Arquitectura De Computadoras

Unidad II - Estructura y Funcionamiento de la Computadora

La Computadora es una máquina destinada a procesar datos. Este procesamiento involucra dos flujos de información: el de datos y el de instrucciones. Se parte del flujo de datos que han de ser procesados. Este flujo de datos es tratado mediante un flujo de instrucciones de máquina, generado por la ejecución de un programa, y produce el flujo de datos resultado.

La memoria principal se construye con memoria RAM y memoria ROM. En ella han de residir los datos a procesar, el programa máquina a ejecutar y los resultados.

Se denomina programa máquina (o código) al conjunto de instrucciones máquina que tiene por objeto que la computadora realice una determinada función. Los programas escritos en cualquiera de los lenguajes de programación han de convertirse en programa máquina para poder ser ejecutados por la computadora.

La unidad aritmética permite realizar una serie de operaciones aritméticas y lógicas sobre uno o dos operándos.

La unidad de control es la que se encarga de hacer funcionar al conjunto, para lo cual realiza las siguientes funciones:

• Lee de memoria las instrucciones máquina que forman el programa.

• Interpreta cada instrucción leída.

• Lee los datos de memoria referenciados por cada instrucción

• Ejecuta cada instrucción

• Almacena el resultado de cada instrucción.

• Realiza un ciclo de maquina. Se divide en dos ciclos:

C. de Búsqueda de instrucción

Ciclos de Maquina

C. de Ejecución de la instrucción

• Cómo se realiza la búsqueda?

El PC tiene la dirección de la primera instrucción, su contenido se copia en el RDM y genera un ciclo de lectura mientras que se incrementa en 1 el PC, el dato leído en memoria se guarda en el RBM y luego se copia en el RI . Fin del ciclo de búsqueda (el PC ya está incrementado).

• La unidad de control decodifica el Código de operaciones del RI y sabe que en el segundo campo están las direcciones de las operaciones y donde debemos guardar el resultado de la operación. Luego la UC transfiere los 2 operandos a la ALU y le dice que debe operarlos según el código de operaciones decodificado, una vez realizada la operación, se guarda el resultado en la dirección que figura en el tercer subcampo del RI. Este resultado se guarda generando un ciclo de escritura.

• Al apagarse la maquina el contenido de los registros se pierde. Para que la maquina funcione a la manera de Von Neuman, es necesario que la maquina tenga un circuito eléctrico, que ponga al PC siempre en la posición 0, al encenderse.

Diferencias entre instrucciones y datos:

Si viene del PC es una instrucción, si viene del campo de direcciones del RI, es un dato.

Esto nos permite tomar instrucciones como dato, si en el campo de direcciones del RI se encuentra un direccionamiento a una instrucción en lugar de una dirección a un dato, la CPU va a operar como si se tratara de un dato.

Esto permite construir programas auto modificables (beneficio, si el programa no es compartido entre varios usuarios).

2.1 Organización del procesador

Un procesador incluye registros visibles para el usuario y registros de control/estado.

Los primeros pueden referenciarse en las instrucciones máquina. Pueden ser de uso general, almacenar números, direcciones, etc. Los registros de control/estado se usan para controlar el funcionamiento de la CPU. Un ejemplo de este tipo de registro es el contador de programa.

Los procesadores utilizan la segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. Fundamentalmente, la segmentación consiste en dividir el ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, y escritura del operando resultado.

La CPU controla el funcionamiento del computador y lleva a cabo sus funciones de procesamiento de datos. Contiene los componentes:

• Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU.

• Unidad aritmético-lógica (ALU): lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos.

• Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU.

• Interconexiones CPU: son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros.

2.2 Estructura de registros

Los Registros son un medio de ayuda a las operaciones realizadas por la unidad de control y la unidad aritmética y lógica. Permiten almacenar información, temporalmente, para facilitar la manipulación de los datos por parte de la CPU.

Realizando una similitud con el resto del sistema informático, los registros son a la CPU como la memoria principal es a la computadora.

Los registros se dividen en tres grupos principales:

• Registros de Propósito General.

• Registros de Segmento de Memoria.

• Registros de Instrucciones.

Seguidamente se presenta una relación completa de los tres grupos de registros que contiene un microprocesador típico como puede ser el Intel 80386:

Registros de Propósito General:

- (AX) Registro de Datos

- (DX) Registro de Datos

- (CX) Registro de Datos

- (BX) Registro de Datos

- (BP) Registro Puntero Base

- (SI) Registro Índice Fuente

- (DI) Registro Índice Destino

- (SP) Registro Puntero de la Pila

Registros de Segmento de Memoria:

- (CS) Registro Segmento de Código

- (SS) Registro Segmento de la Pila

- (DS)

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