arquitecturas de computadoras ii- ciclo ejecucion instrucciones

8/16/2019 Arquitecturas de Computadoras II- Ciclo Ejecucion Instrucciones

1/17

Arquitectura de Arquitectura deComputadoras IIComputadoras II

Profesor:Profesor: Rodrigo MaurínRodrigo Maurín


2/17

El ProcesadorEl Procesador

También llamado CPU (unidad central deprocesamiento), es el cerebro de la computadora.

Como centro de la computadora, es uno de loselementos que infuyen directamente en elrendimiento general del sistema.

Es el encargado de ejecutar todos los programas,desde el !istema "perati#o $asta la aplicaciones deusuario.

Es un circuito integrado constituido por millones de

componentes electr%nicos (transistores).

&dem's es el encargado de controlar, manejar alresto de los componentes de una PC.


3/17

El Procesador Esquema nternoEl Procesador Esquema nterno


4/17

El Procesador Componentes * UCEl Procesador Componentes * UC La UC (Unidad de Control): es el n+cleo del

microprocesador, es la que gobierna todas las acti#idades de lacomputadora.

nterpretar las instrucciones.

egular las tempori-aciones de todas lasoperaciones que ejecuta el procesador.

Controlar la secuencia de instrucciones a serejecutadas.

!us unciones principales son/

En#iar y recibir se0ales de control de periéricose1terno.

Controlar el acceso del procesador a la memoria

principal.


5/17

El Procesador Componentes * &2UEl Procesador Componentes * &2U

La ALU (Unidad Aritmético Lógica): es la encargada dereali-ar cualquier operaci%n matem'tica (suma, resta,multiplicaci%n y di#isi%n) o l%gica (", &34 y 3"T) entre 5registros. &lgunos microprocesadores tienen adem's una

unidad de respaldo que es la encargada de reali-arlas operaciones matem'ticas mas complejasllamada 6PU (6loating Point Unit, Unidad de coma6lotante)


6/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones

2a operaci%n undamental de un CPU es ejecutarprogramas, cada programa esta compuesto por unasecuencia de instrucciones.

2as instrucciones se clasi7can seg+n su unci%n/

El tiempo (periodo) que tarda un microprocesador enejecutar una instrucci%n se llama 8ciclo de instrucci%n9.

Cada ciclo de instrucci%n se di#ide en dos etapas/ Etapa de b+squeda (2eer y 4ecodi7car). Etapa de ejecuci%n (Ejecuci%n y &lmacenamiento).

nstrucciones de transerencia de datos. nstrucciones de c'lculo. nstrucciones de transerencia del control del programa.

nstrucciones de control.


7/17


, E : ) ! T , "& C U ; U 2 & 4 " ,

& 2 U

C " 3 T , " 2

& 2 U

; E ; " , ) &

C . P . U .

, E 2 " < = ! E > & 2 E !4 E C " 3 T , " 2? ? ( , E ! U 2 T & 4 " )

! T " P

@

4 ) , E C C ) A 3

B U ! 4 E 4 & T " !

B U ! 4 E 4 ) , E C C ) " 3 E !4 E C " 4 ) 6 ) C & 4 " ,4 E ) 3 ! T , U C C ) " 3 E !

C " 3 T & 4 " , 4 EP , " : , & ; &

, E : ) ! T , " 4 E) 3 ! T , U C C ) " 3 E !

C & , : & , & C U ; .

D

! U ; & ,

5

: U & , 4 & ,

5

F

D

?

G

@

H


8/17


4espués de leer una instrucci%n, el PC es incrementado por la longitud de lainstrucci%n en términos de unidades de memoria de modo que contendr' la

direcci%n de la siguiente instrucci%n en la secuencia. 6recuentemente, la instrucci%n a ser leIda debe ser recuperada de memoria

relati#amente lenta, $aciendo detener al CPU mientras espera que lainstrucci%n sea de#uelta. Esta cuesti%n se trata en gran medida en losprocesadores modernos por los cac$és y las arquitecturas pipeline.

Paso 1: Fetch (Leer)/ implica el recuperar una instrucci%n de lamemoria de programa (&;).

2a locali-aci%n de la instrucci%n en la memoria del programa es determinadapor un registro contador de programa (PC), que almacena un n+mero queidenti7ca la direcci%n de la siguiente instrucci%n que se debe buscar.


9/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstruccionesM E M O R I A

C P : 3 F 8 h

R I

R M : 1 0 0 1 1 0 1

1 0 0 1 1 0 1

R D

1 º

2 º

3 º

4 º

1 0 0 1 1 0 1

D a t o o i n s t r u c c i ó n

D a t o o i n s t r u c c i ó n

I n c r e e n t o

D i r e c c i ó n ! e e o r i a

egistro de nstrucciones

egistro de ;emoria

egistro Contador de Programa

DJ 4ecodi7caci%n ...


10/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones Paso 2: Decode (Decodifcar) en la decodi7caci%n, la instrucci%n es

di#idida en partes que tienen signi7cado para otras unidades de laCPU. 2a manera en que el #alor de la instrucci%n numérica es interpretado est'

de7nida por la arquitectura del conjunto de instrucciones (el !A) de la CPU.

& menudo, un grupo de n+meros en la instrucci%n, llamados "PC"4E, indicaqué operaci%n reali-ar.

2as partes restantes del n+mero usualmente proporcionan inormaci%n

requerida para esa instrucci%n, como por ejemplo, operandos para unaoperaci%n de adici%n. Esos operandos se pueden dar como un #alor constante (llamado #alor

inmediato), o como un lugar para locali-ar un #alor, puede ser un registro o unadirecci%n de memoria.


11/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstruccionesOP CODE O"eran!o 1 O"eran!o 2

"#isten di$erentes métodos de direccionamiento de lain$ormación contenida en %na instr%cción.

&'"DA/ el dato est' en la propia instrucci%n Ej/ SUMA 7, 3), en el ejemplo los dos son datos, el resultado es K.

ADD # 3


12/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones! i r e c c i ó n

e o r i a

0 1

0 2

0 3

0 4

0 $

0 %

0 #

0 8

0 &

1 0

1 1

1 2

1 3

3

0 %

2

4

D*"C: en la instrucci%n est'contenida la direcci%n de memoria dondese encuentra el dato Ej/ SUMA 7, 0) , G es un dato, K es una

direcci%n de memoria donde se encuentrael dato. En la direcci%n de memoria Kest' contenido el dato, FL el resultado es/MG N (KOF) O K.

ADD # D:01


13/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones Paso +: "#ec%te (e,ec%ción) luego de los pasos de lectura y

decodi7caci%n, es lle#ado a cabo el paso de la e,ec%ción de la instrucci%n.

4urante este paso, #arias unidades del CPU son conectadas de tal manera que

ellas pueden reali-ar la operaci%n deseada.

2as entradas proporcionan los n+meros a ser sumados, y las salidas contendr'n la suma7nal.

Por ejemplo para reali-ar una operaci%n de adici%n, la ALU ser' conectada a unconjunto de entradas y un conjunto de salidas.

2a &2U contiene los circuitos necesarios para reali-ar operaciones simples de aritmética yl%gica.

!i la operaci%n de adici%n produce un resultado demasiado grande para poder sermanejado por el CPU, también puede ser ajustada una bandera (fag) a la que se conocecomo fag de desbordamiento aritmético locali-ada en un registro de banderas.


14/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones Paso -: .rite/ac0 (escri/ir) 7nalmente, la escritura consiste en

simplemente QescribirQ los resultados del paso de ejecuci%n a algun tipode memoria.

;uc$as #eces los resultados son escritos a alg+n registro interno del CPU paratener un acceso mas r'pido por subsecuentes instrucciones.

"tras #eces los resultados pueden ser escritos a una memoria principal m'slenta pero m's barata y m's grande.

Rstas son llamadas generalmente QsaltosQ (jumps) y acilitan comportamientoscomo bucles (loops), la ejecuci%n condicional de programas (con el uso de saltoscondicionales), y unciones en programas.

&lgunos tipos de instrucciones manipulan el contador de programa en lugar deproducir datos de resultado.


15/17

El Procesador Ejecuci%n de nstruccionesEl Procesador Ejecuci%n de nstrucciones 4espués de la ejecuci%n de la instrucci%n y la escritura de los datos

resultantes, el proceso entero se repite con el siguiente ciclo deinstrucci%n.

3ormalmente leyendo la siguiente instrucci%n en secuencia debido al#alor incrementado en el contador de programa.

!i la instrucci%n completada era un salto, el contador de programaser' modi7cado para contener la direcci%n de la instrucci%n a la cualse salt%, y la ejecuci%n del programa contin+a normalmente.

En CPUs m's complejos que el descrito aquI, m+ltiples instruccionespueden ser leIdas, decodi7cadas, y ejecutadas simult'neamente.


16/17



17/17

El Procesador 6recuencia de eloj *El Procesador 6recuencia de eloj *

SelocidadSelocidad

Los *egistros de almacenamiento: son memoria demuy alta #elocidad y poca capacidad, integrada en el;icro, permite guardar transitoriamente y acceder a#alores muy usados

2os mas comunes son/

*egistro Contador: guarda la direcci%n de la siguienteinstrucci%n a ser ejecutada (la instrucci%n que sigue enel proceso)

*egistro Ac%m%lador: guardan temporalmente losresultados aritméticos y l%gicos que seran usados por la &2U

*egistro de "stado: inorma lo que $a pasado en la

operaci%n reali-ada por la &2U.

*egistro de nstr%cción: indica la instrucci%n que se

encuentra ejecut'ndose en ese instante.

arquitecturas de computadoras ii- ciclo ejecucion instrucciones

Documents