DISEÑO DEL PROCESADORPROCESADOR

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� La CPU se puede descomponer en los dos bloques siguientes:◦ Unidad de control del procesadorUnidad de control del procesadorUnidad de control del procesadorUnidad de control del procesador◦ Unidad de procesamientoUnidad de procesamientoUnidad de procesamientoUnidad de procesamiento

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� Dirige la ejecución del programa.

� Su diseño similar a lo visto para el multiplicador binario. Diferencia es que ahora hay muchas más líneas de control y las operaciones realizadas son más complicadas.

� Tiene en cuenta el estado presente para controlar su evolución y tomar decisiones con respecto a las nuevas operaciones que serán iniciadas.

� Se puede descomponer en tres bloques:◦ Registro de memorización de estado presente.◦ Registro de memorización de estado presente.◦ Bloque de cálculo del próximo estado.◦ Bloque de cálculo de las salidas.

� Realizaciones posibles:◦ Lógica cableada � técnicas clásicas de diseño de circuitos secuenciales. Circuitos rápidos,

complejos y costosos. Desventaja que cualquier modificación implica un nuevo diseño partiendo de cero.

◦ Realización microprogramada � Bloque de cálculo de las señales de salida y parte del bloque de cálculo del próximo estado se sustituyen por una memoria que almacena el estado de las señales de control en cada periodo de cada instrucción.

� El registro de estado presente se convierte en un registro de dirección para esa memoria.

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� Realiza todas las operaciones necesarias para ejecutar una instrucción.

� Puede ser descrita mediante una lista de todas sus microoperaciones.

� Las microoperaciones se pueden clasificar en dos grupos:

� De transferencia � transfiere información de un almacenamiento fuente a un almacenamiento de destino.

� De proceso � Opera con unos operandos y el resultado lo deja en el almacenamiento de destino indicado.

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� Cada instrucción lleva a cabo una parte elemental del procesamiento.

� Instrucciones se interpretan en la unidad de control y se ejecutan en la unidad de procesamiento.

� Cada CPU tiene su propio formato de instrucciones.

� InstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucción � se puede ver como una cadena de bits que se agrupan en campos con tamaños diferentes:

� InstrucciónInstrucciónInstrucciónInstrucción � se puede ver como una cadena de bits que se agrupan en campos con tamaños diferentes:◦ Longitud de los distintos campos no es igual para todas las instrucciones.◦ No todos los campos tienen que estar presentes en todas las instrucciones.◦ Las distintas instrucciones podrán por tanto tener distintas longitudes.

� Campo código operación

� Campo de dirección

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� Pueden tener dos campos más:� Tipo de instrucción

� De transferencia de datos.� Aritméticas, lógicas y de comparación.� De desplazamiento.� De transferencia de control.� De gobierno.

� Modo � indica la forma de obtener la dirección efectiva de los datos.

� Modo � indica la forma de obtener la dirección efectiva de los datos.

� Uno de los elementos esenciales es el número de campos de dirección que posee la instrucción.

� Objetivo importante � conseguir que el número de accesos a memoria que necesitan los programas sea mínimo.

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� Incluye tres direcciones de memoria. Requiere un número elevado de bits para codificarla.

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� Resultado se posiciona en el lugar que ocupaba uno de los operandos.

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� Procesador dedica un registro específico a la función de servir como operando destino

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� Los datos se guardan en la pila.

� Las microoperaciones se realizan con los datos colocados en la cima de la pila o en el nivel inmediatamente inferior (si es una operación que necesita dos operandos).

� El resultado se guarda en la cima de la pila.

� En este caso las instrucciones solo necesitarán un acceso a memoria.

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� Extensión del concepto de procesador con acumulador.

� En vez de un único registro acumulador, un banco de registros para almacenar resultados.

� En las instrucciones será necesario un campo adicional para referenciar los registros.

� En las instrucciones será necesario un campo adicional para referenciar los registros.

� Ventajas:� Registros más rápidos que memoria.� Se reduce las necesidades de espacio en memoria de los

programas.� Se reduce el número de accesos a memoria.

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� Repertorio de instrucciones mucho menor.

� Programas más largos y en principio más lentos de ejecución, pero se simplifica el diseño del procesador.

� Arquitectura carga/almacenamiento � accesos a memoria para cargar o escribir datos.

� Instrucciones regulares � todas tienen la misma longitud.

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� Interpretación de los campos de dirección de la instrucción viene determinado por el modo de direccionamiento � Obtendremos así la dirección efectiva.

� Una instrucción puede tener más de un campo � Una instrucción puede tener más de un campo de dirección, y cada dirección podrá tener su propio modo de direccionamiento.

� Ventajas de los modos de direccionamiento:� Reducción del tamaño de palabra de la instrucción.� Aumento de la flexibilidad en la programación.

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� El propio código de operación especifica de forma implícita la posición del operando o del resultado. (característico de procesadores con pila).

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� El campo de dirección contiene el propio operando en lugar de una dirección.

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� El campo de dirección contiene la dirección de una posición de memoria o la dirección de un registro.

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� El campo de dirección se denomina desplazamiento y se suma al contenido de un registro que se especifica en la instrucción.

� Ventaja de que da un campo de dirección más pequeño.pequeño.

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� El campo de dirección especifica una dirección de memoria o registro que contiene la dirección en la que realmente está el operando buscado.

� Ventaja en este caso que el direccionamiento no está limitado por el tamaño del campo de dirección.

� Desventaja que son necesarios dos accesos para acceder al � Desventaja que son necesarios dos accesos para acceder al operando.

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� Para acceder a datos que están almacenados en arrays o tablas.

� Campo de dirección especifica la dirección de comienzo y se le suma al valor de un registro índice para obtener la dirección efectiva.

� El índice se puede incrementar o decrementar para acceder al siguiente elemento.siguiente elemento.

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