Sistemas Operativos Funcionamiento general de una computadora bajo el control de un programa

Contenido Elementos principales de una computadora y del CPU. Esquema de alto nivel bajo el control de un programa. Ciclos de captación y ejecución. Ejemplo básico de ejecución de un programa.

Elementos principales de una computadora y del CPU Unidad de Procesamiento Central Computadora Memoria E/S Registros ALU Sistema de Buses Interconexión Interna del CPU CPU CU

Esquema de alto nivel bajo el control de un programa Puntos clave de la arquitectura de von Neumann Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura-escritura. Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma. La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no ser que dicha secuencia se modifique explícitamente). CPU Memoria … PC AC … Instrucción IR Bus Instrucción Instrucción MAR Instrucción … Dato Bus Dato … Registros Bus Módulo de E/S PC: Contador de programa IR: Registro de Instrucción MAR: Registro de dirección de memoria AC: Acumulador

Ciclos de captación y ejecución Por cada instrucción de un programa que se esta ejecutando el sistema recorre una serie de etapas que se divide en dos ciclos: Ciclo de captación. El objetivo es obtener el código de la siguiente instrucción a ejecutar. Los pasos son Captar la instrucción de memoria principal. Decodificar el código de la instrucción. Incrementar el contador de programa (PC++). Ciclo de ejecución. Interpretada la instrucción se envían las señales de control necesarias para ejecutarla. Los pasos son: Se obtienen los datos implicados en la instrucción si es necesario. Se ejecuta la instrucción (se realizan las operaciones directamente con los datos). FIN INICIO Captación de la instrucción Ejecución de Ciclo de Instrucción Básico Ciclo de Ejecución Captación

Ciclos de captación y ejecución … (2) Diagrama de estados del ciclo de instrucción Captación de la instrucción IR=*(PC) Captación del operando MBR=[IR] Almacenamiento del operando Varios operandos Varios resultados PC++ Cálculo de la dirección de la instrucción Decodificación de la instrucción Cálculo de la dirección del operando Operación con los datos Cálculo de la dirección del operando Instrucción completada Captar la siguiente instrucción Cadena o vector de datos CAPTACIÓN EJECUCIÓN

Ciclos de captación y ejecución … (3) Ejemplo básico de la ejecución de un programa 1 2 Memoria Registros Memoria Registros PC PC 300 1 9 4 0 3 0 0 300 1 9 4 0 3 0 0 301 5 9 4 1 AC 301 5 9 4 1 0 0 0 3 AC 302 2 9 4 1 1 9 4 0 IR 302 2 9 4 1 1 9 4 0 IR 940 0 0 0 3 940 0 0 0 3 941 0 0 0 2 941 0 0 0 2 Características de una máquina hipotética 3 4 15 3 4 Memoria Registros Memoria Registros Codop Dirección PC PC 300 1 9 4 0 3 0 1 300 1 9 4 0 3 0 1 (a) Formato de instrucción 301 5 9 4 1 0 0 0 3 AC 301 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 1 15 302 2 9 4 1 5 9 4 1 IR 302 2 9 4 1 5 9 4 1 IR S Magnitud (b) Formato de enteros 940 0 0 0 3 940 0 0 0 3 941 0 0 0 2 941 0 0 0 2 Contador de programa (PC) = dirección de instrucción Registro de instrucción (IR) = Instrucción en ejecución Acumulador (AC) = Almacenamiento temporal 5 6 Memoria Registros Memoria Registros PC PC 300 1 9 4 0 3 0 2 300 1 9 4 0 3 0 2 (c) Registros internos del CPU 301 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 301 5 9 4 1 0 0 0 5 AC 302 2 9 4 1 2 9 4 1 0001 = Cargar AC desde memoria 0010 = Almacenar AC en memoria 0101 = Sumar a AC un dato de memoria IR 302 2 9 4 1 1 9 4 1 IR 940 0 0 0 3 940 0 0 0 3 941 0 0 0 2 941 0 0 0 2 (d) Lista parcial de códigos de operación (Codop)