Organización Básica Y Diseño Del Computador

Organización Básica y Diseño del Computador

Código de Instrucciones

El código de instrucciones es un grupo de bits que instruye a la computadora como ejecutar una operación específica siendo su parte más básica la parte de operación, el cual es un grupo de bits que define operaciones como sumar, restar, multiplicar, desplazar y complementar.

Un código de operación se denomina Macrooperación, porque especifica un conjunto de microoperaciones.

Un código de instrucción especifica también los registros o las palabras de la memoria donde se van a encontrar los operandos, al igual que el registro o la palabra de memoria donde se va a almacenar el resultado.

Instrucciones de la computadora

Una instrucción de computadora es un código binario que especifica una secuencia de microoperaciones para la computadora. Los códigos de instrucciones y los datos se almacenan en memoria. La computadora lee cada instrucción de la memoria y la coloca en un registro de control. Entonces el control interpreta el código binario de la instrucción y procede a ejecutarlo mediante una secuencia de microoperaciones. La capacidad de almacenar y ejecutar instrucciones, el concepto de programa almacenado, es la propiedad más importante de una computadora de uso general.

Ciclo de instrucción

Un ciclo de instrucción es el período de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instrucción de lenguaje máquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instrucción de código de máquina en un programa.

Control y sincronización de tiempo

Existen dos tipos principales de organizaciones de control:

- Control por cableado

- Control microprogramado

En la organización por cableado, la lógica de control se logra mediante compuertas, Flip-Flops y otros circuitos digitales. Esto tiene la ventaja de que puede utilizarse para producir un modo de operación más rápido.

En la organización microprogramada, la información de control esta almacenada en una memoria de control. La memoria de control está programada para iniciar la secuencia de microoperaciones requerida.

Las instrucciones básicas en los lenguajes se pueden considerar en cuatro grupos:

- Instrucciones de entrada salida: soninstrucciones de transferencia de información y datos entre dispositivos periféricos (teclado, impresora, unidad de disco, entre otras.).

- Instrucciones aritméticas lógicas: son instrucciones que ejecutan operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división, potencialización) y lógicas (operaciones and, or, not, entre otras.).

- Instrucciones selectivas: son instrucciones que permiten la selección de tareas alternativas en función de los resultados de diferentes expresiones condicionales.

- Instrucciones repetitivas: son instrucciones que permiten la repetición de secuencias de instrucciones un número determinado o indeterminado de veces.

Ejecución de Instrucciones

Una computadora sólo se diseña con un número limitado de instrucciones bien definidas. Los tipos de instrucciones típicas realizadas por la mayoría de las computadoras son como estos ejemplos: "...copia los contenidos de la posición de memoria 123, y coloca la copia en la posición 456, añade los contenidos de la posición 666 a la 042, y coloca el resultado en la posición 013, y, si los contenidos de la posición 999 son 0, tu próxima instrucción está en la posición 345..."

Las instrucciones dentro de la computadora se representan mediante números. Por ejemplo, el código para copiar puede ser 001.

El conjunto de instrucciones que puede realizar una computadora se conoce como lenguaje de máquina o código máquina. En la práctica, no se escriben las instrucciones para las computadoras directamente en lenguaje de máquina, sino que se usa un lenguaje de programación de alto nivel que se traduce después al lenguaje de la máquina automáticamente, a través de programas especiales de traducción (intérpretes y compiladores).

Algunos lenguajes de programación representan de manera muy directa el lenguaje de máquina, como los ensambladores (lenguajes de bajo nivel) y, por otra parte, los lenguajes como Prolog, se basan en principios abstractos muy alejados de los que hace la máquina en concreto (lenguajes de alto nivel).

Organización del Computador

La organización de una computadora se define mediante sus registros internos, la estructura de temporización y control y la secuencia de microoperaciones que ejecuta sobre los datos almacenados son sus registros.

La arquitectura de una computadora es el conjunto de registros e instrucciones que debe conocer un programador para utilizarla.

Aunque las tecnologías empleadas en las computadoras digitales han cambiado mucho desde que aparecieron los primeros computadores en los años 40, la mayoría todavía utilizan la arquitectura von Neumann, propuesta a principios de los años 1940 por John von Neumann. La arquitectura de von Neumann describe un computador con 4 secciones principales:

- Unidad lógica y aritmética (ALU)

- Unidad de control

- Memoria

- Dispositivos de entrada y salida (E/S).

Estructura interna de cada una de las unidades funcionales:

Unidad Central de Proceso o CPU

Se puede definir como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los ordenadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos.

El microprocesador de la CPU está formado por una unidad aritmético lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones.

Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo, un teclado o un ratón) y los dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).

Elementos que componen la CPU

...