Para qué sirven los registros internos de la CPU

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Tema 2

2.1. Historia de los ordenadores.

Un ordenador es una maquina destinada a procesar información, que transforma una información de entrada en una información de salida para resolver un problema determinado.

  1. La era mecánica de los ordenadores.

Se podría llamar la generación 0, estaban las maquinas mecánicas de calcular, una evolución de ellas son las máquinas registradoras.

Las máquinas de Pascal y Leibniz podrían considerarse las percusoras de las actuales calculadoras de mesa. Charles Babbage ideo una nueva máquina, la maquina analítica en la que establece el principio de funcionamiento de un ordenador electrónico, esta máquina incorporaba los siguientes conceptos:

  • Dispositivos de entrada: se le facilitan a la maquina las instrucciones necesarias para las operaciones.
  • Memoria: para almacenar los datos introducidos y los resultados de las operaciones intermedias.
  • Unidad de control: para vigilar la ejecución de las operaciones según la secuencia adecuada.
  • Unidad aritmético-lógica: encargada de efectuar las operaciones para las que ha sido programada la máquina.
  • Dispositivos de salida: para transmitir al exterior los resultados de los cálculos realizados.
  • La era electrónica de los ordenadores.

Los ordenadores basados en elementos mecánicos planteaban ciertos problemas:

  • La velocidad de trabajo estaba limitada a la velocidad de los componentes móviles.
  • La transmisión de la información por medios mecánicos es poco fiable y difícilmente manejable.
  • Generación de los ordenadores.

Primera generación (1945 – 1955).

Utilizaban válvulas de vacío, maquinas grandes y pesadas, alto consumo de energía, Muy lentas, no existía sistema operativo, lenguaje de programación (lenguaje maquina), operaciones: cálculos matemáticos (ENIAC), almacena información en tarjetas perforadas.

Segunda generación (1955 – 1964).

Utilizaban transistores, maquinas más pequeñas, menos consumo de energía, ganaron potencia, rapidez y fiabilidad, lenguaje de programación (lenguaje de alto nivel), se utilizaban memorias de núcleo de ferrita, tambores magnéticos y cintas magnéticas para almacenar la información, la actividad se reparte entre dos ordenadores, uno principal que se encarga del cálculo y otro auxiliar que se encarga de la entrada y salida de datos.

Tercera generación (1964 – 1974).

Aparición de los circuitos integrados, se reduce tamaño, consumo de energía, más baratos y rápidos, evolución considerable de software SO incluyen (multiprogramación, tiempo real y memoria virtual), evolución de unidades de almacenamiento (discos magnéticos, memorias de semiconductores).

Cuarta generación (1974 – 1983).

Aparición de los microprocesadores, ordenadores personales, disco flexible o disquete, redes de ordenadores, sistema operativo DOS.

Quinta generación (desde 1983).

Esta generación está marcada por la inteligencia artificial (se crean sistemas que pueden aprender con la experiencia), utilizan circuitos integrados, memoria cache de varios niveles, trabajan a gran velocidad, tamaño muy reducido, muy bajo consumo de energía, gran capacidad de almacenamiento, multiprocesador (computadores con varios procesadores trabajando el paralelo).

2.2. Arquitectura de Von Neumann.

A) Unidad central de proceso (CPU).

Es el auténtico cerebro del ordenador, controla y gobierna todo el sistema, la CPU o UCP consiste en un circuito integrado que interpreta y ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en memoria, es el componente del ordenador que se ocupa del control y el proceso de datos. La CPU está formada por:

  • Unidad de control: interpreta las instrucciones y envía señales a cada elemento del ordenador para decir cuál es el que debe de ponerse en funcionamiento. Lo hace a través del bus de control.
  • Unidad aritmético-lógica: realiza todas las operaciones aritméticas y lógicas. Contienen registros para almacenar los datos intermedios necesarios para su funcionamiento, es decir, memorias muy pequeñas a las que se puede acceder muy rápidamente.
  • Los registros: se almacena información temporal que constituye al almacenamiento interno de la CPU.

Los buses son los caminos  a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan entre distintas unidades del ordenador.

B) Los registros internos del microprocesador.

Son celdas de memoria de alta velocidad que se encuentran en el interior del procesador y que permiten almacenar datos temporalmente mientras se efectúa alguna operación, constituyen la memoria interna del procesador, están formados por un conjunto de bits, cuanto mayor sea el tamaño de registro, más potente será el procesador.

cRm2JQgMBMR0kaQE8VgkyCBQAoefT29v6WlJQ8DTRegistros visibles al usuario.

Son aquellos que pueden ser referenciados por lenguaje ensamblador, con el fin de optimizar el uso de los recursos. Hay tres tipos:

  • Registros de dirección: contienen las direcciones de memoria donde se encuentran los datos.
  • Registros de datos: se usan para contener datos, esto hace que aumente la velocidad de proceso.
  • Registros de condición: son bits fijados mediante el hardware, indican si una operación devuelve un resultado positivo, negativo o nulo.

Pz8X4GukWAAWQWykhAAGvwZqEGBQUBAYOH06dPxKRegistros de control y de estado.

Son los que intervienen en la ejecución de las instrucciones. Tipos:

  • Contador de programa (CP): contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar, su valor es actualizado por la CPU después de capturar una instrucción.
  • Registro de instrucción (RI): contiene el código de instrucción actual. Aquí se analiza el código de operación.
  • Registro de dirección de memoria (RDM): contiene la dirección de una posición de memoria, donde se encuentra o va a ser almacenada la información; este intercambio se realiza a través del bus de direcciones.
  • Registro de intercambio de memoria (RIM): recibe o envía la información o el dato contenido en la posición apuntada por el RDM; el intercambio de datos con la memoria se realiza a través del bus de datos.
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