INFORMÁTICA

Análisis de Sistemas

CPU 2015

UNIDADES FUNCIONALES DE LA COMPUTADORA

Unidad Central de Proceso, Unidad aritmética

lógica.1

La memoria central2

Bus del sistema3

Las instrucciones de tres, dos, uno y sin operandos 4

Métodos de direccionamiento: inmediato, directo,

indirecto, relativo.5

1.UNIDADES FUNCIONALES DE LA

COMPUTADORA

1.UNIDADES FUNCIONALES DE LA

COMPUTADORA

1.UNIDADES FUNCIONALES DE LA COMPUTADORA

Unidad Central de Proceso: es el verdadero motor de una computadora. Se encarga de realizar las tareas fundamentales:.Operaciones aritméticas, Direccionamiento de Memoria, Gestión deinstrucciones, Control del transporte de los datos a través de losbuse, es el elemento principal de un sistema computarizado. Sihacemos un símil entre una computadora y el cuerpo humano, elCPU hará el papel de cerebro: atender las solicitudes, mandar yhacer controlar la ejecución, la CPU tiene dos partes básicas:La unidad de control y La unidad aritmético-lógica

En una microcomputadora, la CPU entera está contenida en un único chip llamado microprocesador.

1.UNIDADES FUNCIONALES DE LA COMPUTADORA

La Unidad de controlAdministra los recursos.Regula el proceso entero de cada operación. Es la que dice quéhacer con los datos y dónde colocarlos.

• Reconoce un conjunto de instrucciones. Cada una se expresa enmicrocódigo, una serie de instrucciones básicas.

• Cada comando de un programa se desglosa en instrucciones de eseconjunto. Al ejecutarse se convierten en microcódigo. Lascomputadoras actuales pueden traducir y ejecutar millones deinstrucciones por segundo.

•Las CPUs pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones. Seagrupan en “familias” con conjuntos de instrucciones similares.

1.UNIDADES FUNCIONALES DE LA COMPUTADORA

La unidad aritmético-lógica (ALU): Cuando la unidad de controlencuentra una instrucción que implica aritmética o lógica, pasa esainstrucción a la ALU.

• Esta unidad tiene una serie de registros donde se colocan los datosque se usan en cada momento.

• Por ejemplo, la unidad de control podría cargar dos números desdela memoria en los registros de la ALU y darle la instrucción a laALU de que divida los dos números o los compare para ver si soniguales.

2. MEMORIA PRINCIPAL O CENTRAL

• La CPU no tiene la capacidad de almacenar programas enteros oconjuntos grandes de datos.

• En los registros de la CPU sólo se pueden conservar unos cuantosbytes a la vez.

• Para completar esta carencia de la CPU está la memoria principal.

• Hay dos tipos de memoria.principal: permanente (no volátil) y no permanente (volátil).

ROM

ROM: Los chips no volátiles siempre guardan la misma información; la grabación se hace en fábrica, con aparatos especiales, antes de ser colocados en las computadoras.

• Como estos datos sólo se pueden leer, a esta memoria se le da elnombre de ROM: Read-Only Memory (memoria de sólo lectura).

• La información guardada en la ROM le dice a la computadora quéhacer cuando se enciende. Entre otras cosas, contiene un conjunto de instrucciones de inicio que aseguran que el resto de la memoria está funcionando correctamente, verifica los dispositivos de hardware y busca un sistema operativo en las unidades de memoria auxiliar.•Otros EPRON, EEPRON

RAM

• La parte de la memoria principal que se puede modificar es la RAM–Random-access memory (memoria de acceso aleatorio).

• El propósito de la RAM es conservar programas y datos mientrasestán en uso.

• La RAM estándar es volátil.

• Para buscar un dato en esta memoria no es necesario leerla toda.Se puede acceder directamente a un dato sabiendo su dirección en la memoria.

• La cantidad de RAM influye en la potencia de la misma:

• Cuanto mayor sea, se pueden utilizar programas más grandes quepueden acceder a archivos de datos más grandes.

• Afecta a la velocidad, ya que cuanto mayor sea la parte de unprograma que cabe en la memoria, más rápido se ejecutará.•Otros. DRAM/SRAM. – En desarrollo T-RAM/Z-RAM/TT-RAM

ALMACENAMIENTO SECUNDARIO

Necesario para disponer de mayor capacidad a un precio acesible.

• Los datos son legibles por la máquina pero no directamente por elusuario• Para acceder a esos datos se requiere un paso previo por la memoria

Características:• Reutilizabilidad• Elevada capacidad• No volátiles• Más económicos que la memoria principal

TIPOS DE SOPORTES

Magnéticos•Disquetes• Discos duros (IDE y SCSI)• Zip Iomega• Jaz.

Magneto-ópticos• Cintas de back-up• Ópticos• CD-ROM•DVD.

Memoria Flash

3. BUS DEL SISTEMA

Canal de comunicaciones entre todas las unidades del sistema, Para que las unidades más importantes de una computadora puedan "comunicarse" entre sí, existe un elemento que las interconecta, llamado bus del sistema. Físicamente, el bus del sistema es un conjunto de cables. En la siguiente figura se representan, de manera gráfica, las unidades funcionales más importantes de una computadora; las flechas indican las direcciones que pueden tomar los datos.

3. BUS DEL SISTEMAEste bus se encuentra separado en tres canales que manejan respectivamente direcciones, datos y señales de control, los cuales permiten el procesador comunicarse con los demás dispositivos del microcomputador, tales como las memorias y los dispositivos de E/S.Bus de DatosEste bus es bidireccional y es el canal por el cual se conducen los datos entre la CPU y los demás dispositivos (memorias, puertos y otros).

Bus de DireccionesEl bus de direcciones es un canal unidireccional por el cual la CPU envía las direcciones de memoria para ubicar información en los dispositivos de memoria, puertos u otros dispositivos del microcomputador.

Bus de ControlEl bus de control, al igual que el bus de direcciones es unidireccional y se utiliza para efectuar la lectura y escritura en las memorias y puertos de E/S. Este bus en general lo emplea la CPU para controlar el flujo de los datos y las direcciones de forma organizada.

4. FUNCIONAMIENTO DE LAS INSTRUCCIONES

Las instrucciones que es capaz de realizar la CPU se denominanInstrucciones Máquina. El lenguaje que utilizan para sucomunicación es el Lenguaje Máquina. Se pueden clasificar enInstrucciones de Cálculo, Instrucciones de Transferencia de Datos eInstrucciones de Ruptura de Secuencia. Una segunda clasificaciónhace referencia al nº de operandos que intervienen en ella, teniendoen cuenta que todas tienen lo que se llama Código de Operación. Estecódigo indica la operación que se debe realizar por el operador y llevalos operandos.

5. METODOS DE DIRECCIONAMIENTOS

Es el modo que se utiliza en la instrucción para indicar la posición de memoria en que está el dato o datos que constituyen los operandos intervinientes en la instrucción. Existen cuatro tipos de direccionamiento:Direccionamiento Inmediato. El dato que hay que utilizar forma parte de la propia instrucción.Direccionamiento Directo. La instrucción contiene la dirección de memoria donde se encuentra situado el dato.Direccionamiento Indirecto. La dirección contenida en la instrucción no es la del dato implicado, si no la de una posición de memoria que contiene la dirección de ese dato.Direccionamiento Relativo. La dirección de memoria donde se encuentra al dato se consigue sumando a la dirección contenida en la propia instrucción, una magnitud fija contenida en un registro especial.

6. CICLOS DE INSTRUCCIONES

La CPU tomará una a una sus instrucciones e irá realizando las tareas correspondientes. Denominamos ciclo de instrucción al conjunto de acciones que se llevan a cabo en la realización de una instrucción. Se compone de dos fases, una de búsqueda y otra fase denominada de ejecución. En la fase de búsqueda se transfiere la instrucción desde memoria central a la Unidad de Control. Mientras que en la fase de ejecución, se realizan todas las acciones que conlleva la instrucción.

FASE DE BÚSQUEDA

1. La Unidad de Control envía una micro orden para que el contenidodel Registro Contador de Programa, que contiene la dirección de lasiguiente instrucción, sea transferido al Registro de Dirección deMemoria.

2. La posición de memoria que figura en el Registro de Dirección deMemoria es utilizada por el Selector para transferir el contenido alRegistro de intercambio de memoria.

3. Se transfiere la instrucción del Registro de Intercambio de Memoriaal Registro de Instrucción.

4. El Decodificador interpreta la instrucción que acaba de llegar alRegistro de Instrucción, quedando dispuesto para la activación delCircuito Sumador de la ALU e informando al Secuenciador.

5. El Registro Contador de Programa se auto incrementa de tal formaque quede apuntando a la siguiente instrucción situadaconsecutivamente en Memoria. Si la instrucción en ejecución es deruptura de secuencia, el Contador de Programa cargará con ladirección que corresponda.

FASE DE EJECUCIÓN

1. transfiere la dirección del primer operando desde el Registro deInstrucción al Registro de Dirección de Memoria.

2. El Selector extrae de la Memoria dicho dato depositándolo en elRegistro de Intercambio de Memoria.

3. Se lleva este operando desde el Registro de Intercambio de Memoria alRegistro de Entrada 1 de la ALU.

4. Se transfiere la dirección del segundo operando desde el Registro deInstrucción al Registro de Dirección de Memoria.

5. El Selector Extrae de La Memoria dicho dato depositándolo en elRegistro de Intercambio de Memoria.

6. Se lleva este operando desde el Registro de Intercambio de Memoria alRegistro de Entrada 2 de la ALU.

7. CARGA Y ALMACENAMIENTO DE DATOS ACUMULADOR MEMORIA

1. El Secuenciador Envía una micro orden a la ALU para que ejecutela operación de que se trate. El resultado queda almacenado en el Registro acumulador.

2. Este resultado es enviado desde el Acumulador al Registro deIntercambio de Memoria.

3. Se transfiere desde el Registro de Instrucción al Registro deDirección de Memoria la dirección de memoria donde ha dealmacenarse el resultado.

4. Se transfiere el resultado desde el Registro de Dirección deMemoria a la dirección indicada en el Registro de Instrucción.

8. INSTRUCCIONES DE RUPTURA DE SECUENCIA

Son conocidas también como Instrucciones de Bifurcación o de Salto y existen dos tipos:

Instrucciones de Salto Incondicional. Cuando la Unidad de Control se encuentra con una instrucción de este tipo, reemplaza la dirección que tiene en el Registro Contador de Programa por la dirección que tiene la propia instrucción.Instrucciones de Salto Condicional. La dirección contenida en el Registro Contador de Programa solo es reemplazada por la dirección de la instrucción si cumple alguna condición de las indicadas en la misma.

9. INSTRUCCIONES DE ENTRADA SALIDA

Una instrucción de entrada (o simplemente entrada) consiste en asignara una o más variables, uno o más valores (datos) recibidos desde elexterior. Normalmente, los datos son recogidos desde la entrada estándar(el teclado), pero, también existen otros dispositivos de entrada (el ratón,el escáner,...).

Una instrucción de salida (o simplemente salida) consiste en llevar haciael exterior los valores (datos) obtenidos de la evaluación de una lista deexpresiones. Normalmente, los datos son enviados a la salida estándar (lapantalla), pero, también existen otros dispositivos de salida (la impresora,el plotter,...).

En un ordinograma, tanto las instrucciones de entrada como las de salida,se escriben igual que en pseudocódigo, pero, dentro de un romboide: