Unidad Central De Procesamiento

Arquitectura
de Computadores
2. La CPU
1. Estructura de la CPU
2. Ciclo de instrucción
3. Interfaz hardware de una CPU
4. Ciclo de reloj, memoria e instrucción

Arquitectura de Computadores

La CPU - 1

Vamos a comenzar la descripción de la estructura e interfaz de los componentes básicos de un
sistema de computación, esto es, la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada/salida.En este capítulo vamos a dedicarnos expresamente a la estructura e interfaz hardware de la CPU y
en el siguiente capítulo veremos su interfaz software, es decir, el lenguaje máquina.
Comenzaremos recordando la estructura básica de una CPU y el ciclo de ejecución de las
instrucciones. A continuación veremos la descripción de las patillas que suelen ofrecer los
microprocesadores, haciendoespecial hincapié en el MC68000.
Más adelante presentaremos los procesadores segmentados (o en pipeline) los cuales incorporan
una técnica para acelerar el rendimiento de ejecución de instrucciones, pero esto será en otro
capítulo dedicado exclusivamente a este concepto.

Arquitectura de Computadores

La CPU - 1

La Unidad Central de Proceso
Registros
Generales

A+B
A
B

Unidad
AB

de
Control

ALU
A+B

a la memoria
y dispositivos de E/S
Arquitectura de Computadores

La CPU - 2

La Unidad Central de Proceso (CPU) contiene una serie de registros de memoria que contienen los
operandos y el resultado de las operaciones.
Los datos de los registros generales que contienen los operandos se llevan a los registros de
entrada de la Unidad Aritmético-Lógica (ALU),la cual realiza la operación sobre los datos de
entrada.
El resultado de la operación realizada se obtiene en el registro de salida de la ALU, que
posteriormente se almacena en otro de los registros de memoria.
Todo esto se realiza bajo la coordinación de la Unidad de Control.
También hay conexiones entre la CPU y la memoria principal (y los dispositivos de E/S) pues de
ella se extraen lasinstrucciones y los operandos, y a ella suelen ir a parar los resultados de las
operaciones.

Arquitectura de Computadores

La CPU - 2

La CPU

Operación Interna en la CPU

Ciclo de Instrucción

Alimenta instr. de memoria

Acceso a Memoria
Extrae
instrucción

CP → Sig. instrucción
Decodifica la instrucción
Calcula dirección de operandos
de registros
internos

Extrae losoperandos

de memoria
principal

Opera con los datos
Calcula dir. del destino
en registros
internos

Almacena resultado

Arquitectura de Computadores

en memoria
principal
La CPU - 3

Una CPU con arquitectura von Neumann ejecuta las instrucciones según el ciclo alimentardecodificar-ejecutar.
En el grafo de arriba se puede ver la descripción detallada de este ciclo, que se explicapor sí solo.
Se comienza por extraer una instrucción de la dirección de memoria indicada por el Contador de
Programa (CP) para cargarla en el registro de instrucción de la CPU. Acto seguido se incrementa
dicho CP con la longitud de la instrucción alimentada.
A continuación se decodifica la instrucción, es decir se averigua cuál es la operación a realizar.
Seguidamente se debe calcular ladirección de los operandos, tarea cuya dificultad varía en
función de los modos de direccionamiento utilizados. Una vez obtenida la dirección de los
operandos, se extraen o bien de la propia instrucción, o bien de los registros generales o de la
memoria principal.
Por último, los operandos se hacen pasar por la ALU y el resultado se almacena en alguno de los
registros generales o en algunadirección de memoria principal.
Volviendo al comienzo del ciclo, se alimenta la siguiente instrucción.

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La CPU - 3

Interfaz Hardware

La CPU

Datos

m

Dir.

n

petición
concesión

Procesador
Genérico

Interrup.

petición
aceptación

Arbitraje
de Bus
Coprocesador
Lec/Esc
Estado
Misceláneas

Reset
Φ

+5 V

- DATOS
- DIRECCIONES...