REFERENCIAS:

http://www.youtube.com/watch?v=618MPhj_ykg
http://www.youtube.com/watch?v=3F0iVxBQ3ek&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=BlSi9Arbowk&feature=related
http://www.youtube.com/watch?v=vWHNss8dYUI&feature=related

Autor: Gutierrez Junco Claudia








Unidad Central de Procesamiento





La unidad central de procesamiento o CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit), o simplemente el procesador o microprocesador, es el componente en un ordenador, que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de la computadora. Las CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora digital (laprogramabilidad) y son uno de los componentes necesarios encontrados en las computadorasde cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores.
La expresión "unidad central de proceso" es, en términos generales, una descripción de una cierta clase de máquinas de lógica que pueden ejecutar complejos programas de computadora. Esta amplia definición puede fácilmente ser aplicada a muchos de los primeros ordenadores que existieron mucho antes que el término "CPU" estuviera en amplio uso. Sin embargo, el término en sí mismo y su acrónimo han estado en uso en la industria de la informática por lo menos desde el principio de los años 1960 . La forma, el diseño y la implementación de las CPU ha cambiado drásticamente desde los primeros ejemplos, pero su operación fundamental ha permanecido bastante similar.

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La unidad central de proceso UCP es el verdadero cerebro de la computadora; su misión consiste en coordinar y controlar o realizar todas Las operaciones del sistema. Se compone de elementos cuya naturaleza es exclusivamente electrónica (circuitos).
La unidad central de proceso UCP es el verdadero cerebro de la computadora; su misión consiste en coordinar y controlar o realizar todas Las operaciones del sistema. Se compone de elementos cuya naturaleza es exclusivamente electrónica (circuitos).
Sus partes principales son Las siguientes:
  • El Procesador (P). Que a su vez se compone de:
    • La unidad de control (UC).
    • La unidad aritmético – lógica (UAL).
  • La Memoria Central (MC).
La unidad central de proceso también incorpora un cierto número de registros rápidos (pequeñas unidades de memoria) de propósito especial, que son utilizados internamente por la misma.
Una aproximación a diseño interno de un microprocesador es el siguiente
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Figura 1

Como vemos en el esquema 1, la unidad de control y la unidad aritmético–lógica constituyen lo que se ha venido a denominar el procesador central del sistema; este elemento es parte de la unidad central de proceso encargada del control y ejecución de las operaciones del sistema. Estos elementos en un ordenador personal se encuentran integrados en un único chip llamado microprocesador. Las funciones principales de la UCP de un ordenador son:
  • Ejecutar las instrucciones de los programas almacenados en la memoria del sistema.
  • Controlar la transferencia entre la UCP y la memoria o las unidades de E/S
  • Responder a las peticiones de servicio procedente de los periféricos.


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Unidad Central de Proceso


1.- Introducción.
El ordenador recibe y envía la información a través de los periféricos por medio de los canales. La UCP es la encargada de procesar la información que le llega al ordenador. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la UCP. Todas aquellas unidades de un sistema exceptuando la UCP se denomina periférico, por lo que el ordenador tiene dos partes bien diferenciadas, que son: la UCP (encargada de ejecutar programas y que esta compuesta por la memoria principal, la UAL y la UC) y los periféricos (que pueden ser de entrada, salida, entrada-salida y comunicaciones).
2.- El microprocesador y la UCP.
2.1.- Generalidades.
El microprocesador es un circuito integrado a gran escala. Esta formado por la UAL y la UC. El microprocesador lo que hace es procesar ordenes sencilla, para procesar ordenes mayores deberemos construir un programa.
Esta conectado a un oscilador (reloj) que genera impulsos igualmente espaciados en el tiempo. Su frecuencia base es de 14,31818 Mhz. El propio microprocesador es el que divide esta frecuencia para implementar un ciclo. El ciclo más frecuente es de 1/3 de la frecuencia base, es decir, 4,77 Mhz. Una instrucción necesita para ejecutarse varios ciclos de máquina.
2.2.- El microprocesador de 8 bits. El Intel 8088.
Es el micro en el que están basados los ordenadores personales actuales. Se caracteriza por tener un bus de 8 bits y una velocidad de impulso de reloj de 4,77 Mhz. Otros micros de 8 bits pueden ser: el Z80 de Zilog, el 6800 de Motorola y el 1802 de RCA. Estos micros se incorporan en ordenadores del tipo XT.
2.3.- El microprocesador de 16 bits. El Intel 8086/80286.
Otro micro de 16 bits a desacatar es el Motorola 68000 , su arquitectura es diferente pero el resultado es el mismo. El 8086 es uno de los primeros micros de 16 bits con una potencia bruta cercana a 0,2 MIPS, funciona a 8 Mhz. Su capacidad de direccionamiento es de 1 MB.
Al igual que el Intel 8088 forma parte de los ordenadores del tipo XT.
El micro 80286 es prácticamente igual al anterior a excepción de sus prestaciones ya que tiene una potencia 4 o 5 veces mayor, su potencia bruta es de 1 MIPS, por lo que la velocidad ha aumentado sin modificar el software.
Con este micro pasamos de un direccionamiento de 16 MB a otro de 1 GB, a parte permite detectar y eliminar los posibles errores de Software. Otra cosa a tener en cuenta es que los programas escritos en Ensamblador sufren ligeras modificaciones.
Forman parte del tipo de ordenadores AT.
2.4.- El microprocesador de 32 bits. El Intel 80386/80486.
Los motivos en la carrera de los micros está en el tamaño de las aplicaciones y en la velocidad. Otra de las razones es la de protección ya que estamos trabajando con sistemas operativos complejos, multitarea y/o multiprogramación. Todo esto se alcanzó con el 80286 aunque en los posteriores micros se ha perfeccionado, aumentado en velocidad y direccionamiento. El 80386 direcciona hasta 4GB reales y tiene una potencia bruta de 3 a 4 MIPS.
3.- Memoria central en la UCP.
3.1.- Generalidades.
La memoria está compuesta de chips. Lo único que realizan estos chips es almacenar la información hasta que esta es requerida. El número de chips de que consta la memoria es el que determina la capacidad de la misma. Por ejemplo, el 8088 es capaz de direccionar 1 MB o 1024 bytes. Un byte es una secuencia de bits, a la que se considera como la unidad mínima de información direccionable. Dentro de la memoria cada byte se referencia por una dirección numérica de 20 bits, ya que viaja por un bus de 20 bits. El envio de información por el bus se suele hacer en formato hexadecimal, por lo que estos 20 bits se quedan reducidos en 5 dígitos hexadecimales. La dirección inferior es la 00000 (0 en decimal) y la mayor FFFFF (10488576 en decimal).
Realmente la memoria no esta dividida, pero funcionalmente si se encuentra dividida.
3.2.- Áreas de memoria.
Como ejemplo veamos como se estructura la memoria de un ordenador con un micro 8088.
F0000 = Área de ROM fija: ROM-BIOS, BASIS, DIAGNÓSTICOS.
E0000 = Área para cartuchos ROM.
D0000 = Área para cartuchos ROM.
C0000 = Extensiones de BIOS (discos en el XT).
B0000 = Memoria de pantalla convencional.
A0000 = Extensión de la memoria de pantalla.
90000 = RAM de trabajo hasta 640 K.
80000 = RAM de trabajo hasta 576 K.
70000 = RAM de trabajo hasta 512 K.
60000 = RAM de trabajo hasta 448 K.
50000 = RAM de trabajo hasta 384 K.
40000 = RAM de trabajo hasta 320 K.
30000 = RAM de trabajo hasta 256 K.
20000 = RAM de trabajo hasta 192 K.
10000 = RAM de trabajo hasta 128 K. Memoria máxima de PC
00000 = RAM de trabajo hasta 64 K. Usadas por el sistema.
Los 10 primeros bloques que totalizan 640 K se reservan para la RAM de trabajo. Todos los ordenadores tienen memoria instalada en el primer bloque de 64 K. El bloque A se reserva para ampliar la memoria de vídeo y se utiliza para la tarjeta gráfica EGA. El bloque B se utiliza para la memoria de vídeo ordinario, esta dividido en dos trozos de 32 K cada uno denominados como B0 y B8. Un monitor monocromo utiliza solo 4 K por lo que se encuentra al principio del área B0, sin embargo un adaptador gráfico de color utiliza 16 K que se encuentran al principio del área B8. Los trozos restantes desde los 4 hasta los 32 y desde los 16 a 32 no se utilizan. el bloque C se dedica a recibir las ampliaciones que son necesarias de programas en ROM.
3.3.- Direccionamiento de la memoria.
Con un micro de 16 bits solo se puede direccionar hasta 64 k de memoria, pero ya sabemos que se debe acceder a más de ellas, esto lo logramos con el esquema de direccionamiento de 20 bits utilizado por el microprocesador. Para adaptar los 16 bits al direccionamiento de 20 bits utilizamos un procedimiento. Este consiste en dividir el espacio de memoria direccionable en una número arbitrario de segmentos, cada uno de los cuales contiene como máximo 64 K, cada segmento empieza en una localización cuya dirección es divisible por 16, y que se denomina dirección del segmento. Para acceder a los bytes individuales o a las palabras, se emplea una dirección adicional llamada desplazamiento y offset, estas direcciones son denominadas relativas.
Las direcciones se crean y manipulan combinando la dirección del segmento de 16 bits y una dirección relativa de 16 bits. La dirección del segmento se trata como si estuviera desplazada a la izquierda 4 bits. Cuando se añade la dirección relativa, se obtiene una dirección completa de 20 bits. Los 16 bits, compuestos por 2 palabras , reciben el nombre de dirección segmentada.
Ejemplo:
Dirección segmentada: 10111011101000110000
Dirección relativa: 1011101000110111
Dirección segmentada de 20 bits: 10111011101000110111
Realiza una operación OR, es decir, cuando los dos son 0 será un 0, mientras es un 1.
3.4.- Unidades de memoria.
La primera unidad de memoria es el bit (binary digit), es la unidad mínima de información. El cuarteto o nybble es una unidad formada por 4 bits. El octeto o byte, esta formada por 8 bits, también se denomina carácter, es la unidad básica de información direccionable. La palabra varia con el tipo de ordenador, es una unidad que se procesa de una sola vez en el ordenador. Existen palabras de 8,16, 32 y 64 bits. El bloque es un grupo de posiciones de memoria contiguas que no van a tener un tamaño fijo.
4.- Unidad de Control.
4.1.- Generalidades.
Es la parte de un ordenador que efectúa la recuperación de las intrucciones en la secuencia apropiada, la interpreta y aplica las señales apropiadas a la UAL y a las demás partes implicadas. Una vez seleccionada y analizada la instrucción deberá accionar los circuitos correspondientes de otras unidades, para que se cumplimente la instrucción, a través del secuenciador o reloj.
Es la encargada de regular y coordinar todo el sistema. Sus actividades se pueden resumir en las siguientes:
a.- Controlar la entrada y salida.
b.- Localizar a cada instrucción por su dirección.
c.- Buscar y analizar la instrucción.
d.- Buscar y procesar el operando.
e.- Preparar la siguiente instrucción.
4.2.- Seguimiento de instrucción por la UC. Ciclos de instrucción y ejecución.
Lo primero es que la UC ordena leer la palabra cuya dirección indica el CP, para lo que se envía dicha dirección al RDM. Una vez leído el contenido se pasará el mismo al RIM con lo que se finaliza el ciclo de instrucción.
A continuación el contenido del RIM pasa al RI y es cuando actúa el codificador-decoficador, analizando el tipo de operación (ciclo de operación), y se incrementa el CP en tantas unidades como ciclos de máquina requiera la instrucción (localiza la dirección de la siguiente instrucción). En este momento se irá transfiriendo el contenido del RI al RDM para obtener la dirección de cada operando (ciclo de dirección o búsqueda), con lo que serán transferidas al RIM por lo que se consume otro nuevo ciclo de memoria, entre tanto toda la información que está recibiendo el RIM está pasando a través de la UC, la cual la irá enviando a la parte de la UAL correspondiente. Una vez que se realiza la operación se pasa el resultado al acumulador para enviarlo luego al RIM, con lo que una vez que se obtiene la dirección donde se almacenará el resultado, la cual esta contenida en el RI, esta se pasa al RDM, con lo que el contenido del RIM se almacenará en la dirección indicada en el RDM, con esto finaliza el ciclo de ejecución.
El ordenador alterna entre ciclos de instrucción y ciclos de ejecución.
4.3.- Registros y componentes de la UC.
Las partes más interesante que intervienen en la ejecución de una instrucción son:
4.3.1.- Contador de instrucciones (CP).
Es de la misma longitud que la parte de dirección de la palabra de instrucción. Consta de una línea puesta a cero y una línea de incrementar o habilitación. Realiza el seguimiento de las instrucciones que se van a utilizar en el programa, con lo que en cada ciclo de instrucción se incrementa a 1, con lo que tenemos la posición de la siguiente instrucción que se va a usar en el programa.
Cuando vamos a acceder a la dirección de memoria especificada en el CP, esta dirección deberá transferirse al RDM, a través del cual accederemos a dicha dirección. Esto se realiza al iniciar cada ciclo de instrucción.
4.3.2.- Registro del código de operación (RI).
Cuando se lee una instrucción de la memoria esta debe codificarse para su interpretación. Dependiendo del tamaño del código de operación así será el tamaño de este registro.
4.3.3.- Los Flip-flop de la unidad de control.
Un flip-flop es un circuito combinatorio o secuencial susceptible de dos estados estables y diferenciados, asociados a los estados lógicos 0 y 1.

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Posteo: Romero Pastén Luis Angel



UNIDAD CENTRAL DE PROCESO


La unidad central de proceso UCP es el verdadero cerebro de la computadora; su misión consiste en coordinar y controlar o realizar todas Las operaciones del sistema. Se compone de elementos cuya naturaleza es exclusivamente electrónica (circuitos).
La unidad central de proceso UCP es el verdadero cerebro de la computadora; su misión consiste en coordinar y controlar o realizar todas Las operaciones del sistema. Se compone de elementos cuya naturaleza es exclusivamente electrónica (circuitos).
Sus partes principales son Las siguientes:
  • El Procesador (P). Que a su vez se compone de:
    • La unidad de control (UC).
    • La unidad aritmético – lógica (UAL).
  • La Memoria Central (MC).
La unidad central de proceso también incorpora un cierto número de registros rápidos (pequeñas unidades de memoria) de propósito especial, que son utilizados internamente por la misma.

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Como vemos en el esquema 1, la unidad de control y la unidad aritmético–lógica constituyen lo que se ha venido a denominar el procesador central del sistema; este elemento es parte de la unidad central de proceso encargada del control y ejecución de las operaciones del sistema. Estos elementos en un ordenador personal se encuentran integrados en un único chip llamado microprocesador. Las funciones principales de la UCP de un ordenador son:
  • Ejecutar las instrucciones de los programas almacenados en la memoria del sistema.
  • Controlar la transferencia entre la UCP y la memoria o las unidades de E/S
  • Responder a las peticiones de servicio procedente de los periféricos.
Todo programa tiene como objetivo realizar diferentes funciones o aplicaciones, solo limitadas por la capacidad e imaginación del programador.
Para que un programa sea ejecutado el mismo se debe hallar en determinadas posiciones de memoria y escrito en un lenguaje que la UCP pueda entender. La UCP lo único que comprende es lenguaje binario.
La UCP lee en forma ordenada la lista de instrucciones, luego las interpreta, y posteriormente controla su ejecución de cada una de ellas. Las ejecuciones se realizan en forma consecutiva una tras otra.
Para ejecutar cada instrucción la UCP realiza la siguiente serie de pasos:
  • Lee de la memoria la instrucción que hay que ejecutar y la guarda en un registro interior de la UCP.
  • Identifica la instrucción que acaba de leer
  • Comprueba si la instrucción necesita utilizar nuevos de memoria, si fuera así, determina donde debe ir a buscarlos.
  • Busca los datos en la memoria y los trae en UCP.
  • Ejecuta la instrucción propiamente dicha.
  • El resultado de la misma puede ser que se almacene o invoque la necesidad de tener que comunicarse con la memoria o con otro elemento externo a la propia UCP.
  • Vuelve al primer paso para empezar una nueva instrucción.
La anterior es una lista simplificada de los pasos que ejecuta el microprocesador.
La ejecución de cada instrucción implica el movimiento de datos, como estos pasos deben ser se deben realizar en forma secuencial y ordenada, para lo cual la UCP siguen las señales dadas por un reloj. El reloj es un elemento simple pero de gran importancia como se verá luego. Para una mejor compresión del funcionamiento de la UCP, la misma se puede dividir en dos unidades la unidad de control y la unidad aritmético-lógica.

Unidad de control (UC)

La unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controla y gobiernan todas las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de la instrucción). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:
  • Registro de contador de programas (CP)
  • Registro de Instrucciones (RI)
  • Decodificador (D)
  • Reloj (R)
  • Generador de Señales o Secuenciador (S)
Registro de contador de programas (CP).También denominado registro de control de Secuencia (RCS), contiene permanentemente la dirección de memoria de la próxima instrucción a ejecutar. Si la instrucción que se está ejecutando en un instante determinado es de salto o de ruptura de secuencia, el RCS tomará la dirección de la instrucción que se tenga que ejecutar a continuación; esta dirección la extraerá de la propia instrucción en curso.
Como ya se dijo el primer paso para la ejecución de una instrucción, consiste en ir a buscarla en memoria, el CP indica cual es la dirección de memoria donde se halla esa instrucción. Una vez obtenida y antes de continuar con los siguientes pasos una señal de control incrementa el CP en una unidad, por lo cual los programas deben estar escritos (cargados) en posiciones consecutivas de memoria. El CP pasa la dirección al Registro de Direcciones
Registro de Direcciones (RD). Contiene la dirección de memoria donde se encuentra la próxima instrucción y esta comunicado con el Bus de Direcciones. El tamaño de este registro determina el tamaño de la memoria que puede direccionar.( Si es de 32 bits se puede direccionar 232=4.294.967296 (4 GB posiciones de memoria). Con la dirección de memoria, se transfiere a través el Bus de Datos desde la memoria central al Registro de Datos en la UC la instrucción correspondiente. Esta transferencia se realiza mediante señales de control. Una vez que la instrucción se encuentra en la UCP, el código de la instrucción pasa al registro de instrucciones.
Registro de Instrucciones (RI).Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (CO), acción de que se trata, y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos. Pasa el CO al decodificador.
Decodificador (D). Se encarga de extraer y analizar el código de operación de la instrucción en curso (que está en el RI) y dar las señales necesarias al resto de los elementos para su ejecución por medio del Generador de Señales.
Generador de Señales(GS). En este dispositivo se generan órdenes muy elementales (microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos del reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI.
Reloj (R). Proporcionar una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción.

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Unidad aritmético–lógica (UAL)

Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (generalmente sumas o restas) y de tipo lógico (generalmente comparaciones). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:
  • Banco de registros (BR). Está constituido por 8, 16 ó 32 registros de tipo general que sirven para situar dates antes de cada operación, para almacenar datos intermedios en las operaciones y para operaciones internas del procesador.
  • Circuitos operadores (CIROP). Compuesto de uno o varios circuitos electrónicos que realizan operaciones elementales aritméticas y lógicas (sumador, complementador, desplazador, etc).
  • Registro de resultado (RR). Se trata de un registro especial, en el que se depositan los resultados que producen los circuitos operadores.
  • Señalizadores de estado (SE). Registro con un conjunto de biestables en los que se deja constancia de algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada.
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La memoria central (MC)

Es la parte de la unidad central de proceso de una computadora donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para que un determinado proceso pueda ser realizado.
La memoria central está constituida por una multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora esté conectada, la información necesaria.
Por otra parte, es una memoria de acceso directo, es decir, puede accederse a una de sus celdas conociendo su posición. Para esta memoria el tiempo de acceso es más corto que para Las memorias auxiliares, por tanto, los datos que manejan los procesos deben residir en ella en el momento de su ejecución.
Es importante no confundir los términos celda o posición de memoria con el de palabra de computadora, ya que esta última es el conjunto de posiciones de memoria que pueden introducirse o extraerse de la memoria de una solo vez (simultáneamente).
La memoria central tiene asociados dos registros para la realización de operaciones de lectura o escritura, y un dispositivo encargado de seleccionar una celda de memoria en coda operación de acceso sobre la misma:
  • Registro de dirección de memoria (RDM). Contiene la dirección de memoria donde se encuentran o va a ser almacenada la información (instrucción o dato), tanto si se trata de una lectura como de una escritura de o en memoria central, respectivamente.
  • Registro de intercambio de memoria (RIM). Si se trata de una operación de lectura, el RIM es quien recibe el dato de la memoria señalado por el RDM, para su posterior envío a uno de Los registros de la UAL. Si se trata de una operación de escritura, la información a grabar tiene que ester en el RIM, para que desde él se transfiera a la posición de memoria indicada por el RDM.
  • Selector de memoria (SM). Es el dispositivo que, tras una orden de lectura o escritura, conecta la celda de memoria cuya dirección figure en el RDM con el RIM, posibilitando la transferencia de Los dates en un sentido o en otro.
La memoria central suele ser direccionable por octeto o byte; por tanto, una celda o posición de memoria contiene 8 bits. Una de Las características fundamentales de una computadora es su capacidad de memoria interna (memoria central), la cual se mide en un múltiplo del byte denominado Kilobyte, Kbyte, Kb o simplemente K, y que equivale a 1 024 bytes (1 024 = 2'°). Otro múltiplo utilizado ampliamente en Los últimos tiempos es el Megabyte o simplemente Mega, que equivale a 1 024 * 1 024 Bytes; es decir, a1 048 576 bytes.
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REFERENCIA. http://www.todo-programacion.com.ar/archives/2005/04/la_unidad_centr.html

POSTEO ANA LUCIA VANEGAS MARTINEZ