Ciclo Fecht
¿Cómo funciona una computadora?
Ciclos proceso de instrucciones
El proceso de instrucciones se da en dos fases:
El ciclo en el que el CPU obtiene (“fetchfetch”) la instrucción de memoria
El ciclo donde ejecuta la instrucción (“ejecuciónejecución”)
Inicio
Capturar la siguiente instrucción
Ejecutar la instrucción
Parar
Ejecución de un programa
Proceso de instrucciones(Organización de computadoras: A. Tanenbaum)
Buscar la siguiente instrucción de la memoria (PC) y colocarla en el registro de instrucción (IR)
Modificar el contador del programa (PC) de modo que apunte a la siguiente instrucción a ejecutarse
Determinar el tipo de instrucción que se trajo (decodificar) Si la instrucción utiliza una palabra de memoria (operando)
determinar donde está. Buscar la palabra y colocarla si es necesario en un registro
del CPU Ejecutar la instrucción Volver al paso 1 (ejecutar la siguiente instrucción)
El proceso se conoce como búsqueda-decodificación-ejecución
Un programa – Elemento Lógico
Para efectuar la suma se necesitan dos tipos de objetos.– Datos– Operaciones o funciones
Programa, es la forma de describir los pasos a efectuar y de comunicárselo a la computadora. (Modelado de la realidad).
Pasos para efectuar 5 + 7
5 + 7 Presionar el 5 (calculadora guarda ese número en
memoria temporal). Presionar + (traslada el 5 a un acumulador especial). Presionar el 7 (se efectúa la suma en el acumulador,
mantiene el resultado internamente). Presionar el = (se han terminado las operaciones). Se despliega el 12.
Programa
Conjunto explícito de pasos a seguir para lograr un fin determinado.
Instrucciones para sumar 2 números.– Observar el primer número– Llevar al acumulador para luego sumarlo– Observar el segundo número y acumularlo– Mostrar el resultado
Unidad de Control Dirige y coordina las actividades del sistema. Controla el movimiento de señales entre la memoria, la
unidad aritmético lógica y los dispositivos de entrada/salida. Carga las instrucciones desde la memoria Maneja las Interrupciones. Interpreta (Decodifica) instrucciones y genera señales que
son enviadas a otros componentes. Utiliza un reloj del sistema para sincronizar todas las tareas. Genera señales de control/tiempo. Controla la decodificación/ejecución de instrucciones.
Memoria
Conjunto de celdas electrónicas – Cada celda puede contener uno y sólo un valor numérico.– Cada celda es direccionable o sea se puede distinguir una
de otra por medio de un número unívoco llamado dirección.
Para organizar la memoria se usa un conjunto numerado secuencialmente.
Se usará un apuntador para dirigirse a alguna celda (dirección).
Celdas de memoria y direcciones
44 2323 4242 99 77
2950 2951 2952 2953 2954
Apuntador
Dirección
Celdas de Memoria
Cada celda tiene una dirección. Cada celda tiene un contenido o valor. Ejemplo: La celda de la dirección 2951 contiene un
23. Importante la existencia de dos conceptos
independientes: dirección y valor, aunque por casualidad pueden coincidir.
Operaciones sobre la memoria– Leer el contenido de una celda.– Escribir un valor en una celda.
Codificación
En las celdas de memoria sola caben números, entonces habrá que convertir las instrucciones en números.
Cuántas instrucciones Cuáles instrucciones. Depende del CPU. Se usa un diccionario electrónico.
Instrucciones
Instrucción Código Longitud
CARGA 20 2
GUARDA 02 2
RESTA 33 2
SUMA 30 2
ALTO 70 1
Definiciones
Lenguaje máquina, código manejado por el CPU (reconocido y ejecutado).
Programa fuente, escrito en lenguaje simbólico y mnemónico. Es más fácil de entender por los humanos. No lo entiende la computadora.
Programa objeto, escrito en código numérico. Reconocido por la computadora.
Consideraciones para programa 5 + 7
Se requieren tres celdas de memoria, dos para los datos ( 5 y 7) y una para el resultado. (Celdas 20, 21 y 22)
Hay que definir en detalle los operaciones a efectuar, su orden y la codificación adecuada.
Hay que introducir todos los datos e instrucciones en la memoria.
Instrucciones y registros
Acumulador, celda especial o registro del CPU, utilizado para efectuar operaciones.
CARGA <dirección>, instrucción que lleva el contenido de una celda al acumulador.
GUARDA <dirección>, deposita el valor del acumulador en una celda de memoria.
SUMA <dirección>, suma al acumulador el contenido de la celda descrita.
ALTO, detener el programa.
Programa fuente 5 + 7
Instrucción Dirección
CARGA 20
SUMA 21
GUARDA 22
ALTO
Programa objeto 5+ 7
Código
20 20
30 21
02 22
70
Consideraciones
Este programa sirve para sumar cualquier par de números que residan en las celdas 20 y 21.
Falta cargar el programa objeto en la memoria de la computadora. Se decidió a partir de la celda 10.
Luego de cargado se le debe indicar a la computadora que ejecute el programa.
Programa objeto cargado en memoria
2020 2020 3030 2121 0202 2222 7070 55 77 ????... ... ...
10 11 12 13 14 15 16 20 21 22Dirección
Unidad de Control Su función principal es dirigir la secuencia de pasos
de modo que la computadora lleve a cabo un ciclo completo de ejecución de una instrucción y hacer esto con todas las instrucciones de un programa.
La unidad de control ejecutará este ciclo de cuatro pasos a una velocidad enorme.
Existe un registro apuntador que le indica al computador la siguiente celda de memoria a leer llamado CP Contador de programa.
Ciclo de ejecución del CPU
FETCH
ACTUALIZACIONDEL CP
DECODIFACION
EJECUCION
I II
IIIIV
Ciclo de ejecución del CPU I. Ir a la memoria y extraer el código de la
instrucción que indica el CP. II. Decodificar la instrucción recién leída. Revisar
longitud de instrucción. Si es 2 actualizar CP en siguiente celda.
III. Ejecutar la instrucción. IV. Actualizar CP para que apunte a la siguiente
celda.
Los Registros
Concepto generalLos registros del procesador se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética.
(http://www.monografias.com/trabajos7/regi/regi.shtml)
– Registros: almacenamiento interno del CPU Registro de Dirección de Memoria - MAR (Memory Address
Register): registro que contiene la dirección de la palabra a ser leída o escrita en la memoria
Registro Temporal de Memoria - MBR (Memory Buffer Register): contiene la palabra que fue "leída de" ó "escrita a" la memoria
Contador de Programa - PC (Program Counter): contiene la dirección de la siguiente instrucción a ser ejecutada .
Registro de Instrucción - IR (Instruction Register): registro que contiene la instrucción en curso durante su ejecución.
Acumulador (AC) : almacena temporalmente operandos y resultados del ALU. registro para acumular resultados aritméticos.
Pasos en la ejecuciónde un programa
Paso 0 CP en 10Paso I Paso II Paso III Paso IV
Paso 1Va a celda 10 y extrae un 20
Paso 2
Decodifica el 20 en una carga, como longitud = 2 CP en 11
Paso 3
Ejecuta la carga de la celda que indica la celda 11 (contiene 20) o sea carga el contenido de la celda 20 (contiene 5).
Paso 4 CP en 12
Pasos en la ejecuciónde un programa
Paso I Paso II Paso III Paso IV
Paso 5Va a celda 12 y extrae un 30
Paso 6
Decodifica el 30 en una SUMA, como longitud = 2 CP en 13
Paso 7
Ejecuta la suma, con lo que añade al acumulador el contenido de la celda 21. (El 21 reside en la celda 13).
Paso 8 CP en 14
Pasos en la ejecuciónde un programa
Paso I Paso II Paso III Paso IV
Paso 9Va a celda 14 y extrae un 02
Paso 10
Decodifica el 02 en un GUARDA, como longitud = 2 CP en 15
Paso 11
Ejecuta el guarda, se deposita el valor del acumulador (12) en la celda 22.
Paso 12 CP en 16
Pasos en la ejecuciónde un programa
Paso I Paso II Paso III Paso IV
Paso 13Va a celda 16 y extrae un 70
Paso 14
Decodifica el 70 en un ALTO, no hace nada con el CP debido a que longitud = 1
Paso 15Ejecuta el alto, lo que detiene la UC y la computadora.
Práctica
R = a + b + c - d Posiciones de memoria 770 a 773
– Carga 770– Suma 771– Suma 772– Resta 773– Guarda 774– Alto
20 770 30 771 30 772 33 773 02 774 70
Maquina de Von Newman - Estructura
AC MQ
Circuitos Aritméticos-lógicos
MBR
Equipo de entrada/ salida
Memoria Principal M
IBR
IR
Circuitos de Control
PC
MAR
Señales de Control
Unidad de Control de programa
Unidad Aritmético / Lógica
Instrucciones y Datos
C
P
U
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