Microprocesadores

La funcion de un procesador, como su nombre lo dice es de "procesar" la informacion.

Esto quiere decir que interpreta instrucciones y procesa los datos de los programas.

La velocidad con la que trabajan se mide en Hertz. Un hertz es "un ciclo de reloj por segundo". Esto quiere decir que hace una operacion aritmetica por segundo o transferir el valor de un registro a otro. Los procesadores actuales pueden alcanzar los 4 GHZ (que serian 4 000 000 000 Hertz)

Tipos de arquitectura

Una de las primeras decisiones a la hora de diseñar un procesador es decidir cual será su juego de instrucciones. Este conjunto de instrucciones (órdenes) es el lenguaje que realmente entiende el procesador, y constituye lo que se conoce como lenguaje ensamblador o lenguaje-máquina [1].

La decisión es trascendente, por dos razones. Primero: el juego de instrucciones decide el diseño físico del conjunto. Segundo: cualquier operación que deba ejecutarse con el procesador deberá poder ser descrita en términos de este "lenguaje" elemental (recuerde que los compiladores e intérpretes son en realidad traductores desde el lenguaje de alto nivel (fuente) a este lenguaje-máquina.

Sin entrar en detalles, podemos decir que frente a esta cuestión caben dos filosofías de diseño. La primera conduce a máquinas denominadas CISC ("Complex Instruction Set Computer"); las máquinas construidas según el otro criterio se denominan RISC ("Reduced Instruction Set Computer").

Como puede deducirse de sus propios nombres, las máquinas CISC utilizan instrucciones muy complejas, diríamos que muy descriptivas y específicas, lo que necesariamente se traduce en varias consecuencias:

• El lenguaje debe contener un amplio surtido de ellas (una para cada circunstancia distinta).

• Son instrucciones complejas, por tanto de ejecución lenta. La circuitería del procesador también es compleja.

• Para un trabajo específico se requieren pocas instrucciones (siempre hay una que resuelve el problema).

Las máquinas RISC representan el enfoque opuesto. Utilizan instrucciones muy simples, que deben ser cuidadosamente escogidas, porque cualquier operación debe ser expresada como una secuencia de estas pocas instrucciones. Las consecuencias son justamente opuestas a las anteriores:

• El lenguaje contiene un conjunto pequeño de instrucciones.

• Las instrucciones son muy simples, por tanto de ejecución rápida. La circuitería es más simple que en los procesadores CISC.

• Para cualquier operación se requieren varias instrucciones elementales.

Naturalmente cada criterio tiene sus pros y sus contra en lo que a rendimiento se refiere. En las máquinas CISC, lentitud de cada instrucción frente a poca cantidad de ellas; en las RISC, rapidez individual aunque hay que ejecutar un mayor número [2].

§3 Componentes principales.

De forma esquemática podemos suponer que un procesador se compone de cinco elementos:

• Memoria

• Unidad Artimético-Lógica ALU ("Arithmetic and Logic Unit" )

• Unidad de Control CU ("Control Unit" )

• Bus interno

• Conexiones con el exterior ( 3.2.1)

Puesto que su conocimiento es esencial para la programación en ensamblador, nos detendremos brevemente la descripción de la arquitectura del 8088; además de ser el motor del primer PC, es uno de los primeros ejemplares de una prolífica saga que ha tenido una gran influencia en la informática actual. Además recordemos que incluso los modernos Pentium pueden emular el funcionamiento en modo real de sus ancestros.

En le figura 1 se muestran sus elementos.

§3.1 Los registros

El procesador necesita para su funcionamiento de ciertas áreas de almacenamiento, que aquí se llaman registros, y que son de dimensiones mínimas [3]; sin embargo, tienen la ventaja de su rapidez. Comparados con los accesos a RAM, los de registro son como mínimo 10 veces más veloces.

El 8088 dispone de catorce registros de 16 bits que se agrupan en cuatro grupos y que reciben nombres especiales (precisamente los que se utilizan para designarlos en lenguaje ensamblador).

§3.1.1 Registros de uso general

Existen 4 registros denominados AX, BX, CX y DX que en realidad tienen asignados usos característicos, aunque pueden ser utilizados a discreción para cualquier cosa que necesitemos.

• AX es denominado acumulador; suele contener uno de los operandos que intervienen en las operaciones aritméticas y lógicas, y después de esta, el resultado de la operación. En general las instrucciones que trabajan con este registro (o su mitad inferior) tienen un microcódigo más simple que la misma instrucción ejecutada con otro registro.

• BX es el registro base, suele contener la dirección de inicio de una tabla de valores.

• CX es denominado contador. Las instrucciones de bucle (LOOP) utilizan este registro como contador.

• DX es un registro de datos, multiuso. Se utiliza en operaciones de multiplicación y división junto con AX. En operaciones de entrada/salida de puertos IN/OUT, su mitad inferior DL, contiene el número de puerto ( 2.5).

Aunque estos cuatro registros son de 16 bits (como los 10 restantes) [6], en caso necesario pueden ser utilizados en dos mitades (nibbles), "High" y "Low", de 8 bits, con lo que puede considerarse que existen 12 registros de uso general (no simultáneos), los anteriores y sus mitades: AH; AL; BH; BL; CH; CL; DH y DL.

§3.1.2 Registros de segmento

Se dispone de cuatro registros que sirven para contener las direcciones de otros tantos segmentos (zonas de 64 KB de memoria). Utilizándolos en conjunción con otros registros que señalan las direcciones concretas dentro de estos segmentos (los desplazamientos ), permiten manejar la totalidad de la memoria direccionable (el bus de direcciones es de 20 bits). Ver al respecto el epígrafe "Direccionamiento segmentado" ( 5.1).

• Segmento de código CS ("Code segment"). Señala la dirección

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