Arquitectura

2.1 El Procesador
Los procesadores tienen como misión ejecutar operaciones de cómputo. Sabemos del modelo de Von Neumann que
estas operaciones se definen como instrucciones. El procesador, desde que recibe energía hasta que se apaga ejecuta
constantemente instrucciones. Esta función de procesamiento es la más importante en el funcionamiento de una
computadora, por lo cual al procesador se ledenomina Unidad Central de Procesamiento o CPU. En esta unidad
analizaremos las estructuras que requiere un CPU muy sencillo para poder ejecutar una instrucción siguiendo los pasos del
ciclo de Instrucción.
2.2 Instrucción y ciclo de instrucción
Como hemos estudiado antes, una instrucción es una orden que emite el programador al procesador para que
ejecute una de las operaciones que formanparte de su repertorio. La instrucción debe especificar la operación a realizar y
cómo obtener los datos u operandos para realizarla. Para este fin, la instrucción debe tener una estructura lógica denominada
formato de instrucción, que se estudiará más adelante.
La secuencia de pasos que sigue el procesador para ejecutar una instrucción se denomina Ciclo de Instrucción. El
Ciclo de Instrucción,se pueden organizar en dos bloques o fases de acuerdo a la acción que ocurre. La primera fase,
denominada FETCH o de Carga. Corresponde a los pasos necesarios para cargar la instrucción desde la memoria al
procesador.
La segunda fase, denominada EXECUTE, corresponde a aquellos pasos que permiten ejecutar la operación en sí y almacenar
el resultado:
- FASE FETCH

Cargar la siguienteinstrucción

Incrementar el secuenciador

Interpretar la Instrucción
- FASE EXECUTE

Cargar los operandos

Ejecutar la operación

Guardar el resultado

Verificar si hay solicitudes de interrupción
2.3 Elementos para estructurar el Procesador
Para poder realizar su función, el procesador, necesita una serie de estructuras. A continuación se expondrá qué tareas
requiere llevar a cabo unprocesador muy simple y deduciremos qué elementos constructivos se requieren para ejecutar estas
tareas, siguiendo las pautas que nos brinda el ciclo de instrucción.
Para estar preparado para realizar sus funciones, el procesador debe:
• Poder acceder a memoria para leer las instrucciones y los operandos así como escribir los resultados. Se
necesita acceder a la dirección de memoria que apunta elPC para leer la próxima instrucción. De acuerdo a la
instrucción, puede requerirse leer de memoria los operandos y/o escribir a memoria, los resultados de la operación.
A R Q U I T E C T U R A D E M Á Q U I N A S C O M P U T A D O R A S I I , C U R S O 2 0 0 7 .
Página 2 Harriette Martínez Cano
Para esto, el CPU debe tener un registro conectado al bus de direcciones donde poner la dirección aacceder. A este
registro lo llamaremos registro de dirección de memoria o MAR por sus siglas en inglés. También requerimos otro
conectado al bus de datos donde poner el valor a escribir o tomar el valor leído desde la memoria. Este lo
llamaremos registro de datos de memoria o MDR por sus siglas en inglés. Por supuesto, se necesita una forma de
indicarle a la memoria que realice la operación delectura o escritura y además poder saber cuando la memoria
terminó la operación, sobre todo la de lectura. Hasta entonces el procesador puede asumir que en el MDR hay datos
válidos. Estas señales se implementan en la unidad de control: READ, WRITE, (que puede ser una sola línea del
Procesador R/W, 0 =R; 1 =W, además de alguna línea de habilitación de Memoria.) y MFC (Que en nuestro caso
seráparte de la lógica de control de Memoria y que indicará al CPU que la función de memoria se ha completado).
• Llevar control de la secuencia de instrucciones: Se necesita un secuenciador de instrucciones, es decir, un
mecanismo que vaya indicando una a una las instrucciones a cargar desde la memoria. Para ello, todas las
instrucciones del programa a ejecutar deben estar almacenadas de forma...