Procesadores

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EL PROCESADOR
2.1. Estructura de un ordenador propuesta por Von Neumann. Un hito importante en la breve e intensa historia de los ordenadores es la idea de Von Neumann, expuesta en 1946, de construir un ordenador de programa almacenado que sustituyera a los hasta entonces existentes, que trabajaban con programa cableado. Antes de Von Neumann los programas se introducían en los ordenadoresestableciendo manualmente las conexiones entre las diferentes unidades. La memoria se utilizaba únicamente para introducir los datos, de forma similar a lo que se hace con las calculadoras de bolsillo. La idea de Von Neumann consistió en conectar permanentemente determinadas unidades del ordenador, colocándolas bajo un control central, donde las instrucciones eran tratadas secuencialmente en un ciclorepetitivo de operaciones. Los dos puntos más importantes a tener en cuenta son: a) Todos los datos y las instrucciones se representan en código binario y se almacenarán juntos en la memoria del ordenador. b) El ordenador no hará distinciones entre datos e instrucciones. Von Neumann propuso una estructura concreta para los ordenadores, y los que se ajustan a esa estructura se conocen comomáquinas de Von Neumann. Una máquina de Von Neumann consta de 3 unidades básicas: Procesador, también llamado CPU (siglas de Unidad Central de Proceso, en inglés Central Process Unit), memoria y unidad de E/S, que serán estudiados en este tema y en sucesivos. La unidad de E/S permite que el ordenador reciba y envíe información al exterior.

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Apuntes de Informática

PROCESADOR Unidad de control(UC) (1) Unidad aritméticológica (ALU) (2)

MEMORIA

UNIDAD DE E/S Puerto salida Puerto entrada

(1) Buses de datos y direcciones internos (2) Buses de datos y direcciones externos

Antes de comenzar el estudio del procesador es conveniente ver la estructura de la memoria, que se explicará de modo más detallado en el tema siguiente. La memoria esta compuesta de varias celdas, cada una delas cuales es capaz de contener 1 byte y que tiene una dirección para permitirnos acceder a la misma, como se muestra en la figura adjunta.

MEMORIA

. . . 00100 00011 00010 00001 00000

. . . 00010101 01001001 10110111 10101101 01101101

dirección

datos

Para que el procesador pueda acceder a un determinado byte (para leerlo o para escribir en él) es preciso que conozca su dirección.El procesador esta conectado con la memoria a través de dos buses, que se llaman bus de datos y bus de direcciones. El primero sirve para que el procesador intercambie datos con la memoria y el segundo, para especificar que dirección de memoria debe emplear para ello. Además, existen unas señales de control que permiten, entre otras cosas, decir si queremos leer o escribir. Todo esto se puede veren el diagrama siguiente:

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TEMA 2 – El procesador

Procesador

Bus de datos

Memoria

Bus de direcciones

Lectura/escritura (W/R)

2.2. Concepto de procesador. Objetivos de un procesador. El objetivo principal de un procesador es el de ejecutar los distintos pasos de una tarea. Debe también conseguir funcionar lo mas rápidamente posible, consumiendo la mínima potencia yevitando errores y paradas. Para ello, el procesador utiliza una serie de operaciones elementales, a partir de las cuales se pueden resolver tareas más complejas. Cada una de las operaciones elementales tiene un código binario y puede tener uno, o varios operandos sobre los que actuar. El procesador dispone habitualmente de un conjunto reducido de posiciones de memoria internas, que se conocen comoregistros, y que le permiten almacenar los datos y los resultados con los que está trabajando en ese momento. El procesador, o CPU, consta básicamente de dos partes: La unidad aritmética-lógica (ALU, es decir aritmetic-logic unit) y la unidad de control (CU o control unit). Ambas las veremos a continuación con más detalle.

2.3. La unidad aritmética lógica. La unidad aritmética lógica o ALU de...