Conversiones de Sistemas Numéricos y Arquitectura de Computadoras: Conceptos Clave

Conversiones entre Sistemas Numéricos

Decimal a Binario (D-B)

Se divide el número decimal por 2 sucesivamente. El resultado binario se obtiene leyendo los restos de las divisiones desde el último hasta el primero.

Binario a Decimal (B-D)

Se utiliza la tabla de potencias de 2 (2⁰, 2¹, 2², etc.) y se suman los valores correspondientes a los bits en 1.

Decimal a Octal (D-O)

Se divide el número decimal por 8. La parte entera del resultado se convierte en el dígito octal correspondiente. La parte decimal se multiplica por 8 y se repite el proceso hasta que la parte decimal sea cero o se alcance la precisión deseada.

Octal a Decimal (O-D)

Se utiliza la tabla de potencias de 8 (8⁰, 8¹, 8², etc.) y se suman los valores correspondientes a los dígitos octales.

Decimal a Hexadecimal (D-H)

Se divide el número decimal por 16. La parte entera del resultado se convierte en el dígito hexadecimal correspondiente. La parte decimal se multiplica por 16 y se repite el proceso hasta que la parte decimal sea cero o se alcance la precisión deseada.

Hexadecimal a Decimal (H-D)

Se utiliza la tabla de potencias de 16 (16⁰, 16¹, 16², etc.) y se suman los valores correspondientes a los dígitos hexadecimales.

Hexadecimal/Octal a Binario (H/O - B)

Primero se convierte cada dígito hexadecimal u octal a su equivalente decimal. Luego, cada uno de estos números decimales se convierte a binario.

Equivalencias de Unidades de Almacenamiento

• 1 BYTE = 8 BITS
• 1 KB = 1024 BYTES
• 1 MB = 1024 KB
• 1 GB = 1024 MB
• 1 TB = 1024 GB

Componentes de la CPU y Memoria

Unidad de Control (UC)

Coordina la actividad de la CPU.

ALU (Unidad Aritmético-Lógica)

Realiza las operaciones aritméticas y lógicas.

Registros

Almacenamiento temporal de datos. Ejemplo: las celdas de memoria caché.

Unidad de Punto Flotante

Realiza cálculos con números reales.

Unidad Vectorial

Realiza cálculos con varios datos simultáneamente.

Registros de Memoria

• Asincrónica: Guarda el dato sin esperar una señal de reloj (clock).
• Sincrónica: Coloca el dato y lo guarda al recibir la señal de reloj.

Tipos de Memoria

• SRAM: Rápida y cara (utilizada en memoria caché).
• DRAM: Más lenta y económica que la SRAM (utilizada en microprocesadores, puede generar cuellos de botella).
• SDRAM: Memoria RAM estándar, tiene un registro de refresco.
• DDR SDRAM: Double Data Rate, duplica la tasa de transferencia de datos.

Gestión de Memoria

Paginación de Memoria

Divide el espacio de memoria en páginas de igual tamaño.

Segmentación

Cada aplicación ocupa un segmento de memoria.

Algoritmos de Reemplazo de Páginas

• FIFO (First-In, First-Out): Se descarta la página que entró primero.
• LRU (Least Recently Used): Se descarta la página que hace más tiempo que no se utiliza.
• LIFO (Last-In, First-Out): Se descarta la página que entró última.
• LFU (Least Frequently Used): Se descarta la página que se ha utilizado con menos frecuencia.
• RAND (Random): Se descarta una página al azar.

Arquitecturas de Computadoras

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

Arquitectura con un conjunto reducido de instrucciones, generalmente cableadas. Ejemplos: ARM, PIC, Power, SPARC, PA-RISC.

CISC (Complex Instruction Set Computer)

Arquitectura con un conjunto complejo de instrucciones, generalmente microprogramadas. Ejemplos: primeros CPU x86.

Ciclo de Instrucción

1. Captación (Fetch): La unidad de control busca la próxima instrucción en la memoria.
2. Decodificación (Decode): La unidad de control decodifica el código de operación y genera las órdenes para la siguiente tarea.
3. Búsqueda de Operandos (Operand Fetch): Se buscan los operandos necesarios, realizando un ciclo indirecto si es necesario.
4. Ejecución (Execute): Se ejecuta la instrucción.

Problemas de Pipelines Profundos

Dependencia de Datos

No se puede ejecutar la segunda instrucción porque depende de un valor aún no resuelto por la primera.

Problemas de Control

Instrucciones de salto o bifurcaciones que alteran el flujo secuencial del programa.

Problemas de Estructura

Conflictos por el acceso a recursos compartidos.

Soluciones para Problemas de Bifurcaciones

Se utilizan predictores de saltos estáticos y dinámicos. El más común es la tabla histórica de bifurcaciones.

Tabla de Conversión Decimal, Hexadecimal y Binario