Función básica de un computador: ejecución de instrucciones y arquitectura Von Neumann

Función básica de un computador: ejecución de instrucciones máquina

En las que están especificados:

• Operación a realizar
• Datos o su localización
• Localización del resultado

Arquitectura Von Neumann

Datos e instrucciones almacenados en memoria única de lectura/escritura (memoria principal, Mp)

• Contenido de la memoria accesible por direcciones
• Ejecución implícitamente secuencial (más saltos)

Ciclo de bus

Ciclos de lectura y escritura (en Mem): ciclo de BUS

• Implica un acceso al exterior a la CPU
• Durante ese tiempo sólo la CPU puede acceder a los buses (ningún periférico)
• Suele durar más de 1 ciclo de reloj

Unidad central de proceso

Unidad de Control

• Extrae de Mp la instrucción a ejecutar
• La analiza (decodifica)
• Da las órdenes al resto de componentes

Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Realiza la operación indicada por la UC sobre los datos de entrada

Registros: Memoria a corto plazo

Modelos de ejecución

Registro-registro: operador fuente y destino son registros y el fuente puede ser un inmediato

Registro-memoria: de los operadores fuente uno puede estar en memoria y el otro registro o inmediato o viceversa y el destino puede ser registro o memoria

Memoria-memoria: pueden estar todos tanto destino como fuente en memoria

Registros

De propósito general: utilizados explícitamente por cualquier instrucción

De propósito específico (PC y SR): su uso, muy concreto, está restringido a determinadas instrucciones máquina

Transparentes (IR, AR, DR): Uso interno de la CPU, no disponibles para el programador

Registros que afectan a la unidad de control

IR y SR y las señales que controlan la UC son la de RD, WR y MEMRQ

Fases de ejecución de una instrucción

Comienzo -> Fetch -> Decodificación -> Ejecución (Buscar operandos, operación, almacenar resultados) -> Preparación siguiente instrucción -> Fin

Módulo E/S

Registro de datos, registro de control, registro de estado

• Gran variedad de periféricos
• Destacar discos: memoria a largo plazo
• Se usan módulos de entrada/salida
• Se encargan de la comunicación con los periféricos
• Ocultar sus particularidades
• Tienen registro de estado, control y datos

Direccionamiento E/S

• Selección del periférico
• Cada registro tiene una dirección
• Instrucciones especiales (ld/st frente a in/out)

Modos de realizar operación E/S

• Programada: la CPU lo hace todo (100% dedicada a la operación E/S)
• Mediante interrupciones: el módulo avisa y se produce una interrupción cuando tiene un dato listo
• Por acceso directo a memoria (DMA): la CPU casi no interviene. Cada vez que un dato está listo hay un contador de DMA que roba un ciclo de acceso a memoria a la CPU

La UC necesita como entrada el registro de estado y el registro de instrucción

Falso, el registro de direcciones de memoria no es entrada en la UC, sería el registro de instrucción

La E/S programada permite que la operación en el dispositivo se realice más rápidamente

Falso, el tiempo de operación depende principalmente del periférico, no del tipo de E/S

En un computador con modelo de ejecución registro-registro se puede ejecutar ADD R1, [R2]

Falso, no se puede ejecutar porque uno de los comandos fuente está en memoria y el modelo de ejecución reg-reg exige que los operandos fuente estén en un registro o sean un inmediato y el destino sea un registro. Esta instrucción podría ejecutarse si fuera el direccionamiento reg-mem o mem-mem

Si te dan una tabla

PC inicial le sumas el tamaño de una palabra y ese será el PC de Fetch y ejecución. Los registros se mantienen. El AR toma el valor del fetch inicial y en ejecución toma el valor inicial del segundo registro. El DR en la casilla de fetch no vale nada y en la de ejecución vale el valor inicial del primer registro

Explique los registros que se modifican en la fase de fetch

PC: registro de propósito específico donde se guarda la dirección de la instrucción a ejecutar y durante el fetch se deja apuntando a la siguiente instrucción

AR: registro transparente donde se guarda la dirección de memoria a la que se quiere acceder

DR: registro transparente donde se guarda el dato que se lee o se escribe en MP

IR: registro transparente que contiene la instrucción a ejecutar

La arquitectura Von Neumann de un computador se basa en una CPU que tiene instrucciones y datos en memorias separadas para que no haya errores de ejecución

Falso, el modelo Von Neumann se basa en utilizar una única memoria para almacenar datos e instrucciones, por lo que en el caso de que la memoria no se organice correctamente, puede intentarse ejecutar un dato como si fuera una instrucción

El registro de instrucción es un registro de propósito específico que contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar

Falso, el IR es un registro transparente al usuario, que tiene la función específica de contener la instrucción que se esté ejecutando en cada momento, no su dirección ni la siguiente instrucción

Las únicas instrucciones en las que alguna de sus fases de ejecución conllevan un acceso a memoria son las instrucciones load y store

Falso, ya que hay instrucciones que pueden acceder a pila como PUSH, POP, RET

El registro de puntero de pila es un registro transparente al usuario que puede contener direcciones y datos

Falso, el registro de puntero de pila es un registro de propósito específico que solo contiene la dirección de memoria donde está la cima de la pila

La E/S por DMA es la que proporciona mejor rendimiento en la transferencia de un bloque de datos a un periférico

Verdadero, ya que la E/S por DMA proporciona mejores prestaciones que la programada o por interrupciones, porque libera a la CPU tanto de sincronización del periférico como de la transferencia del dato

El IR es un registro de propósito general que contiene la dirección de la instrucción que se está ejecutando en cada momento

Falso, el IR no es un registro general, sino que es transparente al usuario, si contiene la instrucción que se ejecuta en cada momento

El modelo Von Neumann se basa en separar los datos e instrucciones en dos memorias diferentes, para que las interrupciones puedan estar almacenadas consecutivamente en memoria

Falso, el modelo Von Neumann se basa en utilizar una única memoria para almacenar datos e instrucciones, por lo que en el caso de que la memoria no se organice correctamente, puede intentarse ejecutar un dato como si fuera una instrucción

¿Qué significa que el tamaño de palabra de un computador sea n bits?

Es la cantidad de información que se maneja en paralelo en el computador: número de bits que se leen/escriben en memoria en un solo acceso, número de bits con los que opera la ALU en paralelo, el número de bits que se transfieren en paralelo por los buses internos y externos de datos. Los tamaños típicos son 32 y 64 bits

El SR es un registro de propósito específico que no es transparente al usuario, ya que lo puede referenciar en algunas instrucciones

Verdadero, el programador puede referenciar el SR en varias instrucciones como los saltos condicionales, por lo que no es transparente al programador

El PC contiene siempre la instrucción siguiente a la que se está ejecutando

Falso, el PC contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar

El tiempo de acceso a la memoria se indica por el parámetro MIPS

Falso, los MIPS son Millones de Instrucciones Por Segundo, y son indicativo de la capacidad de proceso de la CPU. El tiempo de acceso a M es el tiempo que tarda la memoria en acceder a una palabra máquina. La velocidad de la memoria se puede indicar por su caudal, o cantidad de información accesible por unidad de tiempo