Procesadores

Organización del Procesador
Un procesador, incluye tanto registros visibles por el usuario como registros de control/estado. Los registros visibles por el usuario pueden ser de uso general o tener una utilidad especial, mientras que los registros de control y estado se usan para controlar el funcionamiento del procesador, un claro ejemplo es el contador de programa.
Los procesadores utilizanla segmentación de instrucciones para acelerar la ejecución. La segmentación de cauce se puede dividir en ciclo de instrucción en varias etapas separadas que operan secuencialmente, tales como la captación de instrucción, decodificación de instrucción, cálculo de direcciones de operando, ejecución de instrucción y estructura del operando resultado.
A continuación se muestra cómo se organiza unprocesador, para esto se tiene que considerar los siguientes requisitos:
Captar instrucciones: el procesador lee una instrucción de memoria (registro, cache o memoria principal).
Interpretar instrucción: la instrucción se codifica para determinar qué acción es necesario.
Captar datos: la ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de memoria o de un módulo de E/S.
Procesar datos: laejecución e una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.
Escribir datos: los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en el módulo de E/S.
Para hacer estas cosas, el procesador necesita almacenar instrucciones y datos temporalmente mientras una instrucción esta ejecutándose, en otras palabras el procesador necesitauna pequeña memoria interna.

Unidad aritmética lógica
La Unidad Aritmética Lógica es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.
Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendráuna ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.
Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno (y losmainframes) puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU.
Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemático 80387, y procesadores digitales de señales como los que se encuentran entarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.
Diseño de un Circuito Aritmético:
1. En el diseño de una ALU se deben seguir los siguientes pasos:
2. Diseñar la sección aritmética independientemente de la sección lógica.
3. Determinar las operaciones lógicas del circuito aritmético, asumiendo que losacarreos de salida de todas las etapas son 0.
4. Modificar el circuito aritmético para obtener las operaciones lógica requerida.
El diseño simple de una ALU se hace utilizando el sumador completo para generar las operaciones lógicas de la unidad. Por lo tanto es necesario introducir una variable de control adicional (S2), con el fin de seleccionar entre las operaciones lógicas y aritméticas. Eneste diseño, un valor S2 = 1 hace que el circuito efectúe operaciones lógicas. Recordando la salida de un sumador completo:
F = (Ai Bi)Cin
A partir de esta ecuación, es posible obtener la función lógica requerida, utilizando la debida manipulación lógica. La función requerida se expone en la tabla.
S2
S1
S0
Ai
Bi
Cin
Operación Sumador Completo
Función requerida Fi
Manipulación...