ORGANIZACION DEL PROCESADOR

La parte procesadora de un computador CPU se trata algunas veces como el canal de datos del CPU porque el procesador formula los canales de trasferencia de datos entre los registros de la unidad. Los diferentes caminos son controlados supuestamente por medio de compuertas que abren los caminos necesarios y cierran otros. Una unidad procesadora puede diseñarse para satisfacer un conjunto de canales de datos para una aplicación específica.

En una unidad procesadora bien organizada, los canales de datos se forman por medio de buses y otras líneas comunes. Las compuertas de control que formulan los canales de datos son esencialmente multiplexores y decodificadores cuyas líneas de selección especifican el camino requerido.

El proceso de información se hace mediante una función digital común cuyo canal de datos puede ser especificado por un conjunto de variables de selección comunes. Una unidad procesadora que tiene una organización bien estructurada puede usarse en una gran cantidad de operaciones. Si se construye dentro de un circuito integrado, se hará disponible para muchos usuarios ya que para cada uno se puede tener una aplicación diferente.

Memoria "scratchpad" o memoria tapón

Los registros de una unidad procesadora pueden ser metidos dentro de una unidad pequeña de memoria. Cuando estos se incluyen en la unidad de proceso, la memoria pequeña se llama memoria tapón o de borrado. El uso de una pequeña memoria es una alternativa muy económica para conectar los registros procesadores a través del sistema de bus. La diferencia entre dos sistemas es la manera en la cual la información se selecciona para la trasferencia al ALU. En el sistema de bus, la trasferencia de información se selecciona por medio de los multiplexores que forman los buses. Por otra parte, un solo registro dentro de un grupo de registros organizados como una pequeña memoria puede ser seleccionado por medio de una dirección de la unidad de memoria. Un registro de memoria puede funcionar justamente como cualquier otro registro procesador ya que su única función es almacenar información binaria para ser procesada en el ALU.

Una memoria tapón o de borrado debe distinguirse de la memoria principal del computador. En contraste con la memoria principal, la cual almacena instrucciones y datos, una pequeña memoria de una unidad de proceso es meramente una alternativa para conectar un número de registros procesadores por medio de un camino de trasferencia común. La información almacenada en una memoria tapón o de borrado debe venir normalmente de la memoria principal por medio de instrucciones en el programa.

Considérese, por ejemplo, una unidad procesadora que emplea ocho registros de 16 bits cada uno. Los registros pueden incluirse dentro de una memoria pequeña de ocho palabras de 16 bits cada una, o un RAM de 8 x 16.

Las ocho palabras de memoria pueden designarse como RO hasta Rl, correspondiendo a las direcciones 0 hasta 7 y constituyen los registros para el procesador.

Una unidad procesadora que usa una memoria tapón o de borrado se muestra en la Figura 9-2. Un registro fuente se selecciona de la memoria y se carga al registro A. Un segundo registro fuente se selecciona de la memoria y se carga al registro B. La selección se hace especificando las direcciones de palabra correspondientes y activando la entrada de lectura de la memoria. La información de A y B se manipula en el ALU y en el registro de desplazamiento. El resultado de la operación se trasfiere a un registro de memoria especificando su dirección de palabra y activando el control de entrada de escritura en memoria. El multiplexor a la entrada de la memoria puede seleccionar datos de entrada de una fuente externa.

Registro acumulador

Algunas unidades procesadoras separan un registro de otros y se le llama registro acumulador, abreviado AC o registro A. El nombre de este registro se deriva del proceso de adición aritmética que se encuentra en los computadores digitales. El proceso de sumar muchos números se lleva a cabo almacenando inicialmente esos números en otros registros procesadores o en la unidad de memoria del computador y borrando el acumulador a 0. Los números se agregan al acumulador uno a uno en orden consecutivo. El primer número se agrega a 0 y la suma se trasfiere al acumulador. El segundo número se agrega a los contenidos del acumulador y la suma formada de nuevo remplaza su valor previo. Este proceso se continúa hasta que todos los números se agregan y se forma la suma total. Así, el registro "acumula" la suma paso a paso haciendo sumas secuenciales entre un número nuevo y la suma acumulada previamente.

El registro acumulador en una unidad de proceso es un registro mulnpropósito capaz de realizar no solamente la microoperación de suma sino también otras microoperaciones de la misma forma. De hecho, las compuertas asociadas con un registro acumulador suministran todas las funciones digitales encontradas en un ALU.

En algunos casos toda la unidad procesadora es justamente el registro acumulador y el ALU asociado. El registro en sí puede funcionar como un registro de desplazamiento para suministrar las microoperaciones de desplazamiento. La entrada B suministra una fuente de información externa.

Esta información puede provenir de otros registros procesadores o directamente de la memoria principal del computador. El registro A suministra la otra fuente de información al ALU por el terminal A. El resultado de una operación se trasfiere de nuevo al registro A y se remplaza su contenido previo. La salida del registro A puede ir a un destino externo o a los terminales de entrada de otros registros procesadores o unidad de memoria.

UNIDAD LOGICA ARITMETICA

Una unidad lógica aritmética (ALU) es una función multioperación digital de lógica combinacional. Esta puede realizar un conjunto de operaciones aritméticas básicas y un conjunto de operaciones lógicas. El ALU tiene un numero de lineas de selección para seleccionar una operación particular de la unidad. Las lineas de selección se decodifican dentro del ALU de manera que las k variables de selección pueden especificar hasta 2* operaciones diferentes.

DISEÑO DEL CIRCUITO LOGICO

Las microoperaciones lógicas manipulan los bits de los operandos separadamente y tratan cada bit como una variable binaria. La Tabla 2-6 lista 16 operaciones lógicas que pueden ser realizadas con dos variables binarias.

Las 16 operaciones lógicas pueden ser generadas en un circuito y seleccionadas por medio de cuatro líneas de selección. Como todas las operaciones lógicas pueden obtenerse por medio de operaciones AND, OR y NOT (complemento), podría ser más conveniente emplear un circuito lógico justamente con esas operaciones. Para tres operaciones se necesitan dos variables de selección. Pero dos líneas de selección pueden seleccionar entre cuatro operaciones lógicas, de manera que se escoge también la función OR-exclusiva (XOR) para el circuito lógico que va a diseñarse en esta y en la siguiente sección.

El método más simple y directo de diseñar un circuito lógico se muestra en la Figura 9-11. El diagrama muestra una etapa típica designada por ¿l suscrito i. El circuito debe repetirse n veces para un circuito lógico de n bits. Las cuatro compuertas generan las cuatro operaciones lógicas OR,

OR-exclusiva, AND y NOT. Las dos variables de selección en el multiplexor seleccionan una de las compuertas de la salida. La tabla de función lista la lógica de salida generada como una función de dos variables de selección.

El circuito lógico puede ser combinado en el circuito aritmético para producir una unidad lógica aritmética. Las variables de selección Si y s0 pueden hacerse comunes a ambas secciones siempre y cuando se use una tercera variable de selección s2 para diferenciar entre los dos. Esta configuración se ilustra en la Figura 9-12. Las salidas de los circuitos lógicos y aritméticos de

cada estado pasan por un multiplexor con la variable de selección s2 • Cuando s2 = 0 se selecciona la salida aritmética, pero cuando s2 = 1 se selecciona la salida lógica. Aunque los dos circuitos pueden combinarse de esta manera, ésta no es la mejor forma de diseñar un ALU.

Un ALU más eficiente puede obtenerse si se investiga la posibilidad de generar operaciones lógicas de un circuito aritmético ya disponible. Esto puede hacerse inhibiendo todos los arrastres de entrada de los circuitos del sumador completo del sumador en paralelo. Considérese la función de Boole que genera la suma de salida de un circuito sumador completo:

F, = X C,

Organización de un procesador.

Unidad lógica / aritmética.

Diseño de un circuito lógico y aritmético.

Diseño del alu.

Registro de condición.

Diseño de un acumulador común.

2.1. Organización del procesador.Unidad aritmético-lógica.2.2. Diseño de Procesadores:Diseño de un circuito aritmético. Diseño del circuito lógico. Diseño de una unidad lógica aritmética. Registro de condición. Diseño de un registro de desplazamiento.2.3. Unidad procesadora. Diseño del acumulador.