Capítulo 4 CPU y la memoria

Objetivos Generales Describir las partes constitutivas de la unidad central de procesamiento Manejar las instrucciones que se ejecutan en la computadora. Identificar, Clasificar y utilizar las instrucciones en programas desarrollados a bajo nivel.

INTRODUCCIÓN Aunque la memoria se encuentre separada físicamente de la CPU, ambas están íntimamente relacionadas en el funcionamiento de la computadora.

INTRODUCCIÓN De igual manera, nos basaremos en el Modelo Pequeño Hombre Computadora, para describir el uso del conjunto de instrucciones que maneja directa o indirectamente la memoria.

LOS COMPONENTES DE LA CPU Desde el punto de vista conceptual, la CPU consta de tres componentes: La ALU. La Unidad de Control. La Memoria.

LOS COMPONENTES DE LA CPU La ALU es el componente de la CPU donde los datos se alojan temporalmente y tienen lugar los cálculos. Corresponde a la calculadora en nuestro modelo PHC utilizado.

DISEÑO DEL PEQUEÑO HOMBRE COMPUTADORA 123 Calculadora 00 500 01 199 02 … Cesto de Entrada Pequeño Hombre Computadora 97 98 99 123 Cesto de Salida Buzones 05 Contador de ubicación de instrucciones Botón de reinicio

LOS COMPONENTES DE LA CPU La Unidad de Control interpreta y controla la ejecución de las instrucciones. Lo hace siguiendo la secuencia de acciones que corresponden al ciclo de captación-ejecución.

EL CONCEPTO DE REGISTRO El registro es una localidad individual e permanente de almacenamiento dentro del CPU que se utiliza con un propósito particular y definido.

EL CONCEPTO DE REGISTRO Sirve para guardar temporalmente un valor binario, para manipular y efectuar cálculos simples. Los registros se distinguen de la memoria porque no son direccionados como una localidad de memoria.

EL CONCEPTO DE REGISTRO Los registros son componentes funcionales básicos de la CPU. Ya nos familiarizamos con la calculadora y el contador de instrucciones en el modelo PHC.

EL CONCEPTO DE REGISTRO El registro equivalente a la calculadora es el acumulador y suelen haber varios en una CPU real y a veces se los conoce como registros de propósito general. Por lo general se encuentran formando parte de la ALU.

EL CONCEPTO DE REGISTRO En la Unidad de Control se encuentran algunos registros importantes: Registro contador de programa Registro Instrucción Registro Dirección de memoria Registro de datos de memoria

EL CONCEPTO DE REGISTRO Además la UC contendrá registros de 1 bit, conocidos como banderas; los que permiten a la computadora realizar acciones de control sobre acciones especiales como: acarreo y desbordamiento, apagones y error interno de la computadora. Registros de estado.

EL CONCEPTO DE REGISTRO Una CPU típica contiene una interfaz de E/S que maneja los datos de Entrada y Salida en registros de entrada y salida que más adelante lo describiremos más detalladamente.

EL CONCEPTO DE REGISTRO La mayoría de los registros soportan tres tipos primarios de operación: Almacenar datos provenientes de otros sitios Pueden sumarse o restarse Pueden cambiarse o girares uno o más bits a la derecha o izquierda.

LA UNIDAD DE MEMORIA La memoria real, como los buzones en el PHC, consta de celdas, cada una de las cuales puede albergar un solo valor y tiene una sola dirección. Dos registros MAR y MDR sirven de interfaz entre el CPU y la memoria. Registro de búfer de memoria.

LA UNIDAD DE MEMORIA

LA UNIDAD DE MEMORIA Una analogía visual de la memoria

LA UNIDAD DE MEMORIA Capacidad de la Memoria. Existen dos factores que rigen la capacidad de memoria en una computadora. La cantidad de bits de MDR. La cantidad de bits en el campo de direcciones del conjunto de instrucciones.

EL CICLO DE INSTRUCCIONES CAPTAR-EJECUTAR La instrucción LOAD: PC MAR MDR IR IR[ADDRESS] MAR A MDR PC + 1 PC

EL CICLO DE INSTRUCCIONES CAPTAR-EJECUTAR La instrucción ADD: PC MAR MDR IR IR[ADDRESS] MAR A + MDR A PC + 1 PC

BUSES El bus es la conexión física que posibilita la transferencia de datos de un lugar de la computadora a otro. Podemos definir también a un bus como un conjunto de conductores eléctricos idóneos para llevar señales de la computadora a otro sitio.

BUSES Las líneas de bus se agrupan en cuatro categorías generales: datos dirección control y potencia.

BUSES Además pueden existir: Bus punto a punto Bus multipuntos

BUSES

FORMATOS DE LAS PALABRAS DE LAS INSTRUCCIONES Una instrucción esta formada por el código de operación y el campo de dirección. En el campo de dirección puede contener una dirección de donde se obtienen datos o donde se guardan datos. Otras veces no se usaba o indicaban donde debe continuar la instrucción.

FORMATOS DE LAS PALABRAS DE LAS INSTRUCCIONES En las instrucciones que manipulan datos es preciso especificar al menos dos ubicaciones de los datos: una o más ubicaciones fuente y una ubicación destino, que pueden ser expresadas explícita o implícitamente.

FORMATOS DE LAS PALABRAS DE LAS INSTRUCCIONES Por ejemplo la instrucción LOAD toma los datos del campo individual como la dirección fuente explícita. La dirección destino es implícita: el acumulador se usa como dirección destino.

FORMATOS DE LAS PALABRAS DE LAS INSTRUCCIONES Las direcciones fuente y destino puede ser registros o localizaciones de memoria. Se da el nombre de operandos a la fuente y al destino de los datos de una instrucción, tanto explícitos como implícitos.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Casi todas las instrucciones de una computadora efectúan alguna clase de operación en uno o más valores de datos fuente, las cuales dan por resultado uno o varios valores de datos destinos. La operación puede consistir en mover o almacenar, en sumar o restar, en introducir o extraer datos,…

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Instrucciones relacionadas con el movimiento de datos (LOAD, STORE). Instrucciones aritméticas. Instrucciones en lógica booleana. Instrucciones para manipular operandos simples Instrucciones para manipular bits.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Instrucciones de desplazamiento y de rotación.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Instrucciones para controlar el programa.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Instrucciones referentes a las pilas.

CLASIFICACIÓN DE LAS INSTRUCCIONES Instrucciones de datos múltiples.

PREGUNTAS DE REPASO Una gran computadora moderna tiene un registro de direcciones de 36 bits, ¿cuánta memoria puede direccionar? ¿Por qué hay dos registros relacionados a la memoria (MAR y MDR)?. Escriba sus equivalentes en PHC

PREGUNTAS DE REPASO Suponga que las siguientes instrucciones se encuentran en las siguientes localidades de memoria: 20 LDA 50 21 ADD 51 50 724 51 006

PREGUNTAS DE REPASO Muestre los contenidos del IR, PC, MAR, MDR y de A en la conclusión de la instrucción 20 Muestre los contenidos de los registros conforme se van ejecutando los pasos del ciclo captar-ejecutar en la instrucción 21

PREGUNTAS DE REPASO A medida que las palabras de la computadora van volviéndose más grandes aparece una ley de rendimientos decrecientes: la velocidad de ejecución de los programas de aplicación no aumenta y, de hecho, puede disminuir. En su opinión, ¿a qué se debe?