Componentes de la CPU (Microprocesador)

Se puede decir que la Cpu es el cerebro de la computadora. Allí es donde se procesa toda la información. 

Uno de los componentes mas importantes de la unidad central de proceso (microprocesador) son los registros:

Registros

No es usual operar los procesadores directamente sobre la memoria principal. Tomar los datos por operar directamente de la memoria principal sería lo ideal, pero técnicamente resulta costoso y más lento. Es mucho mas conveniente que los operandos sobre los cuales va a actuar el procesador sean traspasados previamente a pequeñas memorias auxiliares fijas y ultra rápidas. Estas memorias de altísima velocidad, destinadas a memorizar los datos esenciales de cada instante del proceso, se llaman registros, situados dentro del propio procesador. El tamaño de los registros suele ser el mismo que el del bus de datos. En cada procesador concreto habrá un número determinado de ellos, según los usos específicos que se tengan previstos, usos que pueden ser, por ejemplo, los siguientes:

• Instrucción que se esté ejecutando
• Primer operando de la instrucción que se esté ejecutando
• Segundo operando de la instrucción que se esté ejecutando
• Resultado de la operación
• Información que será utilizada para calcular la dirección de memoria a la que se quiere acceder
• Información sobre la situación en la que ha quedado la Cpu después de la ejecución de una instrucción (por ejemplo: resultado de la última comparación efectuada)
• Información que permita controlar el funcionamiento de la Cpu
• Dirección de la siguiente instrucción por ejecutar (es una dirección de memoria)

Los registros constituyen el anexo entre la Cpu y la memoria. Los operandos sobre los cuales se aplica una instrucción deberán ser transportados previamente a los correspondientes registros desde la memoria principal, y el resultado obtenido en el registro de resultado deberá transportarse a la ubicación deseada de la memoria principal.

Unidad de control

La unidad de control dirige todas las actividades del computador. Actúa como el corazón del sistema, enviando impulsos eléctricos (señales de control) para secuenciar (poner en orden) y sincronizar (marcar el tiempo) el funcionamiento de los restantes componentes.

Reloj

El microprocesador está conectado a un oscilador que genera impulsos (señales eléctricas) igualmente espaciados en el tiempo (en intervalos constantes) y que se conoce como reloj. Estos impulsos forman una señal que permite regular los instantes exactos en los que debe comenzar y finalizar el trabajo de un componente. Esta será emitida por el reloj a determinada frecuencia base.
La frecuencia se mide en Mega-hercios (MHz o millones de ciclos por segundos).

El microprocesador recibe dicha señal y la divide para obtener otra señal con la frecuencia a la cual el microprocesador es capaz de trabajar. Esta nueva señal marca el ritmo con el cual se ejecutan todas las tareas; por ejemplo, el 8.088 funciona a 4,77 MHz, que es un tercio de la frecuencia base del reloj que usa, que es de 14,31818 MHz. Los mas modernos microprocesadores alcanzan velocidades de cientos de MHz (500 MHz alcanza el Pentium III, es decir, 500x106 Hz, lo que significa que el reloj genera 500 millones de pulsos por segundo, lo que suponiendo que cada instrucción por realizar necesitara un ciclo de reloj permitiría ejecutar 500 millones de instrucciones por segundo).

Decodificador

Otro componente de la Unidad Central de Procesos es el decodificador, que tiene como misión recibir el código de la operación por realizar y traducirla (decodificarla) en el conjunto de señales de control necesarias para llevarla a cabo. En los modernos microprocesadores, el funcionamiento del decodificador se basa en la lógica micro-programada. La interpretación de un código de instrucción se traduce en le ejecución de un micro-programa que define los pasos elementales por realizar para ejecutar la instrucción deseada. El micro-programa está almacenado en una zona de memoria denominada memoria de control.

Registro de la unidad central

Hay que señalar la presencia, dentro de la unidad central, de varios registros. Aunque su número y su misión pueden variar en gran medida entre diferentes microprocesadores, de alguna manera siempre deben existir por lo menos dos: el registro Contador de Programa, el registro de instrucciones.
El primero de ellos, también conocido como PC (Programa Center) o IP (Instruction Pointer) almacena la dirección de la próxima instrucción por ejecutar; el segundo, también conocido como IR (Instruction Register), almacena el código de la operación que está siendo ejecutada en un momento dado. Por cada instrucción del programa que está siendo ejecutada por el sistema, la unidad central recorre una serie de etapas que se dividen en dos fases:

• Fase de búsqueda e interpretación: El objetivo de esta frase es obtener el código de la siguiente instrucción por ejecutar y que se encuentra almacenada en la memoria principal. Los pasos, a grandes rasgos, son: 

1. Recobrar la instrucción de la memoria del computador: La instrucción por recobrar se encuentra en la dirección señalada por el registro IP. El código de la instrucción leída para al RI, donde será decodificada.
2. Interpretar el código de la instrucción: La instrucción que, después de obtenida, se guarda en el IR, pasa a través del decodificador, el cual genera las señales de control asociadas al código de la instrucción. Se incrementa el IP en uno y así se apunta a la siguiente instrucción por ejecutar.

• Fase de ejecución propiamente dicha: Durante el ciclo de ejecución, la instrucción interpretada es ejecutada mediante el envío a cada componente de las señales de control generadas. Los pasos son:

1. Se obtienen los datos implicados en la instrucción si es necesario
2. Se ejecuta la instrucción

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