La Unidad de Control

1.2.-Analisis de los componentes
1.2.1.-CPU
• La Unidad Central de Proceso (conocida por sus
siglas en inglés, CPU). Es el lugar donde se realizan
las operaciones de cálculo y control de los
componentes que forman la totalidad del conjunto del
sistema informático.
• Las CPU de las actuales computadoras son microproc
esadores construidos sobre un cristal de silicio
semiconductor donde se crean todos los elementos
que forman un circuito electrónico (transistores, etc.) y
las conexiones necesarias para formarlo. El
microcircuito se encapsula en una pastilla de plástico
con una serie de conexiones hacia el exterior, en
forma de patillas metálicas, que forman su nexo de
unión al resto del sistema informático.
Estas pastillas de plástico, con una multitud de patillas
de conexión metálicas, reciben el nombre de chips.El
microprocesador central de una computadora se
divide en:
• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).
• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o
ALU en inglés).
• Registros.
La Unidad de Control maneja y coordina todas las
operaciones del sistema informático
dando prioridades y solicitando los servicios
de los diferentes componentes para dar soporte a
la unidad aritmético-lógica en sus operaciones
elementales.
• La Unidad Aritmético-Lógica
realiza los diferentes cálculos matemáticos y lógicos
que van a ser necesarios para la operatividad de la
computadora; debe recordarse que todo el
funcionamiento del sistema de una computadora se
realiza sobre la base de una serie de operaciones
matemáticas en código binario
Los Registros son una pequeña memoria interna exi
stente en la CPU que permiten a la ALU el manejo de
las instrucciones y los datos precisos para realizar las
diferentes operaciones elementales. De la misma
forma que la placa principal tiene un bus para
conectar la CPU con los diferentes dispositivos del
sistema informático, la unidad de control tiene un bus
interno para conectar sus componentes Estructura del
CPU
1.2.1.1.-Arquitectura
Existen dos tipos más comunes:
• CISC: Su sistema de trabajo se basa en la
microprogramación. Consiste en hacer que cada
instrucción sea interpretada por un mini programa.
• RISC: Microprocesador con un conjunto de
instrucciones muy reducidas en
contraposición. Se basan en estructuras simples y p
or lo tanto su complejidad total de la CPU es menor.
• Arquitectura interna del CPU
La CPU contiene un conjunto de localidades de
almacenamiento temporal de datos de alta velocidad
llamada registro. Algunos de los registros están dedicados
al control, y solo la unidad de control tiene acceso a ellos.
Los registros restantes son los registros de uso general y
el programador es el usuario que tiene acceso a ellos.
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Dentro del conjunto básico de registros de control se
deben incluir a los siguientes:
Contador de programa (PC).
Registro de direcciones de la memoria (MAR).
Registro de datos (RD).
Registro de instrucciones (ER).
Palabra de estado de programa (PSW).
• (PC): La función del PC consiste en seguir la pista de la
instrucción por buscar (capturar) en el siguiente ciclo de
maquina, por lo tanto contiene la dirección de la siguiente
instrucción por ejecutar. El PC es modificado dentro del ciclo de
búsqueda de la instrucción actual mediante la suma de una
constante. El numero que se agrega al PC es la longitud de
una instrucción en palabras.
Por lo tanto, si una instrucción tiene una palabra de longitud se
agrega 1 al PC, si una instrucción tiene dos palabras de largo
se agrega 2, y así sucesivamente.
• Registro de direcciones de la memoria (MAR):
funciona como registro de enlace entre la CPU y el canal
de direcciones. Cuando se logra el acceso a la memoria la
dirección es colocada en el MAR por la unidad de control
y ahí permanece hasta que se completa la transacción. El
numero de bit que hay en el MAR es igual al del canal de
direcciones.
La diferencia que existe entre el PC y el MAR es que
durante el ciclo de ejecución de una instrucción, el PC y el
MAR sirven al mismo fin. Sin embargo, muchas de las
instrucciones de la maquina hacen referencia a la
memoria y operan con los datos que están en ella. Como
la dirección de los datos suele ser diferente de la
instrucción siguiente se necesita el MAR.
•
Registro de datos: la función del RD consiste en proporcionar
un área de almacenamiento temporal (memoria intermedia,
acumulada o buffer) de datos que se intercambian entre la
PCU y la memoria. Los datos pueden ser instrucciones
(obtenidos en el ciclo de ejecución) o datos del operando
(obtenidos en el ciclo de ejecución). Debido a su conexión
directa con el canal de datos el RD contiene el mismo numero
de bit que dicho canal.
•
Registro de instrucciones (ER): es un registro que conserva
el código de operación de la instrucción en todo el ciclo de la
maquina. El código es empleado por la unidad de control de la
CPU para generar las señales apropiadas que controla le
ejecución de la instrucción. La longitud del ER es la longitud en
bit del código de operación.
•
Palabra de estado de programa (PSW):
la palabra de estado o condición de programa almacena
información pertinente sobre el programa que este
ejecutándose. Por ejemplo al completarse una función de la
unidad aritmética lógica se modifica un conjunto de bit
llamados códigos (o señales de condición). Estos bit
especifican si el resultado de una operación aritmética fue 0 o
negativo o si el resultado se desbordó.
3.2.1.2.- Tipos
• Básicamente nos encontramos con dos tipos de diseño de los
microprocesadores: RISC (Reduced-Instruction-Set
Computing) y CISC (complex-instruction-set computing). Los
microprocesadores RISC se basan en la idea de que la
mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el
computador son relativamente simples por lo que se minimiza
el número de instrucciones y su complejidad a la hora de
diseñar la CPU. Algunos ejemplos de arquitectura RISC son el
SPARC de Sun Microsystem’s, el microprocesador Alpha
diseñado por la antigua Digital, hoy absorbida por Compaq y
los Motorola 88000 y PowerPC. Estos procesadores se suelen
emplear en aplicaciones industriales y profesionales por su
gran rendimiento y fiabilidad
• Los microprocesadores CISC, al contrario, tienen una
gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy
rápidos procesando código complejo. Las CPU´s CISC
más extendidas son las de la familia 80x86 de Intel cuyo
último micro es el Pentium II. Últimamente han aparecido
otras compañías como Cirix y AMD que fabrican
procesadores con el juego de instrucciones 80x86 y a un
precio sensiblemente inferior al de los microprocesadores
de Intel. Además, tanto Intel con MMX como AMD con su
especificación 3D-Now! están apostando por extender el
conjunto de instrucciones de la CPU para que trabaje más
eficientemente con tratamiento de imágenes y
aplicaciones en 3 dimensiones.
1.2.1.3 Características.
• Las características más importantes a considerar al
escoger un CPU para usarlo en una aplicación, son:
•Modelo del programador (Conjunto de registros que el
programador puede utilizar), forman el modelo
mental del CPU que el programador utiliza al
programar en ensamblador.
•Conjunto de instrucciones que puede ejecutar el CPU
•Modos de direccionamiento que pueden usarse para
obtener los operandos de las instrucciones.
•Ciclo de instrucción (el conjunto de pasos que realiza el
CPU para procesar cada instrucción)
•Buses de interconexión, usados para que el CPU lea y
escriba a la memoria y a los dispositivos de
entrada y salida.