Arquitectura De Computadores
ccnino3 de Noviembre de 2012
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CICLO DE INSTRUCCIONES
La función básica que realiza un computador es la
ejecución de un programa. Un programa consiste en
un conjunto de instrucciones y datos almacenados en
la unidad de memoria. La CPU es la encargada de
ejecutar las instrucciones especificadas en el
programa.
Arquitectura de computadores 1
CICLO DE INSTRUCCIONES
Arquitectura de computadores 2
CICLO DE INSTRUCCIONES
La secuencia de operaciones realizadas en la
ejecución de una instrucción constituye lo que
se denomina ciclo de instrucción. Lo más
cómodo es considerar que el procesamiento del
ciclo de instrucción consta de dos fases:
a) Fase de Búsqueda
b) Fase de Ejecución
Arquitectura de computadores 3
EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES
La culminación de cada una de estas fases necesita
de uno a seis ciclos de reloj.
BÚSQUEDA
Reloj
Lectura de Operandos Operación
Decodificación
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Representación de las fases de una instrucción en función del reloj del sistema.
Arquitectura de computadores 4
Fase de Búsqueda:
IR = Registro de Instrucción: Es un registro dedicado de la CPU que almacena
elOpCode de la instrucción traída en la búsqueda del presente ciclo.
1.
2.
3. Incrementar el valor del Contador de Programa para apuntar a la instrucción siguiente.
PC = Contador de Programa: Es un registro dedicado de la CPU que en la
fase de Búsqueda apunta a la siguiente instrucción del programa, o más
exactamente al primer byte de la instrucción donde se almacena el código de
operación (Operative Code = OpCode). Este código es el que se decodifica e
indica que hacer y que operandos y después poder pasar a ejecutar la tarea.
Arquitectura de computadores 5
Esquema básico de un computador didáctico
Arquitectura de computadores 6
REGISTRO
ACUMULADOR
ALU
CONTROL
ALU
MEMORIA
C.P.U.
RELOJ Y SEÑALES
DE CONTROL
66 (RESULTADO)
STOP
8
DIRECCIÓN
BUS DE DATOS
BUS DE DIRECCIONES
DECODIFICADOR
DE INSTRUCCIONES
CONTADOR DE
PROGRAMA
REGISTRO DE
INSTRUCCIONES
CARGAR ACUM.
45
SUMAR
21
GUARDAR
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Arquitectura de computadores 7
Fase de Búsqueda
MEMORIA
CP: 3F8h
RI
RM: 1001101
1001101
RD
1º
2º
3º
4º
1001101
Dato o instrucción
Dato o instrucción
Incremento
Dirección de memoria
Registro de
Direcciones
Registro de Instrucciones
Registro de Memoria
Registro Contador de Programa
5º
Decodificación ...
Arquitectura de computadores 8
Fase de Ejecución
comprende el conjunto de operaciones elementales
específicas de la instrucción en curso.
5. Decodificación de la Instrucción. Por ejemplo la Instrucción
ADD.
(la instrucción es cambiada por su código máquina correspondiente)
6.
CO ADDn OP 1 MD MD CR CR CD CD OP 2:
Instrucción
Código de
operación.
Operando 1
Parte de la instrucción (operando 2)
Modo de direccionamiento
Campo de registro
Campo de dirección: desplazamiento o dato
Transferencia del campo “CD” de la instrucción en curso ( este
campo contiene la dirección de memoria en la que se encuentra el
operando, y que se encuentra en el registro RI desde que finalizó
la fase de búsqueda), al registro RD. Se inicia, por tanto, un
proceso similar al de la fase de búsqueda, pero en esta ocasión
para buscar en memoria el operando de la instrucción.
Arquitectura de computadores 9
fase de ejecución
7. Lanzar un ciclo de lectura de memoria que ponga en RM el
operando almacenado en la dirección indicada por RD.
8. Transferencia del dato leído desde el RM al registro intermedio ,Ro2,
del Operador. Paralelamente se puede transferir el otro operando
desde el acumulador, AC, (contenido en él un instante anterior), al
registro intermedio Ro1.
Realizar la operación de SUMA (ADD) y almacenar el resultado
en el AC.
9.
Arquitectura de computadores 10
modos de direccionamiento.
Consiste en determinar la forma en la que se va ha leer o escribir un dato.
Modos de direccionamiento
INMEDIATO; el dato está en la propia instrucción ( ejemplo: SUMA 7, 3),
en el ejemplo los dos son datos, el resultado es 10.
DIRECTO; en la instrucción está contenida la
dirección de memoria donde se encuentra el
dato (ejemplo: SUMA 7, 01) , 7 es un dato, 01
es una dirección de memoria donde se
encuentra el dato. En la dirección de memoria
01 está contenido el dato, 3; el resultado es:
[7 + (01=3)] = 10.
dirección
memoria
01
02
03
04
05
06
07
08
09
10
11
12
13
3
06
2
4
Nota: no se pueden mezclar dos datos con
direccionamiento directo, es decir: directo-directo.
Arquitectura de computadores 11
modos de direccionamiento.
RELATIVO A REGISTRO; aclarar primero que existen varios tipos de
registros.
Registro de instrucción RI
Registro de memoria RM
Registro de direcciones RD
Contador de programa CP
(Ejemplo: SUMA 3+CP, 1), en este caso el direccionamiento es relativo a
registro Contador de Programa.
4 CP; 3+4=(dirección de memoria) 07. Si 1 en la instrucción es
dato el resultado es: 4+1= 5.
Como hemos observado, la dirección en la que se encuentra el dato se tiene que
calcular. La dirección del puntero + el desplazamiento indicado en la propia instrucción
Nos lleva al dato.
Arquitectura de computadores 12
modos de direccionamiento.
INDEXADO o direccionamiento a Registro Base. Un registro índice
contiene una dirección de referencia que actúa como puntero: se emplea
para recorrer estructuras de datos tipo vector o tabla. Su valor se modifica
con frecuencia.
INDIRECTO; la instrucción contiene una dirección de memoria que lleva
a otra dirección de memoria en la que se encuentra el dato.
(ejemplo: 04, 3), en 04 se encuentra 06 y en 06 está el dato: 2. El resultado
es 2+3= 5.
Arquitectura de computadores 13
Elementos principales de la Unidad de
Control
El CP es un registro que contiene la dirección de la siguiente
instrucción que hay que ejecutar.
El RI es un registro que contiene la instrucción que se está
ejecutando en cada momento.
El decodificador se encarga de examinar el código de operación
de la instrucción que se encuentra en el registro de instrucción
para determinar que es lo que hay que hacer.
El secuenciador ordena que se realicen las operaciones
necesarias para ejecutar la instrucción cuyo código de operación
ha examinado el decodificador.
Arquitectura de computadores 14
formatos de instrucción
tienen varios formatos.
I
I
I
C.O.
C.O.
C.O.
OP. 1
OP. 1
OP.2
MD. CR. D
16 bits
Código de Operación
Operando 1
dato
Método de direccionamiento
Campo de registro
Tipo de registro Desplazamiento,
dirección o dato
Ejemplo:
Relativo a R. base R.I.
(registro de instrucción)
Operando 2
Arquitectura de computadores 15
Un programa suele estar dividido en dos partes o zonas; una zona
para código y otra para datos. Como ya hemos estudiado, una
instrucción puede contener el dato propiamente dicho o una
dirección de memoria que nos lleve al dato.
Instr. [ etiqueta: ] Cod. Op. [ operandos ] [ ; comentario ]
Ejemplo: GUARDAR: SUMA 7,3 ; esto es una suma
Para poder trabajar con una CPU determinada, lo primero que
debemos conocer es la longitud de palabra de sus registros.
Una CPU de 32 bits dispone de los siguientes registros:
Datos; D0, ..........................., D7.
Direcciones; A0, ........................., A6.
Los anteriores son registros de acceso a memoria.
...