Arquitectura y Funcionamiento Interno del Procesador Central (CPU)

Informática y Telecomunicaciones4,37 KB

Fundamentos del Sistema de Computación

Un sistema de computación está formado por una CPU (Unidad Central de Procesamiento) que ejecuta el programa, una memoria que guarda los programas y datos, y los subsistemas que transforman el conjunto en un sistema funcional. Dichos subsistemas, además, facilitan la comunicación entre la CPU y los otros dispositivos.

Podemos llamar procesador a la CPU, ya que es el encargado de procesar los datos. Si el procesador está fabricado en una sola pieza de silicio se llama microprocesador.

Componentes Esenciales

  • Registros: Son pequeñas memorias de alta velocidad ubicadas dentro del procesador.
  • Memoria Caché: Es una memoria de acceso rápido que guarda las últimas operaciones y datos utilizados.
  • Memoria Principal: Es la memoria en la que se almacenan los datos y los programas temporalmente.
  • Bus: Es un componente por donde se transmiten los datos entre los distintos elementos del sistema.
  • Puente: Es un dispositivo de interconexión de redes de ordenadores.

El Procesador y sus Funciones

El procesador es el que se encarga de tomar las decisiones y obtener los datos de la memoria. Se compone de dos partes fundamentales:

  1. El Camino de Datos: Ejecuta las operaciones.
  2. La Unidad de Control (UC): Indica a los dispositivos de entrada y salida, a la memoria y al camino de datos lo que deben hacer. Es el que activa y manda sobre los otros elementos de la computadora.

Dispositivos de Entrada y Salida

Los dispositivos de entrada son dispositivos electrónicos (ratón, teclado, etc.) que permiten la entrada de información a la computadora. Los dispositivos de salida son dispositivos electrónicos que comunican el resultado de la computación a un usuario o a otra máquina (monitores, impresoras, etc.).

Operación de la CPU y la Memoria

La CPU lee los programas y lleva a cabo las acciones especificadas por estos. Las memorias guardan dos tipos de datos: los programas y los datos creados por el programa necesarios para su ejecución.

La CPU decide los caminos que debe tomar la memoria a través de unos buses de datos. Solo puede decidir entre dos opciones para cada dato que le llega, utilizando 0 y 1 (sistema binario). Es el encargado de tomar decisiones y procesar la información que le llega para generar una salida a partir del programa que se le ha suministrado.

El Ciclo de Ejecución del Procesador

El procesador, en general, ejecuta las instrucciones mediante los siguientes pasos:

  1. La unidad de interfaz con el bus lee la siguiente instrucción del programa y los datos asociados.
  2. La unidad de decodificación traduce la instrucción y se la pasa a la Unidad de Control para que decida qué hacer con ella.
  3. Ejecuta la instrucción y deja los datos en el registro.
  4. La Unidad de Control le pasa los resultados a la unidad de interfaz con el bus y le da la orden de guardar en memoria.

Ejemplo Práctico de Ejecución de Instrucción

Veamos esto aplicado a un ejemplo de instrucción: ldr r4, [r0, #32]. Esta instrucción carga en el registro r4 la posición dada por la suma de r0 + 32.

La instrucción anterior realiza las siguientes acciones:

  1. El procesador pide a la memoria la instrucción almacenada en la dirección dada por el registro PC (Program Counter).
  2. El procesador incrementa el PC (PC + tamaño de instrucción).
  3. La UC (Unidad de Control) decodifica la instrucción.
  4. El camino de datos calcula la suma del contenido de r0 + 32.
  5. El procesador pide a la memoria la palabra situada en la posición de memoria calculada previamente.
  6. El procesador sobreescribe el contenido de r4 con la palabra obtenida de la memoria.

Los pasos del 1 al 3 son iguales para todas las instrucciones, aunque el resto de pasos al completarse volverían al primero.

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