Unidad Central de Procesamiento: Funciones y Componentes

Unidad central de Procesamiento de Datos:

Dentro de la CPU hay un conjunto de registros que funcionan como si se tratara de una memoria. Pueden ser de dos tipos:

Visibles al usuario:

El usuario programador puede manipularlos por programa optimizando los accesos a la memoria principal.

Registro de Control:

Sólo son accesibles por la Unidad de Control para gestionar la CPU y por algunos programas privilegiados para controlar la ejecución de otros programas.

Un registro visible es aquel que es accesible o referenciado por programa, generalmente en lenguaje ensamblador.

Diferentes categorías:

De uso general. Usados libremente por los programadores: Contienen datos relativos a las instrucciones en ejecución o al propio programa. Pueden emplearse para almacenar temporalmente resultados intermedios entre operaciones.

Registros exclusivos de direcciones: Sólo pueden contener direcciones de memoria.

Están muy implicados en el modo de direccionamiento de la memoria:

• Punteros de segmento. Este registro contendrá la dirección base de un segmento. Pueden haber múltiples registros de segmento, de datos, de instrucciones, etc.
• Registros índices. Para facilitar el direccionamiento de una posición de memoria dentro de un segmento. De la combinación de estos dos registros se obtiene en Contador de Programa.
• Puntero de pila. Este registro contiene la dirección de la cabeza de ésta. Disponer del contenido de este registro acelera las operaciones de pila.

Son los registros que la CPU usa para controlar su propio funcionamiento.

Diferentes tipos:

Contador de programa (PC). Contiene la dirección de la siguiente instrucción a captar.

Registro de instrucción (IR). Contiene la última instrucción captada. Registro de dirección de memoria (MAR/RDM): Contiene la dirección de memoria de la próxima lectura o escritura.

Registro intermedio de memoria (MBR/RIM). Contiene la palabra de datos a escribir en memoria o la última leída.

Estos dos últimos suelen estar conectados directamente al bus de direcciones y de datos respectivamente.

Registros de la CPU:

Todos los procesadores incluyen un registro de estado del programa, el PSW. Program State Word. Contiene información acerca del resultado de la última operación ejecutada por la CPU. Esta información se interpreta bit a bit: Signo. Contiene el signo del resultado de la última operación. Cero. Indica que el resultado de la operación ha sido cero. Acarreo. Indica si el resultado de una operación genera un acarreo (suma) o adeudo (resta) del bit más significativo. Igual. Indica si el resultado de una comparación lógica es la igualdad. Desbordamiento. Indica si ha habido desbordamiento aritmético. Interrupciones habilitadas/deshabilitadas. Permite o no el uso de interrupciones. Supervisor. Indica el modo del funcionamiento del procesador. En modo supervisor se pueden ejecutar ciertas instrucciones privilegiadas.

La ALU es la parte de la CPU donde se realizan las operaciones matemáticas y lógicas entre datos. El resto de componentes: UC, registros, E/S y Memoria suministran datos a la ALU con el fin de que los procese y devuelva el resultado. Las operaciones que realiza la ALU son muy simples. Básicamente es un sumador-comparador. Un registro accesible de la ALU, es el acumulador AC.

Una instrucción es una cadena de 0's y 1's. El juego de instrucciones o lenguaje máquina de un procesador es el conjunto de instrucciones que es capaz de ejecutar. En el diseño de un procesador se deberá tener en cuenta qué tipo de instrucciones será las que pueda ejecutar: Qué longitud tienen las instrucciones (8, 16... Bits) Si las instrucciones tiene todas la misma longitud. Cuántas instrucciones tendrá en total. Etc…

Reloj. Cada vez que el reloj avanza un tic la unidad de control avanza en la ejecución de una instrucción.