Arquitectura de Computadores: Registros, Direccionamiento y Formato de Instrucciones

Registros de Estado y Control en la CPU

Registros de Estado

• ZF (Zero Flag): Se activa si el resultado de una operación es cero o si el resultado de una comparación es igual.
• SF (Sign Flag): Se activa para indicar que el resultado de una operación o comparación es negativo.
• OF (Overflow Flag): Señala un desbordamiento aritmético.

Registros de Control

• TF (Trap Flag): Cuando está activo, el procesador genera una interrupción después de la ejecución de cada instrucción, permitiendo controlar paso a paso la ejecución del programa. Normalmente, este bit debe estar inactivo (0).
• IF (Interrupt Flag): Controla el estado del sistema de interrupciones enmascarables. Activo (1) permite las interrupciones; inactivo (0) las deshabilita.
• DF (Direction Flag): Indica la dirección en la que se realizan las operaciones con cadenas de datos.

Capacidad de Direccionamiento de Memoria

La cantidad de casillas diferentes de un byte, o direcciones de memoria cuyo contenido es un byte, depende del tamaño en bits del bus de direcciones.

La capacidad de direccionamiento de memoria, o la cantidad de memoria teóricamente posible que puede manejar una CPU, depende del tamaño en bits del bus de direcciones.

Asignación Física de Memoria

Los registros se pueden clasificar en dos tipos:

• Circuito operacional: Capaz de acumular información binaria en sus flip-flops y con compuertas que permiten realizar tareas de procesamiento de datos.
• Registro de almacenamiento: Usado únicamente para el almacenamiento temporal de información binaria, la cual no puede ser alterada cuando se transfiere hacia dentro o fuera del registro.

Formato de Instrucciones

Las instrucciones en un computador se representan mediante 0s y 1s. Una instrucción máquina es, en esencia, un número. Estos números se agrupan en distintos campos que especifican la operación y los operandos.

Tamaño de las Instrucciones

El tamaño de las instrucciones es un aspecto básico del diseño del formato. Existe un compromiso entre:

• Repertorio de instrucciones potente: Más operaciones, más operandos, más modos de direccionamiento y mayor rango de direcciones (más registros) implican más bits para codificar.
• Programas cortos: Instrucciones cortas y de longitud variable.
• Sencillez del hardware de captación y decodificación de las instrucciones: Tamaño de las instrucciones fijo e igual al tamaño de la palabra de la máquina.

Los direccionamientos implícito e indirecto permiten reducir el tamaño de la instrucción.

Codificación de los Modos de Direccionamiento

Según el número de modos de direccionamiento que tenga una arquitectura, la codificación puede ser:

• Bajo: Codificación en el propio código de operación de la instrucción.
  /Código de operación / ... / ... /... / ... /
• Alto: Utilización de especificadores de direcciones que indican el modo de direccionamiento que utiliza cada operando.
  / Código de operación / Especificador/ ... / ... / ... /

Características de los Formatos de Instrucción

Las arquitecturas deben considerar las siguientes características en sus formatos de instrucción:

• Cada computador tiene unos pocos formatos: Cada instrucción se ajusta a uno de ellos. Cuantos menos, más sencilla será la unidad de control.
• Son sistemáticos: Campos del mismo tipo tienen la misma longitud y ocupan el mismo lugar dentro de la instrucción (el código de operación va primero). Esto simplifica la decodificación de la instrucción.