circundante en esa misteriosa relación de sujeto a objeto en la cual las cosas se iluminan para él y se hacen suyas de una manera intencional. Pero no se limita a informarse de lo circundante, sino que después de conocer reacciona sobre lo conocido mediante actos de tendencia o de conducta.
   Por el segundo aspecto los hechos psíquicos se dividen en:
   a) Hechos de la vida sensitiva o animal, cuyo objetivo se reduce a energías y objetos materiales, concretos, captados a través de los sentidos externos e internos (sensación, percepción, apetición sensible).
   b) Hechos de la vida superior o racional, cuyo objeto son los conceptos o ideas, las relaciones abstractas, los valores, etc., captados intelectualmente (conocimiento racional, tendencia racional o voluntad).
   Los primeros son propios de la vida sensible animal, y comunes, por tanto, al animal y al hombre; los segundos son exclusivos del hombre como ser racional.
   Ambas clasificaciones pueden combinarse entre sí danto lugar a cuatro grandes grupos de hechos psicológicos:
   Psiquismo inferior = hechos de conocimiento (sensaciones), y hechos de tendencia (apeticiones).
   Psiquismo superior = hechos de conocimiento (intelección), y hechos de tendencia (voluntad).
   O, expresado gráficamente
 
                                                            Psiquismo inferior                  Psiquismo superior
                                                         ____________________________________________________
Conocimiento                                       |  Conocimiento Sensible     |       Conocimiento Intelectual   |
                                                        |                                     |                                           |
                                                        |_______________________|__________________________ |
                                                        |                                     |                                           |
Tendencia                                           |  Apetición sensible           |       Voluntad (Apetito racional)|
                                                        |_______________________|___________________________|
 
   Cada uno de estos cuatro grupos, comenzando por los hechos sensibles o inferiores, y siguiendo por los superiores o racionales, serán objeto de nuestro estudio en esta primera parte de la psicología dedicada al análisis científico de los hechos psíquicos. Seguirá una segunda parte que hemos llamad psicología racional dedicada al estudio del alma o principio de donde nacen esos fenómenos psíquicos.
 
 
 
63. TEORÍA DE LAS FACULTADES
 
 
   Los hechos psíquicos emanan de un sujeto de los mismos que llamamos alma. Ella es, como veremos (núme. 83), el principio de vida de los seres vivos. A este sujeto se le supone dotado de unas facultades o potencias (poderes o principios de acción) de las que emanan las distintas clases de hechos psíquicos, al modo como los órganos corporales explican y son causa de las funciones orgánicas. Las facultades se especifican por las diversas clases de fenómenos o hechos psíquicos a que dan lugar, y son a modo de cauces de los mismos.
   De acuerdo con este principio podemos distinguir las siguientes facultades, clasificadas según este cuadro:
                                                        
                                                       /                                           
                                                      |                                           /
                                                      |                                          |                            /
                                                      |                                          |                           | -La vista.
                                                      |                                          |      Externos…….   | -El oído.
                                                      |                                          |                           | -El tacto, etc.
                                                      | Sensitivo: los sentidos…….    |                            \
                                                      |                                          |                            /
   1º Conocimiento (el objeto es           |                                          |                           | -Sensorio común.
      captado por nosotros)…….           |                                          |      Internos…….   | -La imaginación.
                                                      |                                          |                           | -La estimativa.
                                                      |                                          |                           | -La memoria.
                                                      |                                          |                            \
                                                      |                                           \
                                                      |
                                                      | Intelectivo: el entendimiento.
                                                      \
                              
                                /
                               |                                             /
                               |                                            |  -Concupiscible.
   2º Apetito (nosotros |   Sensitivo: el apetito …….      |
       tendemos hacia   |                                            |  -Irascible.
       el objeto)…….    |                                             \
                               |
                               |   Intelectivo: la voluntad
                                \
 
   3º Locomoción (nos desplazamos hacia el objeto): la facultad locomotriz.
 
 
 
 
XII
Las facultades sensitivas de conocimiento
 
 
64. CLASIFICACIÓN DE LOS SENTIDOS
 
 
   El acto primero y el más elemental de la vida psíquica es la sensación. Por ella entramos en contato con las energías exteriores susceptibles de impresionar nuestros sentidos y con los objetos materiales del mundo que nos rodea.
   Divídense los sentidos en externos e internos. Son los primeros los clásicos: vista, oído, olfato, gusto y tacto, a los que los psicólogos modernos han añadido otros varios, como el de orientación y cenestésico (que nos permiten conocer la posición que en todo momento tiene nuestro cuerpo y cada uno de sus miembros, así como el estado funcional de nuestro organismo), el muscular (por el que captamos la forma exterior de los objetos), el cinestésico (por el que conocemos el estado de movimiento o reposo del cuerpo o de los miembros), el palestésico (por el que captamos las vibraciones), etc. Aparte de esto, actualmente se tiende a considerar algún sentido externo compuesto de varios; así, el tacto, que hoy suele estimarse como un complejo de tres sentidos diferentes: el tactil (que aprecia la rugosidad o lisura de las superficies), el térmico (que conoce el calor y el frío) y el algésico (que da cuenta del dolor). Son órganos corporales que captan determinadas energías susceptibles de transformarse, a través de una corriente nerviosa, en el hecho ya psíquico de la sensación.
   La captación del mundo exterior material iniciada por la sensibilidad externa se completa por obra de los sentidos internos. Son éstos: el sensorio común, la imaginación, la memoria y la estimativa.
   Nosotros no nos limitamos a captar sensaciones que nos informen sólo de aspectos cuantitativos o cualitativos de las cosas (un color, un olor, un sabor, etc.), sino que conocemos objetos, cosas, que tienen a la vez color, olor, sabor… La labor de reunir y coordinar los datos de los sentidos hasta formar el objeto se atribuye a un sentido interno que se llama sensorio común. Su acto es la percepción. La imaginación es otro sentido interno que conserva los datos suministrados por los sentidos externos, así como las percepciones, y los reproduce en ausencia del excitante; su acto es la imagen. La estimativa capta simultáneamente con la sensación y la percepción la relación vital en que la cosa se encuentra con el propio sujeto: la utilidad o nocividad del objeto conocido.
   Así por ejemplo, la oveja siente el olor o el aullido del lobo como nocivo. Al mismo tiempo que lo huele o lo oye lo estima como perjudicial, temible, y huye. La memoria sensorial conserva las sensaciones y percepciones, no como pura imagen al modo de la imaginación, sino en cuanto pasadas; es decir, con relación a un tiempo concreto de nuestra experiencia vivida. El acto de la memoria es el recuerdo.
   No debe confundirse esta noción clásica de <<sentidos internos>> con lo que por ese nombre se entiende en muchas escuelas modernas. Se entiende hoy por sentidos internos aquellos que captan, no estímulos exteriores, sino los estados de nuestro propio organismo. Así los ya citados cinestésico y cenestésico.
 
 
65. LOS SENTIDOS EXTERNOS Y SUS ACTOS
 
   Los sentidos externos son los órganos receptores mediante los cuales el animal capta los estímulos físicos del mundo que le rodea (exteroceptores) o de su propio organismo (propioceptores). Hemos ya citado, de los primeros, la vista, el oído, el tacto, el gusto, el olfato, y el sentido muscular (por el que captamos la forma y tamaño de los objetos) y el térmico (que nos informa de la temperatura de los objetos que tocan nuestra piel). Y entre los segundos, el cenestésico (sobre el estado funcional de nuestro organismo), las sensaciones cinestésicas (del movimiento o estado cinético de nuestro organismo), las sensaciones cinestésicas (del movimiento o estado cinético de nuestro cuerpo), resultado propioceptor del sentido muscular, y el aspecto algésico del tacto.
   El acto de los sentidos externos es la senación, que puede definirse como la impresión producida en la consciencia por un estímulo físico sobre los órganos de los sentidos y por la consiguiente corriente nerviosa transmisora. Un color es una sensación visual cromática; un sonido, una sensación auditiva, etc. Los sentidos externos nos informan, no de las cosas como unidades reales exteriores a nosotros, sino de aspectos cualitativos y cuantitativos de las mismas. A estos aspectos captables por los sentidos se llama objetos sensibles. A los aspectos cualitativos de la realidad les llamaban los filósofos escolásticos sensibles propios porque responden a energías captables exclusivamente por un sentido. Así, el color es el sensible propio de la vista; el sonido, el del oído; el sabor, el del gusto; el olor, el del olfato, etc. Hay otros sensibles que revelan aspectos cuantitativos de las cosas y se han llamado sensibles comunes porque pueden ser captados por más de un sentido. Así, el movimiento o la figura espacial puedo yo verlos, pero el ciego conoce también por el tacto esos aspectos de la realidad. En cambio, no puede alcanzar noción alguna de lo que es un color.
 
Propiedades de las sensaciones
   Se citan como propiedades de las sensaciones su cualidad, su intesidad y su duración.
   Entendemos por cualidad de la sensación su aspceto genérico o característico por el que distinguimos las provenientes de unos sentidos de las de otros (auditivas, cromáticas, gustativas, etc.), así como las diferentes dentro de cada sentido (colores, olores, diversos).
   El psicólogo J. MULLER enunció la llamada ley de la energía específica de los sentidos. Según ella, cada sentido capta cualquier estímulo capaz de impresionarle bajo la forma y cualidad que es propia a ese sentido. Así, el ojo, por ejemplo, experimenta como sensación visual luminosa no sólo la luz, sino una presión o una corriente eléctrica que se le aplique.
   Intensidad de una sensación es el grado de fuerza con que es vivida por el sujeto. Cada sentido posee un umbral mínimo y un umbral máximo de sensación, por debajo o por encima de los cuales la energía estimulante no produce sensación. El umbral auditivo, por ejemplo, varía de unos sujetos a otros, pero suele cifrarse entre doce y treinta y siete mil vibraciones la percepción del oído humano.
   Existe también un umbral diferencial, que es la cantidad de estímulo necesario para que un sujeto experimente variación en la sensación. Este umbral varía según la cantidad de excitante a que está sometido el órgano sensorial. Oyendo cantar a una persona persona percibo en seguida si otra une su voz a ella haciéndole coro; pero si escucho las voces de un gran orfeón no percibiré en absoluto el aumento en él de una voz más. Dos psicólogos –WEBER y FECHNER– han intentado expresar en términos matemáticos la relación entre el estímulo y la sensación mediante las leyes que llevan sus nombres.
   La ley de Weber (1795-1878) establece que, para que los sentidos perciban conscientemente un aumento en el estímulo dado, es preciso que este aumento tenga una magnitud proporcionada a la del estímulo primitivo. Dicha proporción varía según los diversos sentidos. Por ejemplo, si una mano sostiene un peso de 170 gramos, para que la sensación varíe es necesario que el peso aumente o disminuya, por lo menos, en diez gramos; si el peso sostenido es doble –es decir, de 340 gramos–, la variación no será percibida mientras no llegue a los veinte gramos, y así sucesivamente.
   La ley de Fechner (1801-1887) pretende medir no ya la variación del estímulo, sino la de la sensación misma: la variación de la sensación no es paralela a la del estímulo, sino que si el estímulo crece en proporción geométrica, la sensación lo hace en proporción aritmética. O en otros términos: la sensación crece como el logaritmo del estímulo.
   La ley de Fechner ha sido muy discutida. En primer lugar, no puede admitirse tal cuantificación de las sensaciones, que supone el que éstas sean divisibles en unidades, como si se tratara de objetos materiales; en segundo lugar, dado que sólo mediante las sensaciones podemos conocer y medir los estímulos, resulta arbitrario establecer una medida para los estímulos y otra para las sensaciones y relacionarlas luego como cantidades distintas. No obstante, estas leyes, aunque no tengan la exactitud matemática que pretendsenen sus autores, expresan un hecho observado experimentalmente: las sensaciones crecen al crecer los estímulos, pero con mayor lentitud que éstos, y siempre dentro de unos límites máximo y mínimo fuera de los cuales la variación no es percibida.
 
 
66. LOS SENTIDOS INTERNOS
 
   La labor receptiva de los sentidos externos es completada con la que realizan los sentidos internos. Estos no son órganos corporales claramente localizados, como lo son los sentidos externos en la periferia del cuerpo, sino que se trata de facultades sensoriales interiores cuya existencia deducimos de sus operaciones; operaciones que exceden, desde luego, a las posibilidades de cada uno de los sentidos y aun de la colaboración de todos ellos.
   Se caracterizan porque su objeto ha sido previamente conocido por un sentido externo, de manera que operan sobre realidades ya conocidas por el sujeto y que son ahora reconocidas de nuevo bajo un aspecto determinado distinto en cada uno de los sentidos inernos. Precisamente lo que distingue a éstos entre sí es el respectivo aspecto o punto de vista bajo el que conocen. Hemos ya citado los sentidos internos: sensorio común, imaginación, memoria sensitiva y estimativa natural.
 
Sensorio común.
   El primero de estos sentidos internos es el sensorio común. Por él distinguimos y coordinamos los datos recibidos por los distintos sentidos externos hasta percibir como un todo único aquellos que se refieren a un mismo objeto. Su acto es la percepción, que puede definirse como el conocimiento sensorial completo de un objeto, con la conciencia de él como totalidad.
   Un ciego de nacimiento, por ejemplo, que alcanzara a ver por primera vez, no vería, como nosotros, un mundo de cosas u objetos diferenciados unos de otros, sino únicamente un gran plano de distintos colores e intensidades de luz. Sólo con el tiempo y la experiencia iría asociando unos colores con otros, interpretando algunos como sombras, percibiendo el espacio y asociando sus sensaciones actuales con las tactiles o auditivas que antes poseía. Su mundo visual no adquirirá sentido más que a lo largo de un proceso coordinador cuya función se atribuye al sensorio común. Así llegaría a percibir este libro, aquella mesa, es decir, objetos en cuya formación mental han participado sensaciones distintas, presentes y pasadas.
   La percepción es una función compleja que supone el concurso de la imaginación. Esto se ve claramente en las ilusiones y percepciones alucinatorias. En ellas, bajo la influencia de imágenes –de objetos evocados y no presentes a los sentidos– se asocian falsamente sensaciones actuales hasta componer mentalmente objetos que no existen en la realidad. Cuando la imaginación actúa intensamente bajo la acción de emociones o de pasiones, son frecuentes estas percepciones alucinatorias, que son asimismo constantes en las personas histéricas. El miedo, por ejemplo, hace a menudo asociar las sensaciones actuales en torno a la imagen del objeto temido hasta llegar a percibir con claridad sus pasos, su silueta en la oscuridad, etc.
   Además de la función perceptiva, el sensorio común nos hace conocer las sensaciones captadas por los sentidos externos discriminando su procedencia y distinguiéndolas de nosotros mismos como sujeto cognoscente; es decir, que merced al sensorio común puedo distinguir una sensación visual de otra auditiva, una táctil de una olfativa, etc.
 
La imaginación.
   Llámase imaginación al sentido interno que nos permite evocar y reproducir las impresiones sensoriales y perceptivas en ausencia de sus objetos. Yo puedo, por ejemplo, evocar y traer a mi conciencia presente la fisonomía del alguien a quien conozco, la fachada de mi casa, un paisaje familiar, cuando estoy lejos de tales realidades. A veces, esta evocación se hace con dificultad: nos damos, de momento, con los rasgos de la persona o la cosa evocada, hasta que, quizá súbitamente, la reproducción imaginativa se produce.
   El acto de la imaginación se llama imagen. Los escolásticos llamaban a la imgaen fantasma; de aquí el nombre de fantasía que se da también a la imaginación.
   Distínguense tres funciones en la imaginación: la conservadora, por la que permanecen en el espíritu en forma latente los trazos de lo ya sentido o percibido; la reproductura, por la cual, en virtud de una evocación o llamada voluntaria o espontánea, vuelven a la conciencia presente como imágenes; y la creadora, por la que combinamos imágenes o aspectos imágenes de distinto origen formando objetos o situaciones nuevas. Es a esta última función a la que que suele reservarse el nombre de fantasía.
   Aunque a esta última función de la imaginación se la llama creadora, no es, en realidad, más que combinadora. El espíritu recibe sus conocimientos originarios de los sentidos externos y no puede crear formas nuevas que no hayan pasado por los sentidos.
   En el Museo del Prado existen cuadros de un pintor flamenco del siglo XVII (el Bosco) que no quiso someterse a las formas y seres habituales en la Naturaleza, sino crear formas nuevas. Sin embargo, si se observan los extraños seres de sus pinturas, se encontrarán en ellos una artística combinación de formas vegetales, animales y humanas diversamente entremzcladas.
   Cabe preguntarse: ¿por qué reviven las imágenes en el presente de la conciencia? En unos casos son provocados por la experiencia presente; en otros –cuando, quizá con los ojos cerrados, dejamos vagar pensamiento e imaginación– son las mismas imágenes las que traen otras en pos de sí. En todo caso, la reproducción imaginativa obedece a las leyes de asociación que explican la irrupción, a veces súbita, de una imagen en nuestra conciencia. Son tres estas leyes de asociación: la de semejanza, la de contraste y la de contigüidad en el tiempo o en el espacio.
   Las imágenes tienden a asociarse con aquellas otras que guardan relación con ellas por semejanza (un paisaje me evoca otro semejante por mí conocido); por contraste (la imagen de un gigante me evoca la de un enano); por contigüidad en el tiempo o en el espacio( la imagen de una fisonomía me evoca la de otras personas que conocí junto a aquélla en determinado sitio o momento). Obsérvese que el contraste es, en rigor, una forma de semejanza (semejanza en la extremosidad de una cualidad o relación.)
 
La memoria sensitiva
   La memoria es la facultad o sentido interno mediante el que reproducimos o traemos al presente de la conciencia objetos o hechos pretéritos de nuestra experiencia en cuanto pretéritos. En esto difiere de la imaginación. La reproducción imaginativa se realiza sin referencia alguna al tiempo, al paso que la memoria reproduce los hechos o cosas envueltos en un tiempo determinado de nuestro pasado. Un mismo objeto puede ser imaginado o recordado, según los casos. Si me hablan, por ejemplo, de la Giralda, evocaré con mayor o menor claridad su silueta, su imagen arquitectónica en sí misma considerada, sin referencia a tiempo ninguno. Puedo evocarla, en cambio, situada en una ocasión en mi vida, un Sábado de Gloria en que la visité mientras volteaban sus campanas. El primero es un acto de imaginación; el segundo, de memoria.
   La memoria está profundamente relacionada con la estimativa natural. Se recuerda, en general, lo que interesa o agrada vitalmente; se olvida lo ingrato o ininteresante.
   La memoria es, en rigor, una facultad sensorial, orgánica. El espíritu conoce sus objetos abstracta o universalmente, fuera del tiempo, y por ello no tiene memoria.
   Sin embargo, dado que el hombre no es un espíritu separado o puro, sino encarnado en un cuerpo, el entendimiento –obligado a conocer partiendo de los datos sentibles (núm. 75)– precisa de la memoria para distinguir y relacionar sus conocimientos. Esta memoria intelectual o subordinada al entendimiento es una forma de discurrir (de provocar racional y voluntariamente los recuerdos), distinta por completo de la memoria mecánica, puramente sensitiva.
 
Fases de actuación de la memoria. Enfermedades de la misma.
   Cuatro son los cometidos y fases de actuación que se atribuyen a la memoria: la fijación y conservación de los recuerdos, la evocación de los mismos, su reconocimiento e identificación como pasados, y su localización en el tiempo.
 
   1º Fijación y conservación: La fijación de los recuerdos depende del tiempo de actuación de las impresiones originarias y de su repetición. Depende asimismo, en razón de la influencia que la estimativa ejerce sobre la memoria, de la atención o interés vital hacia lo sentido o percibido. Multitud de sensaciones y percepciones no llegan a fijarse como recuerdo porque sólo han formado parte de la conciencia marginal o de fondo en la que nuestra atención apenas ha reparado. De un modo instintivo tendemos a eliminar de la memoria lo que es ingrato o estimamo nocivo. De aquí la espontánea valoración de los tiempos pasados como mejores que los presentes, por haber eliminado de su recuerdo aspectos ingratos, así como la ansiedad e incertudumbre que los rodeaba, y verlos ya completos y acabados en su mejor aspecto.
   La enfermedad típica de la memoria en esta fase de su actuación es la dimnesia, por la que dejan de fijarse los recuerdos o se fijan muy débilmente. Depende sobre todo de la incapacidad para prestar atención continuada a la experiencia presente, y es frecuente en los ancianos que, por lo mismo, viven más del pasado que del presente.
 
   2º Evocación y reproducción del recuerdo: Lo que conservamos en nuestra experiencia interior, por haberlo fijado en la misma mediante la atención o la reiteración, puede revivir en el presente de la conciencia evocado (o llamado) por la experiencia actual, sea sensorial, perceptiva o imaginativa. El arte de recordar voluntariamente se llama mnemotecnia.
   La reproducción de los recuerdos es una función necesaria para la construcción de nuestra personalidad en el tiempo: Una <<mente momentánea>> o carente de recordación se identificaría con la experiencia de cada instante sin llegar a establecer propiamente una diferencia de sus contenidos ni entre ella y el propio sujeto. El olvido, por su parte, –debilitación prograsiva y pérdida final de los contenidos fijados– es también una función vitalmente necesaria para desalojar el presente de la atención y permitir la adquisición de nuevos conocimientos.
   Entre las alteraciones patológicas de la evocación hay que citar: las amnesias (fallos totales o parciales del poder evocador) y las hipermnesias (actividad hipertrofiada de la memoria).
   Dícese que la hora de la muerte se ve revestida muy frecuentemente de una lucidez especial originada por una fuerte hipermnesia en la que desfila ante el presente de la conciencia el pasado personal en aspectos y detalles que se creerían definitavamente olvidados. Es frecuente, por ejemplo, entre los vascos que aprendieron en vascuence sus primeras palabras, pero las olvidaron después por la falta de uso, que en la hora de su muerte recen en aquella lengua sus oraciones habituales, con sorpresa de quienes les rodean, que a menudo ignoran por completo ese idioma.
 
   3º Reconocimiento e identificación del recuerdo: Es esencial al recuerdo el reconocimiento de lo evocado como algo visto, vivido por quien lo evoca. Son enfermedades del reconocimiento: la paramnesia (tendencia a interpretar como recordadas o ya vistas cosas que se ven por primera) y la agnosia (tendencia inversa a no identificar el recuerdo, a creerlo todo nuevo).
 
   4ª Localización del recuerdo en el pasado: Al reconocimiento suele seguir, como provocado por una tendencia natural, el intento de localizar o situar en el tiempo lo recordado paa otorgarle así su sentido y significación dentro de la trama de la vida. La localización temporal suele realizarse mediante la situación de lo recordado entre acontecimientos o fechas importantes del pasado que sirven como hitos o puntos de referencia en el mismo.
 
Anuncios

ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES(3){BORRADOR}

 

  A continuación se muestra un enlace correspondiente al Apendice A mencionado anteriormente.


http://www.telefonica.net/web2/plisplasplus/PLISPLASPLUS/Curso/ApendiceA.htm

 


NOTA: {Borrador}::: Significa que el material no está finalizado.

ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES(2)

Contenido
 
 
 
Prólogo
 
    1.1 Componentes de un computador
   1.2 Función de un computador
          1.2.1 Ciclos de búsqueda y ejecución
          1.2.2 Ejemplo: Ejecución de una instrucción
          1.2.3 Diagrama de flujo del ciclo de instrucción
          1.2.4 El ciclo de interrupción
          1.2.5 Función de E/S
    1.3 Estructuras de interconexión
    1.4 Interconexión mediante bus
          1.4.1 Diagramas de temporización
          1.4.2 Estructura de bus
          1.4.3 Estructura jerárquica de buses
          1.4.4 Elementos de diseño del bus
          1.4.5 Consideraciones prácticas en la conexión mediante bus
          1.4.6 Ejemplos de estructura de bus: El Unibus
    1.5 Conclusiones
    1.6 Problemas
 
2 Unidad de memoria
    2.1 Definiciones y conceptos básicos
          2.1.1 Localicación
          2.1.2 Capacidad
          2.1.3 Unidad de transferencia
          2.1.4 Método de acceso
          2.1.5 Tipos físicos
          2.1.6 Características físicas
          2.1.7 Velocidad
          2.1.8 Organización
          2.1.9 Resumen de características y propiedades de la memoria
    2.2 Jerarquía de memorias
          2.2.1 Ejemplo: Sistema con dos niveles de memoria
    2.3 Memorias de semiconductor
          2.3.1 Características generales de un CIM
          2.3.2 Ejemplo: Cálculo del número de ciclos de reloj en los accesos a memoria
          2.3.3 Estructura de la celda básica de memoria
          2.3.4 Organización interna
          2.3.5 Diseño de bloques de memoria
          2.3.6 Conexión de la unidad de memoria al bus del sistema
          2.3.7 Estructura y direccionamiento de la unidad de memoria
    2.4 Memorias caché
          2.4.1 Rendimiento de una memoria caché
          2.4.2 Capacidad de la memoria caché
          2.4.3 Organización de la memoria caché
          2.4.4 Algoritmos de reemplazamiento
          2.4.5 Estrategia de escritura
          2.4.6 Tamaño bloque
          2.4.7 Número de cachés
    2.5 Memorias asociativas
          2.5.1 Ejemplo: Concepto de memoria asociativa
          2.5.2 Estructura de una memoria asociativa
          2.5.3 Determinación de la función lógica del registro de máscara
          2.5.4 Operación de lectura
          2.5.5 Operación de escritura
          2.5.6 Ejemplo: Diseño de una memoria asociativa
    2.6 Memorias compartidas
          2.6.1 Asignación de la menor prioridad al elemento servido
          2.6.2 Rotación de prioridades
    2.7 Memorias tipo pila
          2.7.1 Aplicaciones de las memorias tipo pila
    2.8 Discos magnéticos
          2.8.1 Estructura física
          2.8.2 Ejemplo: Tiempo de acceso a un archivo de acceso secuencial y aleatorio
          2.8.3 Controlador del disco
          2.8.4 Planificación del disco
    2.9 Conclusiones
    2.10 Problemas
 
3 Unidad de entrada-salida
    3.1 Dispositivos externos
    3.2 Controlador de E/S
          3.2.1 Funciones del controlador de E/S
          3.2.2 Estructura del controlado de E/S
          3.2.3 Estructura del sistema de  E/S
    3.3 E/S controlada por programa
          3.3.1 Órdenes de E/S
          3.3.2 Instrucciones de E/S
          3.3.3 Ejemplo: Transferencia de E/S controlada por programa en el 68000
    3.4 E/S por interrupciones
          3.4.1 Clasificación de las interrupciones
          3.4.2 Origen de las interrupciones
          3.4.3 Número de líneas de interrupción
          3.4.4 Control de la CPU sobre la interrupción
          3.4.5 Identificación de la fuente de la interrupción y gestión de su prioridad
          3.4.6 Niveles de interrupción
          3.4.7 Controlador de interrupciones
          3.4.8 Ejemplos de controladores de interrupciones
          3.4.9 Estructura de interrupciones del 68000
    3.5 Acceso directo a memoria (DMA)
          3.5.1 Controlador de DMA
          3.5.2 Transferencia de datos mediante DMA
          3.5.3 Configuración del DMA
    3.6 Procesador de E/S (PE/S)
          3.6.1 Características de los PE/S
          3.6.2 Clasificación de los PE/S
    3.7 Conclusiones
    3.8 Conclusiones
 
4 Unidad aritmético-lógica
    4.1 Sumadores binarios
          4.1.1 Semisumador binario (SSB)
          4.1.2 Sumador binario completo (SBC)
          4.1.3 Sumador binario serie
          4.1.4 Sumador binario paralelo con propagación del arrastre
          4.1.5 Sumador-restador binario paralelo con propagación del arrastre
    4.2 Sumadores de alta velocidad
          4.2.1 Características de los arrastres
          4.2.2 Sumadores con anticipación del arrastre
          4.2.3 Sumadores de suma condicional
          4.2.4 Sumadores con selección del arrastre
          4.2.5 Sumadores con detección de la finalización del arrastre
          4.2.6 Sumadores que minimizan el número de arrastres
          4.2.7 Sumadores con arrastre almacenado
    4.3 Sumadores en código BCD
          4.3.1 Organización de los sumadores en código BCD
          4.3.2 Restador en código BCD
    4.4 Multiplicadores binarios
          4.4.1 Multiplicación de "lápiz y papel" de números sin signo
          4.4.2 Mejoras en el algoritmo de "lápiz y papel"
          4.4.3 Multiplicación en complemento a 2: Algoritmo de Booth
          4.4.4 Ejemplo: Algoritmo de Booth
    4.5 Multiplicadores de alta velocidad
          4.5.1 Suma rápida de los productos parciales
          4.5.2 Algoritmo de Booth modificado
    4.6 Divisores binarios
          4.6.1 Ejemplo: División de dos números enteros binarios sin signo
          4.6.2 División por el método de restauración
          4.6.3 Ejemplo: Algoritmo de restauración
          4.6.4 División por el método de no restauración
          4.6.5 Ejemplo: Algoritmo de no restauración
    4.7 Estructura de la unidad aritmético-lógica (ALU)
          4.7.1 ALU’s integradas
    4.8 Aritmética en coma flotante
          4.8.1 La representación de números en coma flotante
          4.8.2 La normalización de números en coma flotante
          4.8.3 Exponentes polarizados
          4.8.4 Posibles sistemas en coma flotante
          4.8.5 El formato IEEE de representación de números en coma flotante
          4.8.6 Ejemplo: Representación en el formato IEEE
          4.8.7 Operaciones aritméticas en coma flotante
          4.8.8 Algoritmo de suma y resta en coma flotante
          4.8.9 Redondeo y truncamiento
          4.8.10 Algoritmo de multiplicación y división en coma flotante
          4.8.11 Estructura básica de una unidad aritmética en coma flotante
    4.9 Operaciones de desplazamiento
          4.9.1 Clasificación de las operaciones de desplazamiento
          4.9.2 Ejemplo: Diseño de un registro de desplazamiento de 4 bits
          4.9.3 Estructura de los registros de desplazamiento
    4.10 Operaciones de comparación
          4.10.1 Utilizando un circuito combinacional
          4.10.2 Utilizando un circuito secuencial
          4.10.3 Utilizando un sumador
    4.11 Conclusiones
    4.12 Problemas
 
5 Diseño de transferencia entre registros
    5.1 Niveles de diseño de un sistema digital: diseño jerárquico
    5.2 Nivel de transferencia entre registros
          5.2.1 Representación
          5.2.2 Expandibilidad de los componentes
    5.3 Estructura de un sistema digital
          5.3.1 Componentes de un sistema digital
          5.3.2 Puntos de control
          5.3.3 Modelo de Glushkov
    5.4 Diagramas de máquinas de estados algorítmicas (ASM)
    5.5 Ejemplo de diseño: multiplicador binario
          5.5.1 Multiplicador binario
          5.5.2 Unidad de procesamiento o ruta de datos del multiplicador
          5.5.3 Diagrama ASM del multiplicador
          5.5.4 Unidad de control con lógica cableada
          5.5.5 Unidad de control diseñada con elementos de memoria tipo D
          5.5.6 Unidad de control diseñada con un registro de secuencia y un decodificador
          5.5.7 Unidad de control diseñada con un elemento de memoria por estado
          5.5.8 Unidad de control diseñada utilizando un registro de estado y una memoria ROM
          5.5.9 Unidad de control diseñada utlizando un contador y un decodificador
          5.5.10 Unidad de control diseñada utilizando un registro de estado y un PLA
          5.5.11 Resumen del procedimiento de diseño a nivel de registro
    5.6 Conclusiones
    5.7 Problemas
 
6 Diseño del procesador
    6.1 Repertorio de instrcciones
          6.1.1 Procesadores de tres direcciones
          6.1.2 Procesadores de dos direcciones
          6.1.3 Procesadores de una dirección (procesadores con acumulador)
          6.1.4 Procesadores de cero direcciones (procesadores con pila)
          6.1.5 Procesadores sin ALU
          6.1.6 Análisis de las diferentes arquitecturas de procesadores
          6.1.7 Procesadores con banco de registros
          6.1.8 Arquitectura de carga/almacenamiento: Procesadores RISC
    6.2 Modos de direccionamiento
    6.3 Ciclo de ejecución de una instrucción
          6.3.1 Fase de búsqueda de la instrucción
          6.3.2 Fase de decodificación de la instrucción
          6.3.3 Fase de búsqueda de los operandos
          6.3.4 Fase de ejecución de la instrucción
          6.3.5 Transferencia a un subprograma
          6.3.6 Ciclo de interrupción
    6.4 Fases en el diseño del procesador
    6.5 Diseño de un procesador elemental
          6.5.1 Especificación del procesador SIMPLE1
          6.5.2 Repertorio de instrucciones
          6.5.3 Diagrama de flujo del repertorio de instrucciones
          6.5.4 Asignación de recursos a la unidad de procesamiento o ruta de datos
          6.5.5 Obtención del diagrama ASM del procesador
          6.5.6 Diseño de la unidad de control
          6.5.7 Diseño de la unidad de procesamiento o ruta de datos
    6.6 Conclusiones
    6.7 Problemas
 
7 Microprogramación
    7.1 Modelo original de Wilkes
    7.2 Estructura de una unidad de control microprogramada
          7.2.1 Conceptos básicos
          7.2.2 Elementos de una unidad de control microprogramada
          7.2.3 Secuenciamiento de las microinstrucciones
          7.2.4 Organización de la memoria de control
          7.2.5 Ejecución de las microinstrucciones
    7.3 Representación de los microprogramas
          7.3.1 Ejemplo: Desarrollo de un sencillo microprograma
    7.4 Ejemplo de diseño microproprogramado: multiplicador binario
    7.5 Unidad de control microprogramada de un computador
          7.5.1 Estructura de SIMPLE2
          7.5.2 Formato de la microinstrucción de uc(ñu)P
          7.5.3 Fases en la ejecución de una microinstrucción
          7.5.4 Inicialización de SIMPLE2
          7.5.5 Búsqueda y decodificación de las instrucciones máquina
          7.5.6 Ejemplo: Microprogramación de un repertorio de instrucciones máquina de SIMPLE2
    7.6 Conclusiones
    7.7 Problemas
 
    A.1 Puertas de palabras
    A.2 Codificadores
          A.2.1 Codificadores con prioridad
    A.3 Decodificadores
    A.4 Multiplexores
    A.5 Demultiplexores
    A.6 Dispositivos lógicos programables
          A.6.1 Arrays lógicos programables (PLA)
          A.6.2 Ejemplo: Síntesis de funciones lógicas con una PLA
          A.6.3 Arrays lógicos programables (PAL)
          A.6.4 Ejemplo: Síntesis de funciones lógicas con un PAL
 
    B.1 Concepto de máquina secuencial
    B.2 Sistemas síncronos y asíncronos
          B.2.1 Estructura canónica de una máquina secuencial
          B.2.2 Diagrama de estados y tabla de estados
          B.2.3 Minimización del número de estados
          B.2.4 Codificación binaria y el problema de la asignación de estados
    B.3 Elemento de memoria
    B.4 Tipos de elementos de memoria
          B.4.1 Elemento de memoria RS
          B.4.2 Elemento de memoria JK
          B.4.3 Elemento de memoria D
          B.4.4 Elemento de memoria T
    B.5 Elemento de memoria maestro-esclavo
    B.6 Análisis de circuitos secuenciales
          B.6.1 Circuito secuencial realizado en forma canónica
          B.6.2 Ejemplo 1: Análisis de un circuito secuencial síncrono
          B.6.3 Circuito secuencial realizado con elementos de memoria
          B.6.4 Ejemplo 2: Análisis de un circuito secuencial síncrono
    B.7 Síntesis de circuitos secuenciales
          B.7.1 Modelar las especificaciones
          B.7.2 Minimizar el número de estados
          B.7.3 Codificar en binario las entradas, salidas y estado
          B.7.4 Ecuaciones de entrada a los elementos de memoria
          B.7.5 Ejemplo 1: Detector de secuencia mediante un modelo de Huffman-Mealy
          B.7.6 Ejemplo 2: Detector de secuencia mediante un modelo de Moore
          B.7.7 Ejemplo 3: Complementador a 2
          B.7.8 Ejemplo 4: Contador binario módulo-8
          B.7.9 Ejemplo 5: Contador de código arbitrario con dos secuencias
          B.7.10 Diagramas de estado que utilizan expresiones lógicas para expresar las transiciones
          B.7.11 Ejemplo 6: Generador de pulso con anchura de pulso variable
          B.7.12 Tabla de estados con expresiones de transición
    B.8 Síntesis de circuitos secuenciales con PLA’s o PAL’s
          B.8.1 Dispositivos lógicos programables con registros
          B.8.2 Ejemplo: Diseño de un contador con un PAL
          B.8.3 Macroceldas
 
Bibliografía
 
Índice
         

ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES(1)

Tema 6: Diseño del procesador
 
     La unidad central de proceso (CPU) es un elemento esencial de cualquier computador ya que tiene como misión ejecutar las instrucciones de un programa. Las instrucciones se procesan de forma secuencial, leyéndose de posiciones consecutivas de memoria (tras ejecutar la instrucción que se encuentra en la dirección x se ejecuta la instrucción que está en la dirección x+1 y así sucesivamente). Este esquema que se conoce como secuenciamiento implícito sólo puede ser modificado mediante instrucciones de bifurcación o salto. En este tipo de instrucciones se debe especificar la dirección de la siguiente instrucción que se va a ejecutar o un mecanismo para calcularla.
 
     En este tema se estudia la unidad de control de un computador realizada con lógica cableada (se construye con puertas lógicas y su concepción obedece a las técnicas clásicas de diseño de circuitos secuenciales). En primer lugar se analiza el repertorio de instrucciones de los procesadores y se procede a una clasificación de los mismos según el número de direcciones que contenga el formato de sus instrucciones. Se describen los modos de direccionamiento de un computador que permiten calcular de forma no ambigua la dirección real o efectiva donde se encuentran los operandos de la instrucción y dónde hay que almacenar el resultado que produce.
 
     Se analiza de forma detallada el ciclo de ejecución de una instrucción. La ejecución de una instrucción siempre conlleva realizar la misma secuencia de pasos independientemente del repertorio de instrucciones específicas que posea el procesador y de los campos y modos de direccionamiento que se hayan definido. De forma genérica, el ciclo de ejecución de una instrucción se puede subdividir en cuatro fases: 1) Fase de búsqueda de la instrucción, 2) Fase de decodificación de la instrucción, 3) Fase de búsqueda de los operandos y 4) Fase de ejecución de la instrucción.
 
     Se presentan también las etapas que son necesarias para realizar de una forma sistemática el diseño de un procesador genérico con lógica cableada. Finalmente en la última sección del tema se procede a realizar el diseño de SIMPLE 1 que es un procesador elemental y académico que permite mostrar de forma sencilla los conceptos que se han ido introduciendo. El problema se especifica dando las características estructurales de SIMPLE1, un procesador ficticio extraordinariamente simplificado, cuya única finalidad es mostrar paso a paso su diseño con lógica cableada.
 
     Tema 7: Microprogramación
 
     La microprogramación se puede considerar, según la idea original expuesta por el prof. M.V. Wilkes de la Universidad de Cambridge en 1950, como un método sistemático para diseñar la unidad de control de cualquier sistema digital. sin embargo esta primera concepción de la microprogramación como un procedimiento diferente al tradicionalmente utilizado para el diseño de la uniadd de control con lógica cableada, ha evolucionado llegando a convertirse en una alternativa no sólo de diseño sino de realización.
 
     En la década de los 50 el concepto de la microprogramación sólo generó un relativo interés desde el punto de vista teórico. El principal motivo para este hecho estuvo en el alto coste que suponía su realización debido a la limitada tecnología de las memorias disponibles. En la mitad de la década de los 60 se produce un hecho fundamental para el desarrollo de la microprogramación, cuando el fabricante de computadores IBM la utiliza en la mayor parte de sus modelos de la serie 360, para el diseño de la unidad de control.
 
     En este tema se presentan los fundamentos de la microprogramación. En primer lugar se introduce el modelo original propuesto por M. Wilkes. A continuación se presentan las diferentes alternativas que se han propuesto para el diseño de una unidad de control microprogramada. El tema finaliza con dos ejemplos de diseño de unidad de control microprogramada: el multiplicador binario analizado en el tema 5 y SIMPLE2 que es un sencillo computador que dispone de una unidad de control microprogramable (ucÑUP).
 
Apéndice A: Componentes combinacionales
 
     Un circuito combinacional es un circuito lógico cuyos valores de salida están determinados en cualquier instante de tiempo únicamente por los valores aplicados a sus entradas, y por tanto son independientes de los estados anteriores de las mismas. Los circuitos combinacionales no nos permiten pues almacenar el estado de las entradas y utilizarlas posteriormente para tomar decisiones, es decir, son circuitos que no tienen memoria.
 
     La caraterística principal de un circuito combinacional es la función lógica que realiza. Esta función lógica describe el comportamiento del circuito pero no tiene por qué describir su estructura interna, por lo que es posible que existan diferentes circuitos lógicos que realizan la misma función. Los circuitos combinacionales tienen dos usos principales en los sistemas digitales:
 
     a) Transferencia de datos. Controlan el flujo de señales lógicas de una parte del sistema a otra.
 
     b) Procesamiento de datos. Transforman los datos realizando los cálculos necesarios.
 
     En este apéndice se consideran los principales componentes combinacionales que se emplean en la descripción a nivel de registro de un sistema digital: puertas de palabras, codificadores, decodificadores, multiplexores, demultiplexores y dispositivos lógicos programables.
 
     Aunque algunos de estos componentes ya se han introducido en los propios temas se exponen de forma conjunta con la finalidad de hacer el texto lo más autocontenido posible. No se consideran los circuitos sumadores, multiplicadores, comparadores y unidades aritmético-lógicas ya que a su estudio exclusivo se dedicó el tema 4.
 
Apéndice B: Introducción a los circuitos secuenciales
 
     Los circuitos combinacionales no nos permiten por si mismos resolver el problema de almacenar el valor que tienen las entradas en un instante y utilizarlas posteriormente para tomar dicisiones cuando modifiquen sus valores.
 
     En un circuito combinacional el valor de sus salidas depende únicamente del valor que hay presente en sus entradas. Por el contrario en un circuito secuencial las salidas en un instante cualquiera t depende no sólo del valor actual de sus entradas sino también de sus valores previos. Así pues, un circuito secuencial debe recordar cierta información acerca de los valores pasados de sus entradas. Esta propiedad de una gran generalidad a este tipo de circuitos y permite generar respuestas mucho más interesantes y complejas que las que produce un circuito combinacional.
 
     La unidad de control de un computador es un ejemplo de un circuito secuencial sofisticado, pero también son circuitos secuenciales dispositivos más sencillos como una máquina de expedición automática de billetes de tren. En una máquina de este tipo se introducen secuencialmente los billetes o monedas y el resultado de la operación no depende sól de lo último que se ha insertado sino también de lo previo. Con este amplio abanico de sistemas es necesario disponer de diferentes métodos de análisis y diseño. Los circuitos secuenciales tienen dos usos principales en los computadores:
 
     a) Como elementos de memoria. Almacenan la información mientras está siendo procesada.
 
     b) Como circuitos de control. Generan las señales de control necesarias para seleccionar y habilitar una secuencia de pasos en la transferencia o en el procesamiento de datos.
 
     Ambos circuitos, combinacionales y secuenciales, operando conjuntamente proporcionan todas las funciones de almacenamiento, transferencia, procesamiento y control necesarias en un sistema digital como es el computador.
 
     En este apéndice, en primer lugar se formaliza la noción de máquina secuencial y se introducen las ideas básicas que permiten modelar comportamientos con esta naturaleza. El concepto fundamental es el de estado de una máquina secuencial, que es toda la información que se necesita en cualquier instante de tiempo para poder conocer, dada la entrada en ese momento, cual será el valor de la salida.
 
Metodología
 
Se ha tratado de cuidar de manera muy especial los aspectos específicos de la enseñanza a distancia. Los conceptos se introducen de forma progresiva, de manera que el estudiante pueda ir avanzando a su propio ritmo. La gran cantidad de figuras y tablas que contiene el texto (más de 600) tienen como objetivo facilitar su estudio sin la ayuda directa de un profesor.
 
     La estructuración de todos los temas es uniforme. Todos contienen, además de las secciones específicas de desarrollo del tema, una sección de introducción en la que se exponen los objetivos a cubrir, una sección final de conclusiones en la que se resumen los conceptos introducidos en el tema y una sección de problemas con diferentes grados de dificultad.
 
Agradecimientos
 
Los autores expresan su agradecimiento más sincero a sus compañeros en los Departamentos de Inofrmática y Automática e Inteligencia Artificial de la UNED en los que vienen desarrollando en los últimos años su actividad universitaria por su apoyo en todo momento.
 
     Muy particularmente este agradecimiento queremos personalizarlos en los profesores del Departamento de Informática y Automática, Roberto Hernández Berlinches, Juan Carlos Lázaro Obensa, Sebastián Dormido Canto y Raquel Dormido Canto por la lectura crítica y cuidadosa que han hecho de este texto. Sus sugerencias y atinados comentarios han contribuido a mejorar notablemente muchos de los conceptos expuestos. El diseño de la portada del texto ha sido realizada por Juan Carlos Lázaro Obensa.
 
     Han aportado muchas ideas al texto original los profesores Ángel Pérez de Madrid Pablo y Pablo Ruipérez García que imparten la asignatura de Estructura y Tecnología de Computadores II a los alumnos de la Escuela de Informática de la UNED. También deseamos expresar nuestro agradecimiento a los alumnos de la Escuela de Ingenería Técnica Informática de la UNED Oscar Goetsch, Carlos Maltese Girón y Manuel Montealegre Sáncehz que han desarrollado el simulador de la unidad de control microprogramable uc(ÑU)P del computador SIMPLE2 bajo la supervisión del profesor Angel Pérez de Madrid Pablo.

ESTRUCTURA Y TECNOLOGÍA DE COMPUTADORES

Prólogo
 
 
Objetivos
 
El objetivo básico del libro es dar una visión, lo más completa posible, de los fundamentos de la arquitectura, organización y diseño de computadores.
 
     La arquitectura de computadores estudia la estructura y comportamiento de los diferentes módulos funcionales de un computador y como interaccionan entre sí para proporcionar las necesidades de procesamiento de los usuarios. Es decir, su finalidad es considerar los atributos de un computador que son visibles a un programador a nivel de lenguaje máquina. Ejemplos de estos atributos son el repertorio de instrucciones, los mecanismos de E/S y las técnicas de direccionamiento de memoria.
 
     La organización de los computadores se ocupa de la descripción de sus unidades operacionales y de como se conectan para obtener una arquitectura dada. Su interés se centra en cuestiones, que son transparentes al usuario de un computador, tales como: las interfaces entre el computador y los periféricos, la tecnología de memoria y las señales de control utilizadas, etc.
 
     Un ejemplo que ilustra la distinción entre arquitectura y organización de un computador es el siguiente: El diseñador de la arquitectura tiene que decidir, por ejemplo, si se va a incluir dentro del repertorio de instrucciones una de dividir. La forma de realizar esta instrucción, si es utilizando una unidad aritmético-lógica que incorpora la división o mediante un algoritmo que utiliza otros operadores ariteméticos, es materia de la organización.
 
     El diseño de un computador estudia la realización física de sus circuitos lógicos tomando en consideración un conjunto de especificaciones dadas.
 
 
A quien va dirigido este texto
 
Estructura y Tecnología de Computadores está concebido como texto base de la asignatura Estructura y Tecnología de Computadores II que tienen que cursar los alumnos de la Escuela de Informática de la UNED, en el primer curso de las carreras de Ingeniero Técnico en Informática de Sistemas y de Ingeniero Técnico en Informática de Gestión. Este hecho impone una serie de ligaduras sobre la estructuración de sus contenidos y la forma de desarrollarlos ya que tienen que ser, en la medida de lo posible, autosuficientes y comprensibles a estudiantes que no asisten de forma habitual a clases presenciales.
 
     Esta reflexión ha llevado a los autores a incluir dos apéndices en los que se introducen los principales componentes combinacionales que se emplean en la descripción de un computador  y los circuitos secuenciales cuya comprensión es fundamental para poder entender el funcionamiento de la unidad de control de un computador. Los alumnos que cursan Ingeniería Técnica en Informática de Sistemas ven estos conceptos con mayor profundidad en la asignatura de Electrónica Digital; no ocurre lo mismo con los alumnos de Ingenería Técnica en Informática de Gestión que no los estudian en ninguna otra asignatura y sin embargo los necesitan para la compresión de este texto. La solución que se ha adoptado es incluir, aún a costa de una mayor extensión, los dos apéndices mencionados.
 
     Tambien puede resultar útil a estudiantes de Facultades de Ciencias o Escuelas de Ingenerías que tengan en sus planes de estudio materias relacionadas con la Arquitectura de computadores.
 
 
Organización del texto
 
     El texto se ha estructurado en 7 temas y 2 apéndices cuyos contenidos son:
 
Tema 1: Estructuras de interconexión de un computador
 
     En este tema se analizan las estructuras básicas utilizadas para la interconexión de los elementos de un computador. Como introducción se hace una breve revisión de los componentes fundamentales de la arquitectura clásica de von Neumann. Se consideran los principales enfoques estructurales para la interconexión, incluyendo consideraciones temporales y los protocolos de arbitraje en el intercambio de información entre componentes. Por su particular interés e importancia se dedica una atención especial a la estrucutra de interconexión tipo bus.
 
Tema 2: Unidad de memoria
 
     El objetivo de este tema es el estudio del almacenamiento de información de un computador que contiene tanto los programas que ejucta como los datos sobre los que han de actuar dichos programas. Un computador contiene una jerarquía de susbistemas de memoria, unos internos al propio computador (directamente accesibles desde la CPU) y otros externos (accesibles desde la CPU a través de un módulo de E/S).
 
     En este tema se estudian, en primer lugar, los conceptos básicos y las características de los diferentes tipos de memoria. En segundo lugar se analiza el compromiso que establecen los parámetros de capacidad, velocidad y coste en la jerarquía de memorias y cómo el principio de localidad tanto espacial como temporal permite organizar los datos de una forma eficaz en los diferentes niveles de memoria.
 
     De forma más concreta se estudian las memorias de tipo semiconductor que utilizan como componente básico los cirucitos integrados de memoria, para pasar después a analizar su utilización como componentes del computador. Se presenta de forma detallada un elemento esencial de todos los computadores actuales: la memoria caché. El tema finaliza estudiando otras arquitecturas de sistemas de memoria como son las memorias de carácter asociativo, la utilización de memoria compartida, el concepto de memorias de tipo pila y una introducción a los discos magnéticos que son uno de los principales sistemas de almacenamiento secundario en los computadores de hoy día.
 
Tema 3: Unidad de entrada-salida
 
     Además de la CPU y de la memoria el tercer elemento clave de un computador es la unidad de entrada/salida (E/S). La unidad de E/S proporciona un método de comunicación eficaz entre el sistema central y el usuario. Un computador basa gran parte de su utilidad en la capacidad de recibir y transmitir información desde o hacia el exterior.
 
     Se puee ver la E/S como un conjunto de controladores de E/S; cada controlador se conecta al bus del sistema o a un conmutador centralizado y supervisa a uno o más dispositivos periféticos. Un controlador de E/S no es simplemente una conexión física entre un dispositivo externo y el bus del sistema, sino que contiene cierta "inteligencia". Es decir, dispone de la lógica necesaria para realizar una función de comunicación entre los periféricos del conmutador y el bus.
 
     Se introducen los dispositivos externos, mostrándose en términos muy generales su naturaleza. La comunicación de los dispositivos externos con el controlador de E/S pone en juego diferentes categorías de señales: datos, control y estado del dispositivo. En este tema se presenta una visión unificada de la estructura y función de un controlador de E/S. El núcleo central lo constituye el estudio de los mecanismos por los que un controlador de E/S interacciona con el resto del computador. Se utilizan las siguientes técnicas:
 
     a) E/S controlada por programa. La CPU ejecuta un programa que tiene el control completo y directo de la operación de E/S. Cuando la CPU transfiere una orden al controlador de E/S debe esperar hasta que acabe dicha operación.
 
     b) E/S por interrupciones. La CPU envía una orden de E/S y continúa ejecutando otras instrucciones hasta que es interrumpida por el controlador de E/S cuando ha finalizado su tarea. La CPU no malgasta ahora su tiempo esperando a que se realice una operación de E/S, lo que aumenta el rendimiento global del sistema.
 
     c) Acceso directo a memoria (DMA). Con esta técnica al controlador de E/S se le permite el acceso directo a memoria a través del módulo DMA. Se pueden transferir bloques de datos a o desde memoria sin intervención directa de la CPU, excepto en los instantes iniciales y finales de la transferencia.
 
     El tema finaliza con la introducción del concepto de procesador de E/S (PE/S). El PE/S es una extensión natural del acceso directo a memoria. Un PE/S tiene la capacidad de ejecutar instrucciones de E/S lo que le da un control completo sobre dicha operación. La CPU no ejecuta ahora las instrucciones de E/S, que se almacenan en memoria principal para ejecutarse en un PE/S. La CPU comienza una transferencia de E/S al enviar una orden al PE/S para que ejecute el programa correspondiente. Se trata de un potente controlador de E/S capaz de ejecutar un programa.
 
Tema 4: Unidad aritmético-lógica
 
     La unidad aritemético-lógica (ALU) es la parte del computador donde se efectúan las operaciones aritméticas y lógicas sobre los datos. Las otras unidades del computador (unidad de control, memoria y unidad de E/S) son las encargadas de suministrar datos a la entrada de la ALU y recibirlos nuevamente una vez procesados.
 
     Los datos llegan a la ALU a través de registros y los resultados que se generan también se almacenan en registros. Estos registros son memorias temporales dentro de la CPU que se conectan mediante el bus de datos con la ALU. Cuando la ALU finaliza una operación, activa determinados indicadores que pueden ser utilizados por la unidad de control. La unidad de control envía señales que controlan las operaciones y el movimiento de datos de entrada y salida de la ALU. En este tema se estudian los algoritmos y los circuitos asociados que realizan las cuatro operaciones aritméticas básicas, tanto en coma fija como en coma flotante. Un número en coma flotante está constituido por una par de números en coma fija, la mantisa m y el exponente e y se utiliza para representar números de la forma m x B^e, donde B es la base que está implícita. La representación en coma flotante aumenta el rango de los números que se pueden expresar para una longitud de palabra dada, aunque requieren circuitos aritméticos mucho más complejos que cuando se emplea coma fija. Con el fin de proporcionar una representación única para cada número en coma flotante se realiza un proceso de normalización. También se analizan las operacions de desplazamiento y de comparación.
 
Tema 5: Diseño de transferencia entre registros
 
     En este tema se estudia el procedimiento de diseño de un computador o con mayor generalidad de cualquier sistema digital. El método de diseño puede considerarse a diferentes niveles de detalle o complejidad. Se suelen emplear los tres niveles siguientes:
 
     1) Nivel de puertas lógicas. Corresponde al estudio de la teoría de la conmitación y tiene interés para los diseñadores de sistemas. En este nivel la unidad de información es el bit.
 
     2) Nivel de registros. Un programador en lenguaje máquina o lenguaje ensamblador contempla a un sistema digital desde este nivel. No se tratan ya las puertas lógicas de forma individual, sino los registros de la máquina y sus interconexiones. Es el nivel que se emplea cuando se consideran las características estructurales de un sistema digital. La unidad de información es la palabra.
 
     3) Nivel de procesador. Los objetos básicos que se consideran en este nivel son elementos tales como CPU, procesadores de E/S, memorias etc. La característica fundamental de estos módulos es su elevada complejidad. La unidad de información es un bloque de palabras que puede representar o un programa o una zona de datos.
 
     Se presenta una metodología general de diseño de sistemas digitales cuando se describen a nivel de transferencia de registros. Se exponen los fundamentos de los lenguajes de descripción que se pueden utilizar tanto en los niveles de especificación como de realización. La descripción de un sistema digital se divide en dos partes: la unidad de procesamiento y la unidad de control (modelo de Glushkov).
 
     La unidad de procesamiento es la parte del sistema digital en la que se almacenan y transforman los datos. La función de la unidad de control es generar una secuencia de señales y de control de acuerdo con el algoritmo de transferencia de registros, que especifica la realización de la operación deseada. En muchos casos, una máquina secuencial es un modelo adecuado para la realización de la unidad de control. En este tema se presenta una forma de carácter gráfico, de especificar el modelo de un sistema secuencial: el diagrama de máquina de estados algorítmica o diagrama ASM (acrónimo de Algorithmic State Machines). El diagrama ASM se caracteriza por el hecho de que describe una secuencia de sucesos así como la relación temporal entre los estados de la unidad de control y las acciones que ocurren en los estados como respuesta a los distintos pulsos de reloj.
 
     Se analiza con detalle la organización de la unidad de control y se describen diferentes realizaciones de la misma. Con el fin de reforzar los conceptos que se van introduciendo a lo largo del tema y a modo de ejemplo ilustrativo se desarrolla de forma detallada la realización de un multiplicador de dos números binarios sin signo de n bits, basado en el algoritmo de lápiz y papel mejorado propuesto en el tema 4.
 
 

Cuenta atrás definitiva

– Mes: Febrero; Día: dos; Faltan 5 días.
 
   Ya me han dao las 1 y cuarto de la madrugá y aun no he empezao a estudiar hoy la asignatura. El tiempo apremia ya, y son muchas las cosas que tengo que repasar del temario. Hace un par de horas que el kiosko está cerrao, hasta mañana otra vez, jeje .
 
   Mis inicios en la Universidad coincidieron en Córdoba a la edad de 20 años, empecé por aquel entonces con la licenciatura de química, y comenzó también mi extraño hábito de consumo del THC. A pesar de mis ausencias a las clases y mis nulas horas de dedicación al estudio, aprendí las matemáticas que se cursan en esta facultad de química en córdoba y obtuve también varios créditos pertenecientes a asignaturas de laboratorio. Algo que sin duda me marcó de aquellos años universitarios es que hoy en día tengo recuerdos muy intensos de algunas clases magistrales recibidas de química orgánica e inorgánica por docentes muy versados en multitud de temas. Es como si de algún modo se hubieran juntao un montón de variables que hacen posible que mantenga recuerdos vivos de química, pareciese que el echo de asistir a penas a 30 o 40 clases se hayan fijao en mi memoria definitivamente. Recuerdo por ejemplo que al certificar mis créditos correspondientes a física para optar a convalidaciones, mi profesor por aquel entonces me deseo suerte en mis nuevos estudios de Informática, corría por aquel entonces el año 2001 mas o menos. Es curioso que en una ocasión tuve que ir a reclamar un exámen de química inorgánica y el pretexto o argumento que mantenía mi profesor es el de mi suspenso porque no asistía a sus clases, y sin embargo, al final si que aprobé al año siguiente. Mi nueva facultad por tanto pasó a ser la de Escuela de Ingenieros en Informática en Sevilla cursando los estudios de ingeniero técnico en informática de gestión, en general los estudios de informática correspondientes a ingenería se dividen en 2 ramas diferenciadas; sistemas y gestión, en fin, recuerdo de aquellos años que mis compañeros de estudios naño, sebas y raúl se encontraban ya en su último año de estudios antes de obtener el título, y fue sin duda una experiencia muy gratificante de ambiente de estudio y huerga junto con "el rubio" que era el cuarto compañero de piso. Mi nuevos compañeros de piso y mi nueva carrera no me satisfacieron lo suficiente y opte por asistir muy poco a las clases (y eso q la facultad se encontraba a unos 41 pasos del lugar donde residía, la avenida de reina mercedes) por lo que en mi primer año de estudio tan sólo aprobé 2 asignaturas de matemáticas discretas. Pero otra vez ocurrió que las pocas clases a las que asistí se quedaron marcadas en mi memoria y las mantenga aun muy vivas en el recuerdo. Una diferencia clara en relación a la asignatura de programación en esta universidad con respecto a la uned (universidad nacional de educación a distancia) es la del lenguaje que se estudia, en tanto que en sevilla se estudia el lenguaje c, y en la uned este año tengo que estudiar modula2, pero esta asignatura me la dejo para prepararla para septiembre .
 
   Así que aquí toy, frente al monitor hp del ordenata nuevo, en un cuarto de mi casa, esperando a que una novedad invada mis pensamientos y mis horas de estudio aumenten con ejercicios, complejos esquemas de circuitos electrónicos, fundamentos básicos de álgebra y tecnicismos que consigan al fin y al cabo que mi atracción aumente, hasta que me atragante como diría aquel, jeje, en fin, ni tanto ni tan poco, sino que un poco más moderao.
 
Entrando de lleno en materia….
Historia de los computadores, representación de la información, aritmética y codificación, álgebra booleana y puertas lógicas e introducción a los sistemas digitales corresponden a capítulos que son materia de exámen y de los cuales tengo un resumen y esquema con ejercicios resueltos por mi, es decir, en teoría y sin salirnos de las normas, se podría afirmar que… con un sencillo repaso, puede que en unas 30 horas seguidas de dedicación a mis resúmenes tenga la fortuna de acertar las preguntas tipo test correspondientes a este apartado de la asignatura, pero la cuestión es que tendría que aprender el funcionamiento interno y programación de un microprocesador concreto de MOTOROLA junto con un microcontrolador de INTEL, y tal vez sea redundante, pero sin llegar ala intolerancia, tengo que decir que esos 2 anteriores "artefactos", "chips" o "trozo de plático" se tardó cómo poco 7 años en diseñar y antes de que finalice esta cuenta atrás yo tengo que dominar aspectos difíciles de asimilar. La experiencia que tengo respecto a microchips corresponde a los años de estudio en sevilla y en los que en laboratorio, ambiente controlado por tanto, operamos con osciloscopios y "pastillas" en las que aplicando un voltaje adecuado se crean pequeños "LED" con varias puertas lógicas y se consigue por ejemplo una recreación de números naturales en base binaria…. 0, 1, 2, 3, ect… pero el salto hasta el procesador de 16 bits (II) MC68000, el microcontrolador 8051 y sus correspondientes ejercicios y ejemplos se hace muy cuesta arriba…. sin ser pedante, pero si un poco más concreto…hay va to el tocho completo….
 
CAPÍTULO 8
ESTRUCTURA INTERNA DE LOS MICROPROCESADORES DE 8 BITS: MC6802 Y 8051
 
   Tras la descripción en el capítulo 6 de la estructura interna de una Unidad Central de Procesos general, sin definición del tamaño de la unidad de información que es procesada, en este capítulo y en el capítulo 13 se va a llevar a cabo la descripción pormenorizada de la estructura interna de dos UCP (Unidad Central de Procesos) que manejan información en bloques de 8 bits (6802 y 8051) y de una UCP que procesa información en bloques de 16 bits (68000).
 
   En todos los casos, con el código que utilizamos para designar las diferentes UCP, y que el fabricante de circuitos integrados asigna en cada caso a un único dispositivo, se quiere representar una familia o conjunto de circuitos integrados con muy similar estructura interna. Así al describir el circuito 6802, fabricado por Motorola, también se está explicando el núcleo de los circuitos, entre otros, 6800, 6801, 6803 y 6809. Al trabajar con el 8051(fabricadao por Intel) se está describiendo, entre otros, los dispositivos 8031 y 8751, y finalmente al describir el procesador 68000, fabricado también por Motorola, los 68001 y 68002, entre otros.
 
   De los dos procesadores que veremos en este capítulo, el primero de ellos (6802) recibe el calificativo de microprocesador mientras que el segundo (8051) recibe el apelativo de microcontrolador. La diferencia esencial que existe entre los mismos es que mientras el primero contiece prácticamente sólo una UCP, el otro incluye elementos de E/S, temporizadores, memoria RAM, memoria ROM y un canal serie, lo cual le permite, con un mínimo número de circuitos adicionales, poder llevar a cabo el control de un sistema de baja complejidad, o bien controlar una parte de un sistema de mayor complejidad pero ya en este caso gobernado por un procesador de mayores prestaciones que controlará todo el sistema. Los microcontroladores son una auténtica evolución de los microprocesadores que han aprovechado las crecientes posibilidades de la tecnología de fabricación de circuitos integrados.
 
   El hecho de estudiar el microprocesador MC6802, desarrollado hace ya 20 años, es consecuencia de su extremada sencillez, de que está incorporado en una amplia gama de microprocesadores y microcontroladores existentes actualmente en el mercado electrónico y de que nos sirve de apoyo a la hora de afrontar la descripción de su <<hermano mayor>> de 16 bits. En cuanto al microprocesador 8051, cuya familia no sólo contiene muy diferentes variantes desarrolladas por Intel sino que además es el núcleo de multitud de circuitos integrados desarrollados por otros fabricantes, entre otros Philips y Siemens, su uso hoy día en el entorno industrial es muy elevado; también sirve como base para el estudio de otros procesadores de los mismos fabricantes pero ya en el entorno de 16 bits (80151 y similares).
 
   Ambos dispositivos son también representativos de las dos grandes tendencias arquitecturales que desde 1974 han sido duras competidoras; por un lado la tendencia Motorola (6800, 6502 y 6809) y por el otro la tendencia Intel (8080, 8085 y z80). Evidentemente existen muchos otros microprocesadores de otros fabricantes americanos, europeos y japoneses, pero nunca han alcanzado las cotas de popularidad de los enumerados.
 
   El hecho de estudiar los dos dispositivos nos permite conocer diferentes soluciones adoptadas para afrontar los temas ya estudiados de modos de direccionamiento, tratamiento de interrupciones, manejo de memoria, etc. Como anticipación se puede comentar que la tendencia Motorola introduce tanto la memoria de datos como la de programas, junto con las unidades de E/S, en un único mapa de direcciones, mientras que la tendencia Intel distinguïa entre mapa de memoria y mada de E/S. Ese es el caso del 6802 y del 8085, respectivamente. En el 8051 las unidades de E/S, tanto propias como exteriores, están integradas en el mapa de memoria de datos pero ahora existe un mapa de memoria de programa adicional.
 
 
8.1. EL MICROPROCESADOR DE MOTOROLA MC6802
 
   El microprocesador MC6802 es un procesador de 8 bits con capacidad para direccionar 65536 (64K) palabras de memoria de 8 bits, realizado en tecnología NMOS y funcionando con una única fuente de alimentación de 5 voltios.
 
   Además de las mencionadas, las características más importantes de este dispositivo son:
       – bus de direcciones de 16 líneas,
       – juego de 72 instrucciones de longitud variable,
       – siete modos de direccionamiento,
       – circuito de reloj interno con frecuencia de 1MHz,
       – ciclo de instrucción con duración normal de dos ciclos de reloj,
       – pila (<<stack>>) de longitud variable,
       – capacidad de procesamiento múltiple y de acceso directo a memoria,
       – capacidad de trabajar con interrupciones exteriores llevando a cabo el almacenamiento de los registros internos en la pila antes de ejecutar la subrutina asociada,
       – seis registros internos accesibles por programa,
       – 128 palabras de memoria RAM, situadas en las direcciones de memoria de la 0000H a la 007FH, ambas inclusive.
 
   Dentro de esta familia se incluten, entre otros, los circuitos MC6800, MC6800A y el MC6800B, todos ellos sin memoria RAM interna y con frecuencia de reloj externo de 1 MHZ, 1,5 MHz y 2 MHz, respectivamente.
 
…..  y continuá asi todo el capitulo 8 del libro que tengo que estudiar para mi exámen, los últimos párrafos del texto son los que siguen;
 
 
BIBLIOGRAFÍA
 
 
ACHA, S. y otros. Simulación y electrónica digital básica. Teoría, prácticas y problemas. Ed. Ra-ma (en prensa).
ALDANA, F. y otros. Electrónica Industrial: técnicas digitales. Ed. Marcombo, Boixareu Editores, 1983.
ANGULO, J.M. Electrónica digital moderna. Ed. Paraninfo, 6.ª Edición, 1985.
BAENA, C. y otros. Electrónica digital. Ed. Mc Graw Hill (serie Schaum), 1997.
CALINGAERT, P. Program translation Fundamentals. Computer Sciencie Press. (1988).
CASANOVA, P. y otros. Tecnologías digitales de la teoría a la práctica. Ed. Paraninfo, Madrid 1996.
CASTRO, M. y otros. Guía para la simulación de circuitos. Instituto Universitarios de Educación a Distancia – UNED, 1999.
— y otros: Simulación y electrónica digital avanzada. Teoría, prácticas y problemas. Ed. Ra-ma (en prensa).
DE CUESTA, L. Electrónica digital. Ed. McGraw Hill, 1992.
DE MIGUEL ANASAGASTI, P. Fundamentos de los Computadores. Fundamentos e Introducción al paralelismo. Editorial Paraninfo, Madrid 1987.
FLOYD, T.L. Fundamentos de sistemas digitales. Ed. Presentice Hall, 1997.
GARCÍA, J.E. y otros. Circuitos y sistemas digitales. Ed. Prentice Hall, 1997.
GASCÓN, M. y otros. Problemas y prácticos de diseño lógico. Ed. Paraninfo, 1994.
GASKI, D. D. Principios de diseño digital. Ed. Prentice Hall, 1997.
HAYES, J.P. Introducción al diseño lógico digital. Ed. Addison-Wesley, 1996.
Intel MCS-51 User’s Manual.
LLORIS, A. y PRIETO, A. Diseño lógico. Ed. Mc Graw Hill, 1996.
LÓPEZ, P. y MARTÍNEZ, J. M. Sistemas digitales (problemas). Ed. universidad Politécnica de Valencia, 1987.
MALVINO, A.P. y LEACH, D.P. Principios y aplicaciones digitales. Ed. Marcombo, Boixareu Editores, 1988.
MANDADO, E. Sistemas electrónicos digitales. Ed. Marcombo, Boixareu Editores, 1998.
MARTÍNEZ-PEÑALVER, C.., PEIRE, J. y UCEDA, J. Curso de Introducción a los Microprocesadores UPM, ETSII. Gijón, 1982. DIE.
MAZO, M. y otros. Lógica digital. Ed. Santillana, 1997.
MORRIS MANO, M Arquitectura de Computadores. Editorial Prentice Hall, México 1994.
MOTOROLA MC6802 User’s Manual.
OJEDA, F. Problemas de eléctrónica digital. Ed. Paraninfo, 1994.
PETERSON, J. Organization and Assembly Lenguaje Programming. Academic Press. 1978
Philips Semiconductors 80C51 Microcontroller Family.
SANTAMARÍa, E. Electrónica digital y microprocesadores. Ed. Universidad Pontificia, 1993.
Temic C51 Microcontroller Family User’s Manual.
UERÑA. L. y otros. Fundamentos de Informática. Ra-Ma. 1997.
WAKERLY, F. J. Microcomputer Architecture and Programming. John Wiley and Sons Inc. (1989).
 
…. y tras esto se aportan las suoluciones a los ejercicios propuestos en todo el libro, suerte y al toro…………