Arquitectura Interna de la CPU: Terminales, Buses y Ciclo de Instrucción

Terminales de la CPU y Conexión de Buses

Los terminales de una CPU se pueden dividir en tres tipos principales: Dirección, Datos y Control. Estos terminales se conectan a terminales similares de los chips de memoria y E/S (Entrada/Salida).

La conexión entre terminales se denomina bus. La comunicación de la CPU con la memoria y los dispositivos de E/S es efectiva tanto transmitiendo como recibiendo señales entre sus terminales.

Parámetros Fundamentales de la Interconexión

La comunicación se basa en tres parámetros fundamentales:

• Líneas de Dirección: Un chip que tiene m líneas de dirección puede direccionar hasta 2^m direcciones de memoria.
• Líneas de Datos: Un chip que tiene n líneas de datos puede escribir o leer una palabra de n bits en una sola operación.
• Líneas de Control: Regulan el flujo y la temporización de los datos que entran y salen de la CPU, entre otros usos.

Otros Terminales Importantes

• Terminales de alimentación.
• Señal de reloj (onda cuadrada).

Funciones Adicionales y Componentes de la CPU

Control de Bus

Principalmente salidas de la CPU al bus (entradas a los chips de memoria y E/S) que indican si la CPU quiere leer o escribir en memoria o realizar otra operación.

Interrupciones

Entradas en la CPU provenientes de dispositivos de E/S.

Arbitraje de Bus

Regula el tráfico en el bus e impide que dos dispositivos traten de usarlo al mismo tiempo.

Coprocesador

Algunos chips están diseñados para operar con coprocesadores, como chips matemáticos o gráficos.

Definición y Clasificación del Bus

Un bus es un camino eléctrico entre varios dispositivos.

• Puede transportar datos internamente en la CPU o en comunicación con el exterior.
• Se clasifica según su funcionalidad, comunicación con memoria y dispositivos de E/S.

Ancho del Bus y Capacidad de Direccionamiento

El ancho de un bus es el parámetro más obvio. Mientras más líneas de dirección tenga un bus, más memoria podrá direccionar la CPU directamente.

• Si un bus tiene n líneas de dirección, una CPU podrá usarlo para direccionar 2ⁿ localidades de memoria distintas.

El Camino de Datos y Tipos de Instrucciones

Componentes del Camino de Datos

El camino de datos está compuesto generalmente por:

• Registros (del 1 al 32).
• ALU (Unidad Aritmética Lógica).
• Varios buses que interconectan los componentes.

Tipos de Instrucciones

Las instrucciones comunes incluyen:

• Registro-memoria.
• Registro-registro.

Ciclo de Ejecución de Instrucciones de la CPU

La CPU ejecuta las instrucciones en una serie de pasos secuenciales:

1. Buscar la siguiente instrucción en memoria y colocarla en el registro de instrucciones.
2. Modificar el contador del programa para que apunte a la siguiente instrucción.
3. Determinar el tipo de instrucción que se recuperó.
4. Si la instrucción utiliza una palabra en memoria, determinar su ubicación.
5. Buscar la palabra (si es necesario) y colocarla en un registro de la CPU.
6. Ejecutar la instrucción.
7. Volver al paso 1 para comenzar a ejecutar la siguiente instrucción.