Sistemas: CPU (Central Process Unit)

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
CPU: La unidad central de proceso puede considerarse como el cerebro de la computadora; tiene varias
funciones importantes:
• Provee almacenamiento, a los diferentes datos e instrucciones para procesar.
• Permite rápido acceso a datos almacenados y ejercer control sobre la información; puede además,
desarrollar operaciones aritméticas, lógicas y de control.
• Toma de decisiones simples basadas en los resultados de pruebas hechas previamente; puede también
manejar la entrada de datos y salida de información desde los dispositivos periféricos conectados a la
computadora.
En esencia a unidad central de proceso tiene 3 funciones principales:
• Controlar y supervisar el sistema de cómputo, con bases a un programa almacenado en la unidad de
memoria.
Desarrollar las operaciones matemáticas y lógicas que en un momento dado sean necesarias para procesar
datos.
• Controlar el envío y recepción de datos desde las unidades periféricas de la unidad de memoria.
Para realizar estas funciones el procesador central se vale de las subunidades o subsistemas que lo componen.
El procesador central esta compuesto de 4 partes principales, o subsistemas:
• Unidad de memoria o almacenamiento primarios
• Unidad de Control
• Unidad Aritmético−Lógica.
• Unidad de control de periféricos.
UNIDAD DE MEMORIA O ALMACENAMIENTO PRIMARIO
En esta unidad se depositan los datos que se envían para procesarse desde los dispositivos de almacenamiento
(manejados por las unidades de entrada/salida), así como los programas que realizaran los procesados y los
resultados obtenidos listos para ser enviados a un dispositivo de almacenamiento secundario.
La memoria almacena gran información que esta disponible para ser usada por otros subsistemas de la
computadora. A su vez, cuando la memoria recibe alguna información de otros subsistemas, almacena la
información del lugar que le ha sido especificado por la unidad emisora.
La Unidad de Memoria está constituida a su vez por:
• Unidad de Almacenamiento
• Unidad de Control de Memoria
• Registros de dirección de datos
La unidad de almacenamiento es, como su nombre indica un almacén de depósito de datos e instrucciones;
elemento pasivo que puede equiparse con un estante con varios casilleros en cada uno de los cuales se
colocará un dato. Cada uno de estos casilleros puede contener el diseño interno de la computadora un número
específico de bits.
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Las memorias de semiconductores se fabrican en diversas modalidades que podríamos clasificar en 2 grandes
grupos:
• Las de lectura solamente y,
• Las de lectura y escritura
Las memorias de lectura solamente se conocen con las siglas ROM (Read Only Memory; memoria solo para
lectura) y constituyen una nueva concepción de la arquitectura de los equipo de computo. Normalmente se
utilizan para guardar programas de uso general en forma permanente; convirtiéndose así en un híbrido entre lo
que tradicionalmente constituía el equipo (hardware) y los sistemas y programas (software). Las memorias de
lectura y escritura, erróneamente designados con las siglas RAM (Random Access Memory; memoria de
acceso aleatorio), a diferencia de los ROM, pierden su contenido e información al faltarles la corriente
eléctrica.
Además, permite escribir, leer o modificar un dato tantas veces como sea necesario.
La unidad de almacenamiento es una parte clave de una computadora digital. En ella se guardan los
programas y los datos con los que se trabaja el equipo. De su tamaño y velocidad de operación depende gran
parte de la capacidad de todo el equipo de cómputo.
La unidad de control de memoria es la que coordina en forma autónoma la unidad de memoria en su totalidad;
recibe llamados desde la unidad de control del procesador control para conectarse con otros subsistemas y
reenviar datos. Cuando la unidad de control de conecta con otros subsistemas recibe de estos una señal que
puede indicar que se enviaran datos a la unidad de almacenamiento o que serán extraídos de ella.
Una vez que la unidad de control del procesador o cualquier otro subsistema llega a la unidad de control de
memoria procede a extraer o a depositar datos; para ello, la unidad de control de memoria usa dos registros,
uno que tendrá la dirección de memoria RDM (Registro de dirección de memoria), a partir d e la cual se
extraerá o depositará un dato, y otro registro RD (Registro de datos), que contendrá el dato que se ha extraído
o que debe depositarse en la memoria.
UNIDAD DE CONTROL
Con base en las instrucciones registradas en la memoria principal, la UC determina el ritmo del proceso de los
diferentes datos, coordinando el desarrollo dichas instrucciones a través de las unidades de memoria y de
aritmética y lógica, de acuerdo con los requerimientos del programa almacenado. La unidad de control es el
cerebro del equipo; supervisa el proceso de las demás unidades de la unidad central del proceso y puede
permitir una autonomía a las demás unidades; esto depende del tipo y marca de computadora en cuestión. Aun
cuando un subsistema posea retornará su control a la UC, cada vez que haya completado una operación.
El programa almacenado indica a la unidad de control la acción que en cada momento debe llevar a cabo; la
UC debe determinar cuál instrucción debe ejecutarse, qué operaciones deben desarrollarse y la dirección en
donde se encuentran los datos que deben procesarse en un momento dado. Para esto, cuenta con el auxilio de
la unidad de control de memoria.
Cada instrucción debe interpretarse antes de ejecutarse, con objeto de saber si es posible llevarla a cabo. Es
importante observar que cada instrucción debe ejecutarse en su propia secuencia. La unidad de control
supervisa la interpretación y ejecución de cada instrucción.
En resumen: la unidad de control interpreta instrucciones, determina que éstas se ejecuten, direcciona y
controla la operación de todas las unidades en el sistema de cómputo; también vigila el ciclo de máquina.
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Este en un intervalo de de tiempo fijo, medido en términos de impulsos eléctricos. El ciclo de máquina está
determinado por el diseño de la unidad central de proceso y es el tiempo necesario para que la unidad de
control accese una unidad de información (esta unidad de información se define en forma diferente para cada
máquina). Para ejecutar una instrucción se requiere generalmente más de un ciclo de máquina.
Hay dos tipos básicos de ciclos de máquina: el ciclo de instrucción que es el tiempo requerido para mover una
instrucción a la unidad de control y ser analizada por ésta y el ciclo de ejecución, intervalo de tiempo
necesario para ejecutar una instrucción dada.
UNIDAD DE ARITMÉTICA Y LÓGICA
Esta contiene:
• Circuitos.
• Registros.
• Unidad de control de proceso.
• Unidad de algoritmización.
Las operaciones de esta unidad se basan en la adición. La resta se realiza por la adición del complemento del
número original. La división se logra por sustracciones sucesivas y la multiplicación, por sumas progresivas.
En la unidad de aritmética y lógica se usan dos clases de registros: acumuladores y sumadores. Los
acumuladores constituyen registros especiales en los cuales se almacenan los resultados de operaciones
aritméticas.
El acumulador está formado, por lo general, de un par de registros combinados conjuntamente para manejar
resultados aritméticos.
Los sumadores se encargan de realizar todas las operaciones aritméticas; pueden estar conectados en serie o
paralelo.
UNIDAD DE CONTROL DE PERIFERICOS
Esta unidad controla tanto el tráfico de datos que entran y salen de los diferentes dispositivos, como el acceso
a los mismos periféricos.
Cuando una instrucción de programa demanda la salida o entrada de datos, la unidad de control hace
participar en el proceso a la unidad de control hace participar en el proceso a la unidad de control de
periféricos. Esta última determina primeramente si es posible enviar información desde la memoria principal
hacia un dispositivo de salida o enviar datos desde un dispositivo de entrada a la memoria primaria; para ello
verifica si cuenta con un canal libre para tal fin. Posteriormente determina si el dispositivo por usar está libre o
no en ese momento.
La unidad de control de periféricos actúa como un agente de tránsito, todas las llamadas del programa para
enviar o pedir datos de almacenamientos secundarios son manejadas por esta unidad la cual determina el
momento en que las unidades periféricas de entrada/salida puedan operar. En la actualidad la unidad de
control de periféricos, al igual que los canales de entrada y salida de datos, se construyen por lo común por
pequeños microprocesadores especialmente diseñados y programados para este propósito.
Puesto que el tiempo en que se procesa una instrucción (aritmética o lógica) dentro del procesador central es
del orden de nanosegundos y el término en que se procesa una instrucción de entrada/salida tarda
milisegundos, es necesario controlar los periféricos a fin de que no exista traslape en la información; para lo
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cual la unidad de control de periféricos coordina los canales que permiten la transmisión.
El canal es esencialmente la unidad de control para una o más unidades de entrada/salida por las cuales los
datos son traídos dentro o llevados fuera de la unidad de almacenamiento secundario.
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