Arquitectura de Computadores: Fundamentos de CPU, Memoria y Buses

Escrito el 7 de Junio de 2025 en español con un tamaño de 4,75 KB

Etapas de Ejecución de una Instrucción

La CPU extrae de la memoria la siguiente instrucción a ejecutar y la almacena en el Registro de Instrucción (RI). La posición de memoria de la instrucción se almacena en el Contador de Programas (CP).
Se incrementa el CP con la dirección de la siguiente instrucción.
Se analiza el Código de Operación (CO) de la instrucción que está en el RI.
El decodificador determina a qué datos hay que acceder y cómo hacerlo, analizando el Modo de Direccionamiento (MD), así como el Campo de Dirección Efectiva (CDE).
Se extraen los datos de la posición de memoria especificada por el CDE y se cargan en los registros necesarios de la CPU para ser procesados.
El secuenciador carga datos en el registro de entrada y envía señales de control al circuito combinacional para realizar la operación adecuada.
El resultado se obtiene en el acumulador.
La instrucción determina dónde almacenar el resultado.
Se realiza el almacenamiento del resultado.

RAM: Almacena los programas y datos a procesar. Se puede almacenar y modificar información, y es lo que se conoce como memoria principal.
ROM: Memoria no modificable, sirve para inicializar el sistema (BIOS).

DRAM: Gran capacidad, necesita actualizarse periódicamente mediante un reloj.
SRAM: Menor capacidad, más cara, bastante más rápida y no necesita actualizarse.
SDRAM: Combina la capacidad de la DRAM con la velocidad de la SRAM.
DDR SDRAM: Se actualiza 2 veces por cada impulso de reloj, siendo el doble de rápida que las anteriores.

Memoria intermedia entre la Memoria Principal (MP) y el procesador. Es más rápida y cara que la MP.

Componentes electrónicos que conforman la Memoria Principal (MP). La presencia de energía en ellas representa un 1, y la ausencia, un 0.

Ordenador: Máquina compuesta por elementos físicos (Hardware - HW) capaz de realizar múltiples tareas a gran velocidad y con alta precisión. Para que el HW funcione, es necesario un conjunto de órdenes (Software - SW) ejecutadas en un orden determinado.
Sistema Informático (SI): Conjunto de componentes de hardware necesarios para la explotación del software. Se define como SI = HW + SW.
Firmware: Es la parte de software integrada en los componentes de hardware. No se puede modificar fácilmente.

Unidad Central de Procesamiento (CPU): Consta de la Unidad Aritmético-Lógica (UAL) y de la Unidad de Control (UC).
Memoria Central (MC).
Unidades de Entrada/Salida (E/S).
Controladores (Drivers).
Buses.
Periféricos de E/S.

Registro de Instrucción (RI): Contiene la instrucción que se está ejecutando.
Registro Contador de Programa (CP): Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
Controlador y Decodificador: Controla el flujo de instrucciones de la CPU e interpreta la instrucción para su posterior procesamiento. Extrae el código de operación de la instrucción en curso.
Secuenciador: Genera las microórdenes necesarias para ejecutar la instrucción.
Reloj: Proporciona una sucesión de impulsos a intervalos constantes.

Son elementos de comunicación esenciales entre todos los componentes que definen la estructura de un ordenador.

Bus de Datos: Transmite información entre la CPU y los periféricos.
Bus de Direcciones: Identifica el dispositivo al que va destinada la información que se transmite por el bus de datos.
Bus de Control o Sistema: Es el bus encargado de gestionar el direccionamiento. Organiza y redirige la información hacia el bus pertinente según la información que se deba transmitir.

Cantidad de información que un dispositivo puede leer, grabar, enviar o recibir en una unidad de tiempo.