La CPU: UC, ALU y las fases de ejecución de una instrucción
Summary
TLDRLa CPU, o unidad central de procesamiento, es el cerebro del ordenador, controlando la mayoría de las operaciones. Requiere componentes como memoria principal y periféricos para su funcionamiento. Sus componentes principales incluyen la unidad aritmético lógica, registros para almacenamiento temporal y la unidad de control, que dirige la ejecución de instrucciones. Se describen sus fases de funcionamiento, desde buscar y ejecutar instrucciones, pasando por la decodificación y operaciones aritméticas lógicas, hasta la actualización del registro de programa.
Takeaways
- 💻 La CPU (unidad central de procesamiento) es el componente principal del ordenador que controla y realiza la mayoría de las operaciones.
- 🔌 La CPU necesita otros componentes como la memoria principal, periféricos y dispositivos de entrada/salida para funcionar.
- 🗂️ Los registros de la CPU son unidades de almacenamiento temporal de datos y tienen una alta velocidad de lectura y escritura.
- 🧮 La unidad aritmético lógica (ALU) se encarga de operaciones aritméticas y lógicas, como sumas, restas y comparaciones.
- 📊 Los circuitos operacionales son responsables de realizar las operaciones según las instrucciones.
- 📚 El registro acumulador es donde se almacena temporalmente el resultado de las operaciones.
- 📋 Los registros operando guardan los datos necesarios para realizar una operación.
- 🔖 El registro de estado almacena información sobre la última operación realizada, como si fue exitosa o si hubo errores.
- 🎛️ La unidad de control dirige las operaciones del ordenador y establece la comunicación entre diferentes componentes.
- 🔢 El registro contador del programa contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
- 🔄 La ejecución de una instrucción consta de dos fases: búsqueda de la instrucción y ejecución de la instrucción.
Q & A
¿Qué es la CPU y qué función cumple en una computadora?
-La CPU, o unidad central de procesamiento en inglés, es el componente principal de una computadora que controla y realiza la mayoría de las operaciones dentro de la misma.
¿Cuáles son algunos de los componentes que interactúan con la CPU para su funcionamiento?
-La CPU interactúa con componentes como la memoria principal, los periféricos, dispositivos de entrada y salida, y los buses de comunicación.
¿Cuáles son los componentes principales de la CPU?
-Los componentes principales de la CPU incluyen la unidad de almacenamiento, la unidad lógica, la unidad de control y los registros.
¿Qué son los registros dentro de la CPU y qué almacenan?
-Los registros son unidades de almacenamiento temporal de datos y suelen tener una capacidad para almacenar una palabra de memoria. Almacenan información que se está procesando en ese momento.
¿Cuál es la función de la unidad aritmético lógica (ALU) en la CPU?
-La ALU es el componente que realiza las operaciones aritméticas y lógicas, como sumas, restas, multiplicaciones y comparaciones lógicas.
¿Qué es el registro acumulador y qué almacena?
-El registro acumulador es un tipo de registro donde se almacena temporalmente el resultado de las operaciones antes de que estos sean enviados a la memoria o a otro circuito.
¿Qué información almacena el registro de estado y por qué es importante?
-El registro de estado almacena información sobre la última operación realizada, como si fue correcta, negativa o si hubo un error de desbordamiento, lo cual es crucial para la ejecución correcta de programas.
¿Qué es la unidad de control y qué hace?
-La unidad de control dirige las operaciones más importantes del ordenador estableciendo la comunicación entre la ALU, la memoria principal y otros componentes, controlando la ejecución de cada instrucción de un programa.
¿Cuál es la función del registro contador del programa y del registro de instrucción en la unidad de control?
-El registro contador del programa contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar, mientras que el registro de instrucción almacena la instrucción que se está ejecutando en ese momento.
¿Cómo se ejecutan las instrucciones en la CPU y cuáles son las fases implicadas?
-Las instrucciones se ejecutan en dos fases principales: la búsqueda de la instrucción, donde se carga la instrucción en el registro de instrucción, y la ejecución, donde se descodifica y se ejecuta la instrucción.
Outlines
💻 Funcionamiento de la CPU
La CPU, o unidad central de procesamiento, es el componente principal del ordenador encargado de controlar y ejecutar la mayoría de las operaciones. Para realizar estas operaciones, la CPU necesita la colaboración de otros componentes como la memoria principal, los periféricos y dispositivos de entrada/salida. Además, la CPU se comunica con estos componentes a través de buses o canales de comunicación. Dentro de la CPU se encuentran componentes como la unidad de almacenamiento, la unidad de control y los registros, que son unidades de almacenamiento temporal de datos. Los registros son de gran importancia ya que permiten una alta velocidad de lectura y escritura de datos. La unidad aritmético lógica (ALU) se encarga de operaciones aritméticas y lógicas, como sumas, restas, multiplicaciones y comparaciones. La unidad de control dirige la ejecución de instrucciones, estableciendo la comunicación entre la memoria, la ALU y otros componentes. Incluye registros como el contador de programa y el de instrucción, que almacenan la dirección de la siguiente instrucción y el código de la instrucción actual, respectivamente.
🔍 Fases de ejecución de una instrucción
La ejecución de una instrucción en una CPU se divide en dos fases principales: búsqueda y ejecución. Durante la fase de búsqueda, se identifica y carga la instrucción en el registro de instrucción, la cual se encuentra en la memoria principal y cuya dirección se obtiene del registro contador de programa. Una vez identificada, se actualiza el contador de programa para apuntar a la siguiente instrucción. En la fase de ejecución, se descodifica la instrucción almacenada en el registro de instrucción y se generan señales de control necesarias para su ejecución. Estas señales se envían a los dispositivos correspondientes a través del bus de control, como la ALU, la memoria principal o los periféricos, para llevar a cabo la operación requerida.
Mindmap
Keywords
💡CPU
💡Memoria principal
💡Periféricos
💡Registros
💡Unidad aritmético lógica (ALU)
💡Unidad de control
💡Registro acumulador
💡Registro de estado
💡Registro contador de programa
💡Registro de instrucción
💡Circuitos operacionales
Highlights
La CPU es el componente principal del ordenador encargado de controlar y realizar la mayoría de las operaciones.
La CPU necesita otros componentes del ordenador como la memoria principal y los periféricos para funcionar.
Los registros son unidades de almacenamiento temporal dentro de la CPU y tienen una alta velocidad de lectura y escritura.
La unidad aritmético lógica (ALU) realiza operaciones aritméticas y lógicas.
Las operaciones aritméticas incluyen sumas, restas, multiplicaciones, etc.
Las operaciones lógicas incluyen comparaciones y operadores lógicos como AND, OR y NOT.
Los circuitos operacionales son responsables de realizar las operaciones.
El registro acumulador almacena temporalmente el resultado de las operaciones.
Los registros operando guardan los datos necesarios para realizar una operación.
El registro de estado almacena información sobre la última operación realizada.
La unidad de control dirige las operaciones del ordenador y establece la comunicación entre componentes.
El registro contador del programa contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
El registro de instrucción almacena la instrucción que se está ejecutando en ese momento.
Los circuitos de codificadores determinan qué hacer en cada momento basándose en el código de la instrucción.
Las fases de ejecución de una instrucción son la búsqueda de la instrucción y su ejecución.
Durante la búsqueda de la instrucción, se carga la instrucción en el registro de instrucción.
La dirección de memoria de la instrucción se guarda en el registro contador del programa.
La fase de ejecución implica descodificar la instrucción y generar las señales de control necesarias.
Transcripts
la cpu unidad central de procesos en
inglés central processing unit es el
procesador del ordenador es el elemento
principal y es el que controla y realiza
la mayoría de las operaciones que se
llevan a cabo dentro del ordenador y por
supuesto la más importante para llevar a
cabo de estas operaciones la cpu
necesita al resto de componentes del
ordenador por ejemplo la memoria
principal y también los periféricos y
dispositivos de entrada salida en el
teclado en la pantalla y también los
buses o lo he dicho de otra forma los
canales de comunicación entre la cpu y
la y el resto de elementos los
componentes de la cpu que veremos a
continuación son la salud unidad y
métrico lógica también tenemos la unidad
de control y también tenemos los
registros los registros son unidades de
almacenamiento temporal y normalmente
bastante pequeño tienen la capacidad de
almacenar una palabra de memoria
y la velocidad de lectura y escritura de
los datos en estos registros es muy alta
primero porque tiene una tecnología muy
avanzada y segundo porque están
incluidos dentro de la cpu
en estos registros se almacenan la
información que se está procesando justo
en cada momento por ejemplo si queremos
sumar 7 3 el 7 y el 3 se almacenan en
los registros de la cpu para poder
efectuar la operación
la unidad y métrico lógica o al del
inglés aritmético logic y unit son los
circuitos que realizan las operaciones
aritméticas y lógica operaciones
aritméticas son las sumas restas las
multiplicaciones etcétera y las
operaciones lógicas son las
comparaciones y también los operadores
lógicos como el andy el oro o el no
dentro de los componentes del álbum como
podemos ver en el gráfico inferior
tenemos los circuitos operacionales los
circuitos operacionales que están
representados en el gráfico con forma de
v son los circuitos que se encargan de
realizar las operaciones también tenemos
de instruir la salud los registros los
registros son unidades de almacenamiento
donde se guardan los datos que se están
procesando en ese momento el número de
registros y el tipo depende de cada
procesador pero simplificando podemos
encontrar un registro que llamamos
acumulador que es donde se almacena
temporalmente el resultado de las
operaciones luego del registro
acumulador se pasarán o no a la memoria
o al circuito que corresponda
también tenemos los registros de
operando que son donde se guardan los
datos que necesitamos para realizar la
operación y por último es muy importante
el registro de estados el registro de
estado es un registro que almacena
información sobre la última operación
que se ha realizado normalmente cada
bits del registro de estado significa
una cosa por ejemplo un bit podría ser
para indicar si ha sido o no 0 la última
operación o también se ha sido negativo
o incluso si ha habido un error de
desbordamiento por ejemplo si
multiplicamos datos muy grandes el
resultado podría no caber en el registro
acumulador y por lo tanto habría que
activar el bit de desbordamiento para
indicar que la operación no se ha podido
efectuar
la unidad de control es el dispositivo
que dirige las operaciones más
importantes del ordenador estableciendo
la comunicación entre la salud la
memoria principal y el resto de
componentes por así decirlo es como si
fuera el director de orquesta es el que
controla la ejecución de cada
instrucción de un programa los
componentes de la unidad de control son
principalmente dos registros muy
importantes entre ellos encontramos el
registro contador del programa el
registro contador del programa contiene
la dirección de memoria de la siguiente
instrucción a ejecutar es decir contiene
en qué posición de la memoria está
almacenada la siguiente instrucción que
tenemos que ejecutar
tenga en cuenta que un programa puede
tener muchas instrucciones tenemos que
controlar
cuál es la instrucción que tenemos que
ejecutar en cada momento la dirección de
memoria de esa instrucción es lo que se
guardan en el registro contador del
programa el contenido de esa dirección
de memoria o sea el código de la
instrucción se almacena en el siguiente
registro que se llama registro de
instrucción el registro de instrucción
almacena la instrucción que se está
ejecutando en cada momento
es decir la instrucción que marca o que
apunta el registro contado de programa
se almacena en el registro de
instrucción además en la unidad de
control también tiene circuitos de
codificadores los circuitos de
codificadores son circuitos especiales
encargados de determinar qué se debe
hacer en cada momento
el que se debe hacer depende por
supuesto del código de la instrucción a
ejecutar y también de las señales de
estado de los dispositivos dependiendo
de toda esa información la unidad de
control manda las señales al dispositivo
que corresponda por ejemplo a la memoria
a la unidad y métrico lógica a los
periféricos a donde corresponda
simplificando un poco las fases de
ejecución de una instrucción son
básicamente dos en la primera buscamos
la instrucción que vamos a ejecutar y en
la segunda la ejecutamos en la fase de
búsqueda de la instrucción a ejecutar se
carga en el registro de instrucción la
instrucción que se va a ejecutar esa
instrucción está en la memoria principal
y la dirección de memoria de esa
instrucción es la que se guarda en el
registro contado del programa en el
ejemplo que tenemos a la derecha vemos
que en el registro contador de programa
se guarda la dirección 8 esa dirección
de memoria en la memoria ram se copia en
el registro de instrucciones sea la
instrucción que hay en la dirección 8 se
guarda en el registro de instrucciones a
continuación hay que modificar el
registro contado del programa para que
apunte a la siguiente instrucción por
ejemplo si después de la dirección 8 hay
que ejecutar la instrucción de la
dirección 9 entonces el registro contado
de programa hay que modificarlo para
almacenar el número 9
a continuación pasamos a la fase de
ejecución en esta fase se descodifica el
código de la instrucción que haya
almacenado en el registro de instrucción
o sea la instrucción que tenemos que
ejecutar que se guarda en el registro de
instrucciones
hay que decodificar la para saber qué
hacer en esta fase de decodificación se
generan las señales de control
necesarias para la ejecución de la
instrucción y se envían a los
dispositivos que correspondan a través
del bus de control por ejemplo se manda
información a la salud para que efectúa
alguna operación aritmético lógica o a
la memoria principal oa los distintos
canales de entrada salida
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