Arquitectura de Computadoras: Memoria Auxiliar, Instrucciones y el Ciclo de Ejecución de la CPU
Memoria Auxiliar: Almacenamiento Masivo de Información
La Memoria Auxiliar se compone de dispositivos de almacenamiento masivo de información utilizados para guardar, de forma permanente, tanto programas como datos. Su principal característica es la de almacenar y retener la información (en formato interno) para poder recuperarla a posteriori tantas veces como se desee o sea necesario. El mejor ejemplo lo tenemos en los discos duros, disquetes, CDs, DVDs, etc.
1.2.4. Las Instrucciones y el Lenguaje Máquina
Todo este conjunto de hardware formaría una máquina inútil de no ser por los programas que la hacen trabajar de forma coherente y coordinada.
Al conjunto de las instrucciones que la CPU es capaz de realizar se les llama instrucciones máquina. Por ello, al lenguaje utilizado para su codificación se le conoce como lenguaje máquina.
Clasificación de las Instrucciones
De acuerdo con la función que realizan, las instrucciones se clasifican en:
- Instrucciones de cálculo (aritmético y lógico).
- Instrucciones de transferencia de datos.
- Instrucciones de ruptura de secuencia.
- Etcétera.
Formato de una Instrucción Máquina
El formato de cualquier instrucción máquina consta de:
- Un código de operación (CO), que indica la operación que debe realizar el procesador.
- Los operandos, que intervienen en dicha operación.
Así, en base al número de operandos que intervienen en ellas, nos podemos encontrar con instrucciones de tres operandos, de dos operandos, de un operando e incluso instrucciones sin operandos.
Programa y Aplicación Informática
Al conjunto de instrucciones u órdenes que se introducen en el ordenador para realizar una tarea determinada se le llama programa. Y al conjunto de varios programas se les llama aplicación informática.
1.2.5. Ciclo de Instrucción
Para que un programa de ordenador pueda ser ejecutado, ha de estar almacenado en la memoria central. A partir de ahí, la CPU tomará de una en una sus instrucciones e irá realizando las tareas correspondientes.
Denominamos ciclo de instrucción al conjunto de acciones que se llevan a cabo en la realización de una instrucción.
Un ciclo de instrucción se compone de dos fases:
- Fase de búsqueda: Se transfiere la instrucción que corresponde ejecutar desde la memoria central a la Unidad de Control (UC).
- Fase de ejecución: Se realizan todas las acciones que conlleva la propia instrucción.
1.2.5.1. Detalle de la Fase de Búsqueda de una Instrucción
Veamos como ejemplo la ejecución de la siguiente instrucción aritmética de suma. La instrucción contiene el código de operación correspondiente a la suma, los dos sumandos (que están en las direcciones de memoria correspondientes a los dos primeros operandos) y el resultado ha de quedar en la dirección indicada por el tercer operando.
SUMAR 033 992 993
(Instrucción: Sumar los contenidos de las posiciones de memoria 033 y 992, almacenando el resultado en la posición 993)
Desglose de la Instrucción
- Código de operación (CO): SUMAR
- Dirección del primer sumando (OP1): 033
- Dirección del segundo sumando (OP2): 992
- Dirección del resultado (OP3): 993
Pasos de la Fase de Búsqueda (Fetch)
En esta fase de búsqueda de la instrucción se realizan los siguientes pasos:
- La Unidad de Control (UC) envía una microorden para que el contenido del Registro Contador de Programa (CP), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar, sea transferido al Registro de Dirección de Memoria (RDM).
- La posición de memoria que figura en el RDM es utilizada por el selector para transferir su contenido (la instrucción) al Registro de Intercambio de Memoria (RIM).
- Se transfiere la instrucción desde el RIM al Registro de Instrucción (RI).
- A continuación, el decodificador procede a interpretar la instrucción que acaba de llegar al RI (en este caso, SUMAR), quedando dispuesto para la activación del circuito sumador de la Unidad Aritmético-Lógica (UAL) e informando al secuenciador.
- El Registro Contador de Programa (CP) se autoincrementa (utilizando la UAL) con un valor 1 (en el caso de que sea esta la longitud de la palabra de memoria), de tal forma que quede apuntando a la siguiente instrucción situada consecutivamente en memoria. Si la instrucción en ejecución es de ruptura de secuencia, el CP se cargará con la dirección que corresponda.