Fundamentos de Arquitectura de Computadoras: CPU, Registros y Ciclo de Ejecución Von Neumann

Conceptos Fundamentales de Informática y Telecomunicaciones

Definiciones Clave

Sistema

Es un conjunto de partes que interactúan para lograr un fin. El objetivo del sistema de procesamiento de datos es procesar archivos y obtener información.

Case Sensitive

Sensible a mayúsculas y minúsculas.

Upper Case

Mayúscula.

Lower Case

Minúscula.

Hardware

Parte física de la computadora.

Software

Parte lógica de la computadora (programas e instrucciones).

Humanware

Usuarios humanos que interactúan con el sistema.

Arquitectura de Computadoras: El Modelo Von Neumann

Las computadoras actuales se construyen según el Modelo de Von Neumann (computadoras de programa almacenado).

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU (Unidad Central de Proceso) ejecuta programas y controla todo el sistema. Es el microprocesador y está formado por circuitos que realizan varias funciones.

Componentes de la CPU

ALU (Unidad Aritmética y Lógica)

Realiza operaciones aritméticas (suma) y lógicas (comparación).

UC (Unidad de Control)

Controla todo el sistema por medio de órdenes llamados microcomandos.

Registros de la CPU

Son pequeñas memorias rápidas que almacenan datos e instrucciones mientras se están ejecutando.

MAR (Memory Address Register)

Registro de Direcciones de Memoria: Contiene la dirección de memoria a la que se desea acceder.

MBR (Memory Buffer Register)

Registro Intermedio de Memoria: Contiene el dato o instrucción que entra o sale de la CPU.

CP (Contador de Programa)

Contiene la dirección de la próxima instrucción que se desea ejecutar.

Acumulador

Contiene el dato o resultado que fue operado.

RI (Registro de Instrucción)

Contiene la instrucción que se está ejecutando.

Memoria Principal y Subsistema de Entrada/Salida (E/S)

Memoria Principal

Almacena datos y programas mientras se están ejecutando.

RDM (Registro de Direcciones de Memoria)

Guarda la dirección de memoria a la que se quiere acceder.

RIM (Registro de Intercambio de Memoria)

Guarda el dato o instrucción que se lee o graba.

Subsistema de Entrada/Salida (E/S)

La E/S (Input/Output) comunica a la computadora con el usuario.

RDE/S (Registro de Direcciones de E/S)

Guarda la dirección de E/S por medio de la cual se desea leer o grabar.

RID (Registro de Intercambio de Datos)

Guarda el dato o instrucción que se lee o graba.

Procesamiento: El Ciclo de Ejecución de Instrucciones

Condición Previa: El programa que se desea ejecutar fue cargado en memoria principal a partir de la dirección 10.

1. El sistema operativo carga el Contador del Programa (CP) con la dirección de la primera instrucción del programa (10).
2. El contenido del Contador del Programa (CP) se copia en el MAR (Registro de Direcciones de Memoria).
3. El contenido de MAR (10) viaja por el bus de direcciones hasta el RDM. Al llegar, se recibe el microcomando de leer el contenido de la dirección 10.
4. El contenido de la dirección 10 se copia en el RIM.
5. Esa instrucción viaja por el bus de datos hasta llegar al MBR.
6. La instrucción se copia en el RI (Registro de Instrucción). Allí la Unidad de Control la decodifica. (En este ejemplo, la instrucción es leer desde teclado).
7. Justo en ese momento, se incrementa el CP y queda en 11.

Luego se ejecuta la instrucción decodificada.

Sistemas de Numeración en Informática

Un sistema de numeración es un conjunto de símbolos y reglas para representar cantidades.

Sistema Decimal

Contamos con sistemas de numeración decimal. Cada símbolo se denomina dígito decimal. El sistema decimal es posicional, pesado o ponderado.

Sistema Hexadecimal

Es un sistema con 16 dígitos. Sirve, en informática, para representar binarios en forma más corta.