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Estructura de la CPU CPU - Coggle Diagram

- - - - Incluye registros visibles para el usuario y registros de control / estado. Los
        primeros pueden referenciarse, implícita o explícitamente, en las instrucciones de máquina
- - - - Sus principales componenentes son:
        
        Circuito Combinacional: se encarga de realizar propiamente las operaciones con los datos
        
        Registros Op1 y Op2 (genéricos):
        
        Almacenan los operandos de entrada al circuito combinacional. El Op1 posee una orden de escritura que sirve para escribir en él lo que venga en el bus de datos. Por otro lado, el Op2 posee dos órdenes de escritura: una para escribir en él el bus de datos y la otra para realizar la transferencia desde el registro
        acumulador para continuar la operación.
        
        Registro Acumulador:
        
        Sirve para almacenar los resultados de la ALU. Puede volcar su contenido sobre el bus de datos o sobre el Op2. Generalmente, se utiliza el registro AX como acumulador por defecto.
        
        Registro de Estado (flags):
        
        Es un registro de 16 bits que se utiliza para indicar el estado actual del resultado del procesamiento con los datos. Se conoce también como PSW ( Program Status Word ), y contiene “códigos de condición”: bits fijados por el hardware para verificar el resultado de una operación.
  - - - Sus componentes principales son los siguientes:
        
        Registro Puntero de Instrucciones - IP / Contador de Programa - PC: Contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. La ejecución de los programas se realiza, primordialmente, en orden secuencial
        
        Registro de Dirección de Memoria - MAR: Almacena las direcciones de memoria en las que
        se van a leer o escribir datos o instrucciones. Utiliza el bus de direcciones para este fin.
        
        Registro de Datos de Memoria – MDR / MBR: Almacena temporalmente los datos e instrucciones que se intercambian con la memoria en la operación de lectura / escritura. Utiliza el bus de datos para sus propósitos.
        
        Registro de Instrucción – IR:
        
        Se encarga de almacenar la instrucción en curso, procedente de la memoria principal. Este registro suele dividirse en campos que contienen bits variables según la arquitectura.
        
        Estructura del registro de Instrucción
        
        CO - Código de Operación: El valor de sus bits indica al conjunto ( decodificador –
        controlador ) de qué instrucción se trata. ( suma, resta, multiplicación, etc. )
        
        MD – Modo de Direccionamiento: Indica el modo de acceso a la memoria para buscar el
        dato o dirección necesarios para la ejecución determinada
        
        CDE – Campo de Dirección Efectiva: Contiene la información necesaria para que, junto
        con el MD, se pueda acceder al dato o dirección requerida por la instrucción.
        
        Decodificador: Es un circuito combinacional que toma como entrada los campos “CO + MD” del registro de instrucción y activa un conjunto de salidas conectadas al controlador, simplificando el trabajo de éste
        
        Controlador; Es el verdadero “centro de operaciones” de la CPU. Para realizar su trabajo
        requiere entradas del decodificador del reloj del sistema que sincroniza sus operaciones y del
        registro de estado de la ALU. Sus salidas, denominadas “microórdenes” son las que utiliza la
        ALU para realizar efectivamente las operaciones.
  - - - Registro AX: este registro es el acumulador principal y es utilizado para operaciones que
        implican entrada/salida y la mayor parte de la aritmética.
      - Registro BX: es conocido como registro base ya que es el único registro de propósito general que puede ser un índice para direccionamiento indexado. También se utiliza para cálculos generales.
      - Registro CX: se conoce como el registro contador. Puede tener un valor para controlar el
        número de veces que un ciclo se repite o un valor para corrimiento de bits.
      - Registro DX: es conocido como el registro de datos. Algunas operaciones de entrada/salida
        requieren su uso, al igual que las operaciones aritméticas con cifras grandes.
      - Segmentos
        
        Son los registros que permiten el acceso a los códigos de operación, a los datos, al área de la pila y a otra área extra de memoria asignada. Son llamados comúnmente CS (segmento de código), DS (segmento de datos), SS (segmento de pila), ES (segmento Extra).
        
        Registro CS: El DOS almacena la dirección inicial del segmento de código de un programa en el registro CS. Esta dirección de segmento más un valor de desplazamiento en el registro apuntador de instrucción (IP) o también conocido como (PC), indica la dirección de la instrucción que es buscada para su ejecución. Para efectos de programación, no se requiere referenciar a este registro.
        
        Registro DS: La dirección inicial de un segmento de datos de programa es almacenada en el registro DS. Esta dirección más un valor de desplazamiento en la instrucción, genera una referencia a la localidad de un byte específico en el segmento de datos. Si los datos son caracteres, el registro índice SI está asociado con el DS.
        
        Registro SS: Este registro permite la colocación en memoria de una pila ( stack ), para almacenar temporalmente direcciones y datos. El DOS almacena la dirección de inicio del segmento de pila de un programa en el registro SS. Esta dirección, más un valor de desplazamiento en el registro del apuntador de pila ( SP ), indica la palabra actual de dato que está siendo procesada. Otro apuntador de pila ( BP ), facilita la referencia de parámetros, los cuales pueden ser datos o direcciones transmitidas vía pila. En
        programación, no se necesita referenciar al registro SS.
        
        Registro ES: Algunas operaciones con cadenas de caracteres utilizan un registro extra para direccionar a memoria. En este sentido el registro ES está asociado con un registro índice DI para direccionamiento.
      - Dirección ( punteros e índices)
        
        Registros índice: Se usan para direccionamiento indexado, y pueden ser autoindexados. Registros Indices son el SI ( fuente ) y DI ( destino ): están disponibles para direccionamiento
        indexado, sumas, restas y son requeridos para operaciones con cadenas de caracteres.
        
        Punteros de pila: Si existe direccionamiento a pila visible al usuario, la pila está normalmente
        en memoria, y hay un registro dedicado que apunta a la cabecera de ésta.
        Registros Apuntadores o punteros de pila son: SP ( pila ) y BP ( base ): permiten al procesador
        acceder datos en el segmento de pila ( SS ).
  - - - Bus de control: Se utiliza para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones, ya que son compartidas entre todas los componentes del computador. Transmite tanto órdenes como señales de temporización entre los módulos del sistema, las cuales indican la validez de los datos y las direcciones.
        
        Lectura de memoria: Hace que el dato de la posición direccionada se sitúe en el bus.
        
        Petición de interrupción: Indica si hay una interrupción pendiente
        
        Reloj: Se utiliza para sincronizar operaciones
        
        Petición de bus: Indica que un módulo requiere del control del bus.
        
        Escritura en memoria: Para escribir el dato en la posición direccionada.
      - Bus de datos: Proporcionan un camino para escribir datos entre los módulos del sistema. Generalmente consta de 8, 16 o 32 y más líneas distintas, cuyo número se conoce como anchura del bus de datos. El número de líneas determina cuántos bits se puede transferir al mismo tiempo.
      - Bus de direcciones: Las líneas de dirección se utilizan para designar la fuente o el destino del dato situado en el bus de datos. Si el procesador desea leer una palabra de datos de la memoria, entonces se sitúa la dirección de la palabra deseada en las líneas o en el bus de dirección.