Arquitectura del Procesador: Registros, Unidades Funcionales y Ciclo de Instrucción

Escrito el 2 de Diciembre de 2025 en español con un tamaño de 4,58 KB

Componentes Funcionales Adicionales del Procesador

Aparte de la Unidad Aritmético-Lógica (ALU) y la Unidad de Control, el procesador incorpora otras unidades funcionales esenciales:

Unidades de Ejecución SIMD: Unidades especializadas en la ejecución de instrucciones SIMD (Single Instruction, Multiple Data).
Memoria Caché: Prácticamente todos los procesadores modernos incorporan dentro del propio chip del procesador algunos niveles de memoria caché para acelerar el acceso a los datos.
Unidad de Gestión de Memoria (MMU): Memory Management Unit. Gestiona el espacio de direcciones virtuales, traduciendo las direcciones de memoria virtual a direcciones de memoria física en tiempo de ejecución.
Unidad de Punto Flotante (FPU): Floating Point Unit. Unidad especializada en realizar operaciones en punto flotante; puede funcionar de manera autónoma, ya que dispone de un conjunto de registros propio.

Los registros son pequeñas unidades de almacenamiento de alta velocidad dentro del procesador. Se clasifican principalmente en dos tipos:

Registros Visibles por el Usuario: Permiten al programador de lenguaje máquina o de ensamblador minimizar las referencias a memoria principal por medio de la optimización del uso de registros.
Registros de Control y de Estado: Son utilizados por la Unidad de Control para controlar el funcionamiento del procesador y por programas privilegiados del sistema operativo para controlar la ejecución de programas.

Ya sean registros internos o visibles al programador, los registros se pueden clasificar en cuanto a su funcionalidad:

Registros de Propósito Específico: Tienen asignada una función específica. Entre los registros de propósito específico destacan: el Contador de Programa (PC), el Registro de Instrucción (IR) y el Registro de Estado.
Registros de Propósito General: Son registros que no tienen un cometido predeterminado y que se utilizan como almacenamiento temporal de los datos que se están procesando en un momento dado.

Dentro de los registros visibles para el programador, se distinguen:

Los Registros de Datos: Pueden usarse únicamente para contener datos y no se pueden emplear en el cálculo de la dirección de un operando.
Los Registros de Dirección: Pueden ser de uso más o menos general, o pueden estar dedicados a un modo de direccionamiento particular.

Cuatro registros son esenciales para la ejecución de una instrucción:

Contador de Programa (PC): Program Counter. Contiene la dirección de la instrucción a captar.
Registro de Instrucción (IR): Instruction Register. Contiene la instrucción captada más recientemente.
Registro de Dirección de Memoria (MAR): Memory Address Register. Contiene la dirección de una posición de memoria.
Registro Intermedio de Memoria (MBR): Memory Buffer Register. Contiene la palabra de datos a escribir en memoria o la palabra leída más recientemente.

El Ciclo de Instrucción es el proceso fundamental que sigue el procesador para ejecutar un programa. Consta de las siguientes etapas:

Captación: Llevar la siguiente instrucción de la memoria al procesador.
Ejecución: Interpretar el código de operación y llevar a cabo la operación indicada.
Interrupción: Si las interrupciones están habilitadas y ha ocurrido una interrupción, se guarda el estado del proceso actual y se atiende la interrupción.

Durante el ciclo de instrucción, se llevan a cabo tres tipos básicos de microoperaciones:

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