Arquitectura de Computadoras: CPU, Registros y Funcionamiento Interno

Diagrama de Bloques: Representación de Sistemas

Un diagrama de bloques es la representación gráfica del funcionamiento interno de un sistema, el cual se construye mediante bloques y sus relaciones.

Componentes Funcionales Básicos de un Sistema

Los bloques funcionales básicos de un sistema informático suelen incluir:

• La Unidad Central de Procesamiento (CPU)
• La Memoria Principal
• El Procesador de Entrada/Salida (E/S)

La Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU es la responsable de la interpretación y ejecución de las instrucciones contenidas en la memoria principal.

Comunicación entre CPU y Memoria Principal

Las comunicaciones entre la CPU y la memoria principal se realizan a través de dos canales funcionalmente distintos:

• El canal de direcciones
• El canal de datos

Código de Operación de la Instrucción

El código de operación de la instrucción es utilizado por la CPU para identificar la operación que debe realizar.

Funcionamiento Interno de la CPU

El proceso interno de la CPU se puede describir en las siguientes etapas:

1. Entrada: Recibe datos del exterior a través de los periféricos de entrada.
2. Distribución: Los datos se distribuyen dentro del gabinete a través de los circuitos internos.
3. Procesamiento: La CPU procesa los datos mediante el microprocesador.
4. Almacenamiento: Los resultados se almacenan en dispositivos de almacenamiento.
5. Salida: Los datos procesados se envían al exterior a través de los periféricos de salida.

Registros de la CPU

La CPU dispone de varios registros para el manejo de datos y direcciones, esenciales para su operación.

Registros Generales

Los cuatro registros generales son:

AX (Acumulador)

Suele contener uno de los operandos que intervienen en las operaciones aritméticas y lógicas.

BX (Base)

Generalmente contiene la dirección de inicio de una tabla de valores.

CX (Contador)

Las instrucciones de bucle (como LOOP) utilizan este registro como contador.

DX (Datos)

Registro multiuso, utilizado en operaciones de multiplicación y división junto con AX.

Registros de Segmentos

Los registros de segmento son cruciales para la gestión de memoria en arquitecturas segmentadas:

CS (Code Segment - Segmento de Código)

Señala la dirección del segmento de código del programa que se está ejecutando.

DS (Data Segment - Segmento de Datos)

Señala la dirección del segmento de datos del programa en ejecución.

SS (Stack Segment - Segmento de Pila)

Señala la dirección del segmento donde se encuentra la pila del programa.

ES (Extra Segment - Segmento Extra)

Es un segmento auxiliar a los anteriores, utilizado para señalar espacio extra en alguno de los segmentos o para almacenar momentáneamente direcciones intermedias.

Registros de Punteros e Índices

Estos registros son fundamentales para el direccionamiento de memoria y la manipulación de datos:

IP (Instruction Pointer - Puntero de Instrucción) y PC (Program Counter - Contador de Programa)

Indica el desplazamiento (dentro del segmento de código CS) de la próxima instrucción a ejecutar.

SP (Stack Pointer - Puntero de Pila)

Señala el desplazamiento del final de la pila dentro del segmento de pila SS.

BP (Base Pointer - Puntero Base)

Señala el desplazamiento (dentro del segmento de pila SS) donde se encuentra el origen de la zona ocupada por las variables dinámicas.

SI (Source Index - Índice Fuente) y DI (Destination Index - Índice Destino)

Generalmente, estos dos registros se utilizan con alguno de los registros de uso general y con ciertas instrucciones específicamente diseñadas para transferir datos (dentro de un rango de posiciones de memoria).

Registros de Estado (Flags)

Los registros de estado, también conocidos como flags, son bits individuales que indican el resultado de ciertas operaciones o el estado actual de la CPU:

CF (Carry Flag - Acarreo)

Indicador de arrastre del bit de mayor orden, que puede ocurrir en las operaciones aritméticas de suma y resta.

PF (Parity Flag - Paridad)

Si está activo, indica un número par de bits activos (bits cuyo contenido es 1) en el resultado de una operación.

AF (Auxiliary Carry Flag - Acarreo Auxiliar)

Indicador de ajuste en operaciones aritméticas con cantidades BCD (Binary-Coded Decimal).