Bloques funcionales del microprocesador

Materia de Prueba de Taller de Proyectos Informáticos para Ingeniería

Un microprocesador es un circuito de alta escala de integración (chip programable), compuesto por miles de circuitos más simples como: flip flops, contadores, registros, decodificadores, comparadores, etc.; todos ellos distribuidos internamente en varios bloques funcionales. También es conocido como Unidad Central de Procesamiento o CPU.

Las carácterísticas principales de un microprocesador son su universalidad y su programabilidad.

 La programabilidad de un microprocesador se refiere a la capacidad que este tiene para que su función sea definida a través de un programa. El programa consta de una serie de instrucciones relacionadas, ejecutadas secuencialmente (una a la vez) por el microprocesador y que pueden implicar operaciones, por ejemplo: suministrar señales para los demás elementos del sistema, buscar y traer datos desde la memoria, transferir datos desde y hacia los dispositivos de entrada y salida, decodificar instrucciones, realizar operaciones lógicas o aritméticas, etc.

  De acuerdo a esto, el microprocesador es el "cerebro" de un sistema de computo.

Su principal aplicación consiste en unidad principal de proceso de computadoras; también son empleados en dispositivos electrónicos modernos como electrodomésticos "inteligentes", juegos electrónicos, instrumentos de medida, equipos de control para procesos industriales, equipos médicos, calculadoras, controles de aviones, sistemas de automóviles, naves espaciales, robots, etc.

HISTORIA

Dentro de los registros de la historia, se tiene la fecha de invención del microprocesador entre los años 1970-71.

La electrónica moderna se inicio con el invento del tubo de vacío por parte de Lee De Forest a comienzos del Siglo XX. Este dispositivo hizo posible la radio, la telefonía, la telegrafía inalámbrica, entre otros inventos. También impulso el desarrollo comercial e industrial de la electrónica. Después vino el transistor, inventado en los laboratorios de la Bell Telephone en 1948 y utilizado a nivel comercial e industrial desde 1950.

Después del transistor, Jack Kilby invento el circuito integrado en 1959, trabajando para la empresa Texas Instruments que reunía en un solo chip varios transistores. Más tarde, en 1968, Robert Noyce, Gordon Moore y Andrew Grove fundaron una empresa que se llamaría Intel, dedicada inicialmente al remplazo de memorias magnéticas con núcleo de ferrita (utilizadas en las computadoras de la época) por circuitos de memoria basados en semiconductores. Durante el desarrollo de estos circuitos de memoria, Intel obtuvo un circuito integrado que cumplía con las funciones de un pequeño procesador. El primer circuito integrado considerado como microprocesador fue el 4004, creación de Intel en 1971, el cual manejaba datos de 4 bits y tenía 2300 transistores; estaba implantado con tecnología PMOS, tenia 45 instrucciones y ejecutaba 60,000 operaciones por segundo.

Evolución de los microprocesadores

  Los microprocesadores de 8 bits.

Al año siguiente, Intel desarrollo el 8008, que fue el primer microprocesador de 8 bits; implantado también con tecnología PMOS. El 8008 contaba con 48 instrucciones, podía ejecutar 300,000 operaciones por segundo y direccionaba 16 Kbytes de memoria. Sin embargo, requería casi de 20 circuitos de soporte.

En el año de 1974 Intel anuncia el microprocesador 8080, implantado con tecnología NMOS. Este microprocesador también direccionaba 8 bits, tenia 78 instrucciones (incluidas todas las del 8008), su velocidad de operación era 10 veces mayor que la del 8008 y podía direccionar hasta 64 Kbytes de memoria.

La principal diferencia del 8080 con respecto a los microprocesadores anteriores era que se le había dotado con la capacidad de una computadora y no fue dise~ado solo para disminuir compuertas.

Hasta la fecha, el 8080 ha sido el microprocesador más popular convirtiéndose en un estándar de la industria.

Los microprocesadores Motorola

En 1978 la compañía Motorola introdujo el 6800, un microprocesador de 8 bits con 62 instrucciones.

En 1975, la compañía Mos Technology anuncio dos microprocesadores: el 6501 que era compatible con el 6800, y el 6502, cuyo circuito integrado incluía al 6501 y un circuito que generaba la señal de reloj. Hasta entonces, la señal de reloj se había generado en circuitos externos al microprocesador. Con este microprocesador se fabricaron las primeras computadoras personales como el PET de Commodore y el Aple II de Aple Computer.

Los microprocesadores Z-80 y 8085

En 1976 la compañía Zilog introdujo el Z-80, se le dio ese nombre debido a que estaba planeado lanzarlo al mercado hasta 1980; pero debido a la popularidad de los otros microprocesadores, el Z-80 tuvo que aparecer en 1976. Este nuevo microprocesador de 8 bits, implementado con tecnología NMOS, tenía un código de 158 instrucciones, incluyendo todas las del 8080 y además requería un único voltaje de 5 volts.

En 1977, Intel introdujo el 8085, el cual combinaba el 8080, el circuito de reloj y el controlador de sistema en un solo chip. Este microprocesador estaba fabricado con tecnología NMOS y requería al igual que el Z-80, un único voltaje de 5 volts.

Los microprocesadores de 16 bits

Este nuevo tipo de microprocesadores empezó a surgir en la década de los 80`s.

El primero en aparecer fue el 8086 de Intel, adoptado por IBM para la fabricación de la IBM PC.

Después Motorola introdujo el 68000 cuyos registros internos son de 32 bits.

Con este nuevo microprocesador la compañía Apple inicio la familia de microcomputadoras Macintosh. Motorola fabrico microprocesadores derivados del 68000, como el 68020 y el 68030, entre otros destinados a computadoras de mayor desempeño llamadas Workstations o estaciones de trabajo.

Intel desarrollo el 8088, utilizado por las computadoras IBM XT (en el año 1981), el 80186, el 80286 empleado en las IBM AT, el 80386, el 80486 y el Pentium en sus diferentes versiones. También desarrollo un sustituto para el 8088; el 80188.

El 80286, surgíó al mercado en 1983, utilizado en las computadoras IBM PC AT.

En 1985 aparece el 80386 de Intel, utilizado en las computadoras Compaq. Intel fabrico microprocesadores variantes del 80386, como el SX, DX y SL.

En 1991 Intel desarrollo el y486, que incluía un bloque de memoria cache y un coprocesador matemático dentro de la misma pastilla. También hubo variantes de este microprocesador t como el 486DX, SX, DX2 y DX4. La principal diferencia entre cada versión es la velocidad de proceso y el voltaje de operación.

En 1993 Intel lanza al mercado la generación de microprocesadores Pentium, notables por su arquitectura superescalar, su ancho de bus externo de 64 bits y, su velocidad que alcanzaba los 200 Mhz.

Las compañías AMD y Cyrix introdujeron los microprocesadores 6X86 y K5 respectivamente.

A fines de 1995 aparecíó el Pentium Pro de Intel, cuya ventaja era tener un mayor número de aplicaciones por ciclo de reloj.

Con la aparición de multimedia, Intel desarrollo a finales de 1997 el Pentium MMX (MultiMedia eXtensions). Por su parte, AMD desarrolla el microprocesador K6; también con funciones especiales para el manejo de multimedia.

 En 1996, Motorola introdujo su nueva línea de microprocesadores Power PC, destinados a las computadoras de la serie Macintosh Power PC (en alianza con IBM y Apple Computer). Después del Power PC, Motorola lanza la línea de microprocesadores G3.

ESTRUCTURA Básica DE UN MICROPROCESADOR

UNIDADES FUNCIONALES Básicas DE UN MICROPROCESADOR

En la terminología de microprocesadores, a cada grupo de circuitos que desempe~an diferentes tareas importantes se les denomina "unidad funcional", y el conjunto de unidades funcionales y la forma como están interconectadas se denomina "arquitectura" del microprocesador.

Las unidades básicas de un microprocesador son:

Unidad aritmético/lógica.

Unidad de control.

Registros internos.

Memoria del programa.

Hay otras unidades funcionales que también pueden existir en el microprocesador; como son la "memoria de datos" y los "puertos de entrada/salida".

La unidad de procesamiento central (CPU) es un microprocesador que posee únicamente las tres unidades básicas: unidad de control, unidad aritmético/lógica y algunos registros.

La unidad de control

Es la unidad funcional primaria dentro del microprocesador. Utiliza señales de reloj para mantener la secuencia de eventos apropiada para llevar a cabo cualquier tarea de procesamiento.

Después de que una instrucción ha sido obtenida y decodificada por el microprocesador, la circuitería de control envía las señales apropiadas a dispositivos tanto internos como externos a la CPU, para iniciar la acción de procesamiento indicada por la instrucción.

El corazón de la unidad de control lo constituye el "generador de ciclo de máquina" (GCM), que se encarga de producir las señales de control, derivándolas de un reloj u oscilador maestro como referencia.

Unidad aritmético/lógica

Conocida también como ALU (Arithmetic/Logic Unit.). La ALU es la parte del microprocesador que lleva a cabo las operaciones aritméticas y lógicas en los datos binarios. Algunas de ellas se aplican sobre dos operandos, otras solamente en uno.

La ALU ejecuta las siguientes operaciones:

Suma aritmética.

Funciones lógicas AND, OR, XOR.

Complemento.

Rotación hacia la derecha o izquierda.

La ALU contienen además un conjunto de FF`s llamados "banderas" que guardan información relacionada con el resultado de una operación.

Registros internos.

Son unidades de almacenamiento temporal dentro de la CPU. Algunos tienen usos específicos, otros son de uso general.

CONTADOR DEL PROGRAMA (Program Counter) o PC

Este registro lleva cuenta de cual instrucción es la que debe ejecutar enseguida el microprocesador.

REGISTRO DE INSTRUCCIONES (Instruction Register) o IR

Después de que se ha obtenido una instrucción de la memoria, la CPU lo almacena en este registro. La instrucción almacenada en el IR es decodificada y usada para activar una de varias líneas. El dispositivo que traduce la instrucción en acciones concretas es el "Decodificador de instrucciones. La primera palabra de una instrucción es el código de operación para esa instrucción.

El "Código de operación" indica a la unidad de control las operaciones requeridas en la ejecución de la instrucción.

REGISTRO ACUMULADOR

Generalmente contiene uno de los operandos que serán manipulados por la ALU y, el resultado de la operación se deposita en este registro, reemplazando a uno de los operandos originales.

Memoria del programa

Es una ROM o EPROM que contiene el programa del microprocesador. En algunos casos, la memoria del programa también almacena parámetros o tablas de datos que no sufren modificaciones.

CONCEPTOS ADICIONALES DE MICROPROCESADORES

Los registros internos de propósito general.

Con frecuencia, un microprocesador tiene un número de registros adicionales que no tienen asignada ninguna función en particular. Se usan en tareas generales como lugares de almacenamiento temporal para guardar operandos o resultados intermedios. Por las restricciones del número de bits que se pueden incluir dentro del código de una instrucción, el número de registros de propósito general normalmente se limita a menos de ocho. Para identificarlos se usan números o letras.

La memoria de datos

Es una memoria de lectura/escritura (RAM), cuyo objetivo es permitir el almacenamiento temporal de datos o programas de aplicación. Por sus carácterísticas de lectura/escritura, la información que reside en ella se puede alterar fácilmente. Esta se pierde cuando se apaga la fuente de alimentación.

Los puertos de entrada/salida

Son los circuitos que se encargan de establecer el contacto del microprocesador (CPU) con el mundo exterior. Los puertos se conectan a dispositivos periféricos que generan información para ser procesada por la CPU o que aceptan datos provenientes del microprocesador y los transforman en información significativa para el mundo exterior.

Los buses de interconexión

Las líneas de interconexión se pueden agrupar en tres buses: datos, dirección y control.

EL BUS DE DATOS:

Es un conjunto de líneas bidireccionales, que transportan información del microprocesador hacia la memoria o puertos y de estos al microprocesador.

EL BUS DE DIRECCIONES:

Es unidireccional, por el solamente circula información proveniente del microprocesador.

Comprende a las líneas que transmiten una dirección generada por el CPU, la cual selecciona a un Puerto o a una localidad de memoria.

BUS DE CONTROL:

Lo conforman la sincronización y el sentido de transferencia de información en el bus de datos, y el tipo de transferencia indicada por medio de señales de control originadas en el CPU.

Cada una de las señales en el bus de control es unidireccional.

BUSES INTERNOS:

Son buses que existen dentro del microprocesador que sirven para comunicar entre sí a la ALU, los registros internos y la unidad de control.

Evolución de los microprocesadores

Los microprocesadores de 8 bits.

Al año siguiente, Intel desarrollo el 8008, que fue el primer microprocesador de 8 bits; implantado también con tecnología PMOS. El 8008 contaba con 48 instrucciones, podía ejecutar 300,000 operaciones por segundo y direccionaba 16 Kbytes de memoria. Sin embargo, requería casi de 20 circuitos de soporte.

En el año de 1974 Intel anuncia el microprocesador 8080, implantado con tecnología NMOS. Este microprocesador también direccionaba 8 bits, tenia 78 instrucciones (incluidas todas las del 8008), su velocidad de operación era 10 veces mayor que la del 8008 y podía direccionar hasta 64 Kbytes de memoria.

La principal diferencia del 8080 con respecto a los microprocesadores anteriores era que se le había dotado con la capacidad de una computadora y no fue dise~ado solo para disminuir compuertas.

Hasta la fecha, el 8080 ha sido el microprocesador más popular convirtiéndose en un estándar de la industria.

Los microprocesadores Motorola

En 1978 la compañía Motorola introdujo el 6800, un microprocesador de 8 bits con 62 instrucciones.

En 1975, la compañía Mos Technology anuncio dos microprocesadores: el 6501 que era compatible con el 6800, y el 6502, cuyo circuito integrado incluía al 6501 y un circuito que generaba la señal de reloj. Hasta entonces, la señal de reloj se había generado en circuitos externos al microprocesador. Con este microprocesador se fabricaron las primeras computadoras personales como el PET de Commodore y el Aple II de Aple Computer.

Los microprocesadores Z-80 y 8085

En 1976 la compañía Zilog introdujo el Z-80, se le dio ese nombre debido a que estaba planeado lanzarlo al mercado hasta 1980; pero debido a la popularidad de los otros microprocesadores, el Z-80 tuvo que aparecer en 1976. Este nuevo microprocesador de 8 bits, implementado con tecnología NMOS, tenía un código de 158 instrucciones, incluyendo todas las del 8080 y además requería un único voltaje de 5 volts.

En 1977, Intel introdujo el 8085, el cual combinaba el 8080, el circuito de reloj y el controlador de sistema en un solo chip. Este microprocesador estaba fabricado con tecnología NMOS y requería al igual que el Z-80, un único voltaje de 5 volts.

Los microprocesadores de 16 bits

Este nuevo tipo de microprocesadores empezó a surgir en la década de los 80`s.

El primero en aparecer fue el 8086 de Intel, adoptado por IBM para la fabricación de la IBM PC.

Después Motorola introdujo el 68000 cuyos registros internos son de 32 bits.

Con este nuevo microprocesador la compañía Apple inicio la familia de microcomputadoras Macintosh. Motorola fabrico microprocesadores derivados del 68000, como el 68020 y el 68030, entre otros destinados a computadoras de mayor desempeño llamadas Workstations o estaciones de trabajo.

Intel desarrollo el 8088, utilizado por las computadoras IBM XT (en el año 1981), el 80186, el 80286 empleado en las IBM AT, el 80386, el 80486 y el Pentium en sus diferentes versiones. También desarrollo un sustituto para el 8088; el 80188.

El 80286, surgíó al mercado en 1983, utilizado en las computadoras IBM PC AT.

En 1985 aparece el 80386 de Intel, utilizado en las computadoras Compaq. Intel fabrico microprocesadores variantes del 80386, como el SX, DX y SL.

En 1991 Intel desarrollo el y486, que incluía un bloque de memoria cache y un coprocesador matemático dentro de la misma pastilla. También hubo variantes de este microprocesador t como el 486DX, SX, DX2 y DX4. La principal diferencia entre cada versión es la velocidad de proceso y el voltaje de operación.

En 1993 Intel lanza al mercado la generación de microprocesadores Pentium, notables por su arquitectura superescalar, su ancho de bus externo de 64 bits y, su velocidad que alcanzaba los 200 Mhz.

Las compañías AMD y Cyrix introdujeron los microprocesadores 6X86 y K5 respectivamente.

A fines de 1995 aparecíó el Pentium Pro de Intel, cuya ventaja era tener un mayor número de aplicaciones por ciclo de reloj.

Con la aparición de multimedia, Intel desarrollo a finales de 1997 el Pentium MMX (MultiMedia eXtensions). Por su parte, AMD desarrolla el microprocesador K6; también con funciones especiales para el manejo de multimedia.

En 1996, Motorola introdujo su nueva línea de microprocesadores Power PC, destinados a las computadoras de la serie Macintosh Power PC (en alianza con IBM y Apple Computer). Después del Power PC, Motorola lanza la línea de microprocesadores G3.

ESTRUCTURA Básica DE UN MICROPROCESADOR

UNIDADES FUNCIONALES Básicas DE UN MICROPROCESADOR

En la terminología de microprocesadores, a cada grupo de circuitos que desempe~an diferentes tareas importantes se les denomina "unidad funcional", y el conjunto de unidades funcionales y la forma como están interconectadas se denomina "arquitectura" del microprocesador.

Las unidades básicas de un microprocesador son:

Unidad aritmético/lógica.

Unidad de control.

Registros internos.

Memoria del programa.

Hay otras unidades funcionales que también pueden existir en el microprocesador; como son la "memoria de datos" y los "puertos de entrada/salida".

La unidad de procesamiento central (CPU) es un microprocesador que posee únicamente las tres unidades básicas: unidad de control, unidad aritmético/lógica y algunos registros.

La unidad de control

Es la unidad funcional primaria dentro del microprocesador. Utiliza señales de reloj para mantener la secuencia de eventos apropiada para llevar a cabo cualquier tarea de procesamiento.

Después de que una instrucción ha sido obtenida y decodificada por el microprocesador, la circuitería de control envía las señales apropiadas a dispositivos tanto internos como externos a la CPU, para iniciar la acción de procesamiento indicada por la instrucción.

El corazón de la unidad de control lo constituye el "generador de ciclo de máquina" (GCM), que se encarga de producir las señales de control, derivándolas de un reloj u oscilador maestro como referencia.

Unidad aritmético/lógica

Conocida también como ALU (Arithmetic/Logic Unit.). La ALU es la parte del microprocesador que lleva a cabo las operaciones aritméticas y lógicas en los datos binarios. Algunas de ellas se aplican sobre dos operandos, otras solamente en uno.

La ALU ejecuta las siguientes operaciones:

Suma aritmética.

Funciones lógicas AND, OR, XOR.

Complemento.

Rotación hacia la derecha o izquierda.

La ALU contienen además un conjunto de FF`s llamados "banderas" que guardan información relacionada con el resultado de una operación.

Registros internos.

Son unidades de almacenamiento temporal dentro de la CPU. Algunos tienen usos específicos, otros son de uso general.

CONTADOR DEL PROGRAMA (Program Counter) o PC

Este registro lleva cuenta de cual instrucción es la que debe ejecutar enseguida el microprocesador.

REGISTRO DE INSTRUCCIONES (Instruction Register) o IR

Después de que se ha obtenido una instrucción de la memoria, la CPU lo almacena en este registro. La instrucción almacenada en el IR es decodificada y usada para activar una de varias líneas. El dispositivo que traduce la instrucción en acciones concretas es el "Decodificador de instrucciones. La primera palabra de una instrucción es el código de operación para esa instrucción.

El "Código de operación" indica a la unidad de control las operaciones requeridas en la ejecución de la instrucción.

REGISTRO ACUMULADOR

Generalmente contiene uno de los operandos que serán manipulados por la ALU y, el resultado de la operación se deposita en este registro, reemplazando a uno de los operandos originales.

Memoria del programa

Es una ROM o EPROM que contiene el programa del microprocesador. En algunos casos, la memoria del programa también almacena parámetros o tablas de datos que no sufren modificaciones.

CONCEPTOS ADICIONALES DE MICROPROCESADORES

Los registros internos de propósito general.

Con frecuencia, un microprocesador tiene un número de registros adicionales que no tienen asignada ninguna función en particular. Se usan en tareas generales como lugares de almacenamiento temporal para guardar operandos o resultados intermedios. Por las restricciones del número de bits que se pueden incluir dentro del código de una instrucción, el número de registros de propósito general normalmente se limita a menos de ocho. Para identificarlos se usan números o letras.

La memoria de datos

Es una memoria de lectura/escritura (RAM), cuyo objetivo es permitir el almacenamiento temporal de datos o programas de aplicación. Por sus carácterísticas de lectura/escritura, la información que reside en ella se puede alterar fácilmente. Esta se pierde cuando se apaga la fuente de alimentación.

Los puertos de entrada/salida

Son los circuitos que se encargan de establecer el contacto del microprocesador (CPU) con el mundo exterior. Los puertos se conectan a dispositivos periféricos que generan información para ser procesada por la CPU o que aceptan datos provenientes del microprocesador y los transforman en información significativa para el mundo exterior.

Los buses de interconexión

Las líneas de interconexión se pueden agrupar en tres buses: datos, dirección y control.

EL BUS DE DATOS:

Es un conjunto de líneas bidireccionales, que transportan información del microprocesador hacia la memoria o puertos y de estos al microprocesador.

EL BUS DE DIRECCIONES:

Es unidireccional, por el solamente circula información proveniente del microprocesador.

Comprende a las líneas que transmiten una dirección generada por el CPU, la cual selecciona a un Puerto o a una localidad de memoria.

BUS DE CONTROL:

Lo conforman la sincronización y el sentido de transferencia de información en el bus de datos, y el tipo de transferencia indicada por medio de señales de control originadas en el CPU.

Cada una de las señales en el bus de control es unidireccional.

BUSES INTERNOS:

Son buses que existen dentro del microprocesador que sirven para comunicar entre sí a la ALU, los registros internos y la unidad de control.

En 1985 aparece el 80386 de Intel, utilizado en las computadoras Compaq. Intel fabrico microprocesadores variantes del 80386, como el SX, DX y SL.

En 1991 Intel desarrollo el y486, que incluía un bloque de memoria cache y un coprocesador matemático dentro de la misma pastilla. También hubo variantes de este microprocesador t como el 486DX, SX, DX2 y DX4. La principal diferencia entre cada versión es la velocidad de proceso y el voltaje de operación.

En 1993 Intel lanza al mercado la generación de microprocesadores Pentium, notables por su arquitectura superescalar, su ancho de bus externo de 64 bits y, su velocidad que alcanzaba los 200 Mhz.

Las compañías AMD y Cyrix introdujeron los microprocesadores 6X86 y K5 respectivamente.

A fines de 1995 aparecíó el Pentium Pro de Intel, cuya ventaja era tener un mayor número de aplicaciones por ciclo de reloj.

Con la aparición de multimedia, Intel desarrollo a finales de 1997 el Pentium MMX (MultiMedia eXtensions). Por su parte, AMD desarrolla el microprocesador K6; también con funciones especiales para el manejo de multimedia.

En 1996, Motorola introdujo su nueva línea de microprocesadores Power PC, destinados a las computadoras de la serie Macintosh Power PC (en alianza con IBM y Apple Computer). Después del Power PC, Motorola lanza la línea de microprocesadores G3.

ESTRUCTURA Básica DE UN MICROPROCESADOR

UNIDADES FUNCIONALES Básicas DE UN MICROPROCESADOR

En la terminología de microprocesadores, a cada grupo de circuitos que desempe~an diferentes tareas importantes se les denomina "unidad funcional", y el conjunto de unidades funcionales y la forma como están interconectadas se denomina "arquitectura" del microprocesador.

Las unidades básicas de un microprocesador son:

Unidad aritmético/lógica.

Unidad de control.

Registros internos.

Memoria del programa.

Hay otras unidades funcionales que también pueden existir en el microprocesador; como son la "memoria de datos" y los "puertos de entrada/salida".

La unidad de procesamiento central (CPU) es un microprocesador que posee únicamente las tres unidades básicas: unidad de control, unidad aritmético/lógica y algunos registros.

La unidad de control

Es la unidad funcional primaria dentro del microprocesador. Utiliza señales de reloj para mantener la secuencia de eventos apropiada para llevar a cabo cualquier tarea de procesamiento.

Después de que una instrucción ha sido obtenida y decodificada por el microprocesador, la circuitería de control envía las señales apropiadas a dispositivos tanto internos como externos a la CPU, para iniciar la acción de procesamiento indicada por la instrucción.

El corazón de la unidad de control lo constituye el "generador de ciclo de máquina" (GCM), que se encarga de producir las señales de control, derivándolas de un reloj u oscilador maestro como referencia.

Unidad aritmético/lógica

Conocida también como ALU (Arithmetic/Logic Unit.). La ALU es la parte del microprocesador que lleva a cabo las operaciones aritméticas y lógicas en los datos binarios. Algunas de ellas se aplican sobre dos operandos, otras solamente en uno.

La ALU ejecuta las siguientes operaciones:

Suma aritmética.

Funciones lógicas AND, OR, XOR.

Complemento.

Rotación hacia la derecha o izquierda.

La ALU contienen además un conjunto de FF`s llamados "banderas" que guardan información relacionada con el resultado de una operación.

Registros internos.

Son unidades de almacenamiento temporal dentro de la CPU. Algunos tienen usos específicos, otros son de uso general.

CONTADOR DEL PROGRAMA (Program Counter) o PC

Este registro lleva cuenta de cual instrucción es la que debe ejecutar enseguida el microprocesador.

REGISTRO DE INSTRUCCIONES (Instruction Register) o IR

Después de que se ha obtenido una instrucción de la memoria, la CPU lo almacena en este registro. La instrucción almacenada en el IR es decodificada y usada para activar una de varias líneas. El dispositivo que traduce la instrucción en acciones concretas es el "Decodificador de instrucciones. La primera palabra de una instrucción es el código de operación para esa instrucción.

El "Código de operación" indica a la unidad de control las operaciones requeridas en la ejecución de la instrucción.

REGISTRO ACUMULADOR

Generalmente contiene uno de los operandos que serán manipulados por la ALU y, el resultado de la operación se deposita en este registro, reemplazando a uno de los operandos originales.

Memoria del programa

Es una ROM o EPROM que contiene el programa del microprocesador. En algunos casos, la memoria del programa también almacena parámetros o tablas de datos que no sufren modificaciones.

CONCEPTOS ADICIONALES DE MICROPROCESADORES

Los registros internos de propósito general.

Con frecuencia, un microprocesador tiene un número de registros adicionales que no tienen asignada ninguna función en particular. Se usan en tareas generales como lugares de almacenamiento temporal para guardar operandos o resultados intermedios. Por las restricciones del número de bits que se pueden incluir dentro del código de una instrucción, el número de registros de propósito general normalmente se limita a menos de ocho. Para identificarlos se usan números o letras.

La memoria de datos

Es una memoria de lectura/escritura (RAM), cuyo objetivo es permitir el almacenamiento temporal de datos o programas de aplicación. Por sus carácterísticas de lectura/escritura, la información que reside en ella se puede alterar fácilmente. Esta se pierde cuando se apaga la fuente de alimentación.

Los puertos de entrada/salida

Son los circuitos que se encargan de establecer el contacto del microprocesador (CPU) con el mundo exterior. Los puertos se conectan a dispositivos periféricos que generan información para ser procesada por la CPU o que aceptan datos provenientes del microprocesador y los transforman en información significativa para el mundo exterior.

Los buses de interconexión

Las líneas de interconexión se pueden agrupar en tres buses: datos, dirección y control.

EL BUS DE DATOS:

Es un conjunto de líneas bidireccionales, que transportan información del microprocesador hacia la memoria o puertos y de estos al microprocesador.

EL BUS DE DIRECCIONES:

Es unidireccional, por el solamente circula información proveniente del microprocesador.

Comprende a las líneas que transmiten una dirección generada por el CPU, la cual selecciona a un Puerto o a una localidad de memoria.

BUS DE CONTROL:

Lo conforman la sincronización y el sentido de transferencia de información en el bus de datos, y el tipo de transferencia indicada por medio de señales de control originadas en el CPU.

Cada una de las señales en el bus de control es unidireccional.

BUSES INTERNOS:

Son buses que existen dentro del microprocesador que sirven para comunicar entre sí a la ALU, los registros internos y la unidad de control.