Estructura de Computadores. Manual de Laboratorio.

Abstract

Este manual se ha diseñado como soporte para el laboratorio Estructura de Computadores (EC), impartida en la titulación de Ingeniería Electrónica de Comunicaciones de la Facultad de CC. Físicas de la UCM.

La asignatura de EC presenta al alumno una visión global del funcionamiento de un computador y su comunicación con el mundo exterior, a partir de los conocimientos adquiridos en las asignaturas previas de Circuitos Digitales e Informática. Concretamente se estudia el modelo de computador von Neumann y se analiza un posible diseño de procesador básico con subsistemas de memoria y entrada/salida simplificados.

El laboratorio asociado se centra principalmente en estudiar en detalle el modelo de máquina ofrecido al programador, es decir, la arquitectura del repertorio de instrucciones (interfaz HW/SW), y los mecanismos de entrada/salida (comunicación del computador con el mundo exterior).

El estudio del lenguaje ensamblador es por tanto un vehículo fundamental para que el alumno comprenda el funcionamiento básico de un computador y que entienda qué tipo de código máquina podrá ser generado a partir del código de alto nivel que escriba. Por ello, en este laboratorio describimos el proceso de compilación, ensamblado y enlazado para que el alumno pueda comprender el problema que resuelve cada una de estas etapas, y, en caso de error, sepa en cuál de ellas se produce.

Para montar este laboratorio se escogió una plataforma experimental económica basada en la placa Raspberry Pi 1, con un ARM1176JZF-S. La selección de la familia ARM se debe principalmente a la sencillez de su repertorio de instrucciones RISC y al enorme éxito que dicha familia tiene en el mercado de los sistemas empotrados. Cuando se montaron los laboratorios esta placa ofrecía una buena relación calidad/precio y parecía adaptarse bien al laboratorio. Sin embargo, hoy en día podemos encontrar otras placas en el mercado más adecuadas para este laboratorio, a un coste similar y con mejor documentación. Por ello, en un futuro próximo se pretende adaptar este laboratorio al uso de otra placa.

Este manual servirá tanto de apoyo para la realización de las prácticas de laboratorio como de libro de texto para la programación en ensamblador y la arquitectura del repertorio de instrucciones del ARM1176JZF-S.