Instituto Tecnologico Superior del Occidente del Estado de Hidalgo-ITSOEH
Estructura y funcion amiento de la CPU
Integrantes:Adolfo Oliver Cruz Mendoza Luis Angel García
EMPEZAR
INTRODUCCIÓN
CPU por sus siglas en inglés (Central Proccessing Unit), cumple la función principal de procesar los datos y transferirlos a otros elementos del computador; estas tareas se llevan a cabo mediante la ejecución de instrucciones.
OBJETIVO
Conocer y reconocer la forma en que esta organizado el componente principal de un computador para determinar lo siguientes puntos como su funcionamiento, que es e importancia y relacion con otro componente de un equipo.
ORGANIZACIÓN DEL PROCESADOR
La función principal de un procesador es ejecutar instrucciones y la organización que tiene viene condicionada por: 1) Las tareas qué debe realizar. 2) Cómo debe hacerlo. Los procesadores están diseñados y operan según una señal de sincronización."Señal de reloj"
Para ejecutar una instrucción son necesarios 1 o más ciclos de reloj, dependiendo del tipo de instrucción y de los operandos que tenga. Las prestaciones del procesador no las determina solo la fecuencia del reloj, sino otras características como son: 1) El juego de instrucciones. 2) La capacidad que tiene para ejecutar simultáneamente múltiples instrucciones.
Para ejecutar una instrucción son necesarios 1 o más ciclos de reloj, dependiendo del tipo de instrucción y de los operandos que tenga. Las prestaciones del procesador no las determina solo la fecuencia del reloj, sino otras características como son: 1) El juego de instrucciones. 2) La capacidad que tiene para ejecutar simultáneamente múltiples instrucciones.
Todo procesador dispone de 3 componentes principales:1) Conjunto de registros.2) Unidad Aritmética y Lógica o ALU. 3) Unidad de Control.
La organización básica de los elementos que componen un procesador y el flujo de información entre los diferentes elementos se ve en el esquema siguiente:
El término procesador actualmente se puede entender como microprocesador
porque todas las unidades funcionales que lo forman se encuentran dentro de un chip, pero hay que tener presente que, por el aumento de la capacidad del nivel de integración, dentro de los microprocesadores se pueden encontrar otras unidades funcionales del computador. Por ejemplo:
• Unidad de ejecución SIMD: Especializada en la ejecución de instrucciones SIMD (single instruction, multiple data), aquellas que trabajan con estructuras de datos vectoriales, por ejemplo instrucciones multimedia.• Memoria caché: Prácticamente todos los procesadores modernos incorporan dentro del propio chip del procesador algunos niveles de memoria caché. • Unidad de Gestión de Memoria (MMU): Gestiona el espacio de direcciones virtuales, traduciendo las direcciones de memoria virtual a direcciones de memoria física en tiempo de ejecución. Esta traducción permite proteger el espacio de direcciones de un programa y separar el espacio de memoria del sistema operativo del espacio de memoria de los programas de usuario. • Unidad de punto flotante (FPU): Especializada en hacer operaciones en punto flotante; puede funcionar de manera autónoma, ya que dispone de un conjunto de registros propio.
Cache
Unidad Aritmética-Lógica (ALU)
1) Recibe los datos sobre los que efectúa operaciones de cálculo y comparaciones. 2) Toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es correcta o falsa mediante reglas del algebra de Boole). 3) Devuelve luego el resultado. Todo ello bajo supervisión de la unidad de control.
UNIDAD DE CONTROL
1) Le indica al resto del sistema como llevar a cabo las instrucciones de un programa. 2) Comanda las señales electrónicas entre la memoria y la unidad aritmético-lógica, y entre el CPU y los dispositivos de entrada y salida. Para ejecutar cualquier programa, cada comando del mismo se desglosa en instrucciones.
REGISTROS
Elementos de memoria de acceso rápido que se encuentran dentro del procesador. Constituyen un espacio de trabajo para el procesador y se utilizan como almacenamiento temporal. Se implementan utilizando elementos de memoria RAM estática y son imprescindibles para ejecutar las instrucciones, porque la ALU solo trabaja con los registros internos del procesador.
BANCO (SET/CONJUNTO) DE REGISTROS
Serie de posiciones especiales de
memoria, ubicadas físicamente dentro de la propia CPU, que permiten un acceso a operandos y lugares de almacenamiento de resultados mucho más
veloz que si estuvieran en el sistema de memoria normal. Algunos de estos registros son de uso interno de la propia CPU y otros son accesibles y utilizables por el programador.
El conjunto de registros y la organización que tienen cambia de un procesador a otro; los procesadores difieren en el número, tipo y tamaño de cada registro. Una parte de los registros puede ser visibles para el programador de aplicaciones, otra parte solo para instrucciones privilegiadas y otra solo se utiliza en el funcionamiento interno del procesador.
Registros de direcciones, contienen direcciones en la memoria principal de datos y pueden ser de propósito general o estar a un modo específico de direccionamiento.
Códigos de condición, también conocidos como indicadores o flags. Los códigos de condición, son bits activados por el procesador como resultado de determinadas operaciones
REGISTROS DE CONTROL Y DE ESTADO
Se utilizan para controlar las operaciones del procesador, la mayor parte no son visibles al usuario y algunos pueden ser accesibles a las instrucciones de máquina ejecutadas en un modo de control. Los registros utilizados son los siguientes:Registro de direcciones de memoria (MAR), el cual contiene la dirección en dónde se efectuará la próxima lectura o escritura de datos. El número de direcciones depende del tamaño de la MAR.
Registro de datos de memoria (MBR), contiene los datos que van a ser escritos en la memoria o los que fueron leídos en ella. Registro de direcciones de entrada y salida (I/O AR), especifica al dispositivo ya sea de entrada o salida. Registro de datos de entrada y salida (I/O BR), área temporal en dónde se lleva a cabo el intercambio de datos entre el procesador y el dispositivo de entrada y salida. Registro de instrucciones (IR), contiene la dirección de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.
Cache
- Importancia: La caché es una memoria más rápida que almacena datos e instrucciones comunes, lo que acelera el acceso a la memoria principal y mejora el rendimiento general del CPU. - Qué es: La caché es una memoria de acceso rápido que guarda datos e instrucciones que se utilizan con frecuencia. - Funcionamiento: Cuando el CPU necesita datos, primero verifica si están en la caché. Si se encuentran, se pueden acceder más rápido que si se tuviera que acceder a la memoria principal. - Relación con otros componentes: La caché está integrada en el flujo de acceso a la memoria y ayuda a reducir la latencia al proporcionar datos comunes de manera más rápida a la CPU. La unidad de control y la unidad de dirección de memoria pueden coordinar el acceso a la caché según sea necesario.
CONCLUSIÓN
Conocer los componentes de un procesador, así como su organización, la estructura de sus registros y el ciclo de las intrucciones que se emplea, nos permite tener un acercamiento con los equipos e interpretar la manera en que funcionan los equipos de cómputo y así poder generar una arquitectura con ciertas características.
BIBLIOGRAFÍA
- Mano, M. M. (1994). Arquitectura de computadoras. Pearson Educación.
UNO
- .Parhami, B., & Mena, A. V. (2007). Arquitectura de computadoras: de los microprocesadores a las supercomputadoras. McGraw-Hill.
DOS
- Pérez, C., Facchini, H., & Argüello, D. M. (2005). Arquitectura de computadoras. Editorial Mc-Graw Hill 2a Edición, México.
TRES
- Quiroga, P. (2010). Arquitectura de computadoras (Vol. 1). Alfaomega.
CUATRO
1.-Importancia de la RAM: La RAM es esencial para el rendimiento de una computadora, la cantidad como la velocidad de la RAM influyen en la capacidad de respuesta de la computadora.
- Facilita la ejecución simultánea de múltiples aplicaciones y tareas complejas. 2.¿Qué es la RAM? La RAM es una memoria volátil que almacena datos activos durante el funcionamiento de la computadora.
- Los datos en la RAM se acceden aleatoriamente y se borran al apagar la computadora. 3. Funcionamiento de la RAM:Los programas y archivos se cargan en la RAM al encender la computadora. La CPU accede constantemente a la RAM para leer y escribir datos, y más RAM permite mantener más datos en memoria.
- La velocidad de la RAM influye en el rendimiento, ya que afecta la velocidad de acceso a los datos. 4.Relación con otros componentes:La CPU trabaja en conjunto con la RAM para ejecutar programas y realizar cálculos.
- La RAM actúa como un búfer entre el almacenamiento y la CPU, acelerando el acceso a los datos.
- El sistema operativo administra la RAM y asigna espacio a programas, además de utilizarla para almacenar datos temporales.
- Las aplicaciones se cargan en la RAM, y más RAM permite ejecutar más programas simultáneamente sin ralentizar la computadora.
CACHÈ
Importancia: La caché es una memoria más rápida que almacena datos e instrucciones comunes, lo que acelera el acceso a la memoria principal y mejora el rendimiento general del CPU. Qué es: La caché es una memoria de acceso rápido que guarda datos e instrucciones que se utilizan con frecuencia. Funcionamiento: Cuando el CPU necesita datos, primero verifica si están en la caché. Si se encuentran, se pueden acceder más rápido que si se tuviera que acceder a la memoria principal. Relación con otros componentes: La caché está integrada en el flujo de acceso a la memoria y ayuda a reducir la latencia al proporcionar datos comunes de manera más rápida a la CPU. La unidad de control y la unidad de dirección de memoria pueden coordinar el acceso a la caché según sea necesario.
ALU (Unidad Aritmético-Lógica)
Importancia: La ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas fundamentales necesarias para realizar cálculos y tomar decisiones en un programa.Qué es: La ALU es un circuito especializado que ejecuta operaciones como sumas, restas, multiplicaciones, divisiones y operaciones lógicas (AND, OR, NOT). Funcionamiento: Recibe datos desde los registros, ejecuta la operación especificada por la instrucción y coloca el resultado de vuelta en un registro. Relación con otros componentes: La ALU trabaja en estrecha colaboración con los registros de propósito general para realizar cálculos y con la unidad de control para coordinar las operaciones.
Unidad e control
Importancia: La unidad de control es el cerebro del CPU. Coordina las operaciones de la CPU, decodifica las instrucciones y garantiza que se ejecuten en el orden correcto.
Qué es: La unidad de control es un componente crítico que interpreta las instrucciones del programa y genera señales de control para otros componentes de la CPU.
Funcionamiento: Lee las instrucciones del registro de instrucción, decodifica la operación y luego coordina la ejecución de esa operación. Asegura que las operaciones se realicen en el orden correcto.
Relación con otros componentes: La unidad de control interactúa con todos los componentes del CPU para asegurarse de que las instrucciones se ejecuten según lo previsto.
Importancia: Los registros de propósito general son vitales para el funcionam iento eficiente de la CPU. Son la memoria más rápida y cercana a la unidad de procesamiento. Se utilizan para almacenar datos temporales, direcciones y resultados de operaciones, lo que acelera las operaciones y reduce la necesidad de acceder constantemente a la memoria principal.
Qué son: Los registros de propósito general son pequeñas ubicaciones de almacenamiento dentro de la CPU donde se almacenan datos que están siendo procesados activamente.
Funcionamiento: Los datos se cargan desde la memoria principal en los registros de propósito general, donde se realizan operaciones aritméticas o lógicas. Luego, los resultados se pueden escribir de nuevo en la memoria principal.
Relación con otros componentes: Los registros de propósito general son utilizados por la ALU para realizar cálculos y por la unidad de control para coordinar las operaciones.
Estructura y funcionamiento
Jorge Omar Aldana P�rez
Created on November 24, 2023
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Instituto Tecnologico Superior del Occidente del Estado de Hidalgo-ITSOEH
Estructura y funcion amiento de la CPU
Integrantes:Adolfo Oliver Cruz Mendoza Luis Angel García
EMPEZAR
INTRODUCCIÓN
CPU por sus siglas en inglés (Central Proccessing Unit), cumple la función principal de procesar los datos y transferirlos a otros elementos del computador; estas tareas se llevan a cabo mediante la ejecución de instrucciones.
OBJETIVO
Conocer y reconocer la forma en que esta organizado el componente principal de un computador para determinar lo siguientes puntos como su funcionamiento, que es e importancia y relacion con otro componente de un equipo.
ORGANIZACIÓN DEL PROCESADOR
La función principal de un procesador es ejecutar instrucciones y la organización que tiene viene condicionada por: 1) Las tareas qué debe realizar. 2) Cómo debe hacerlo. Los procesadores están diseñados y operan según una señal de sincronización."Señal de reloj"
Para ejecutar una instrucción son necesarios 1 o más ciclos de reloj, dependiendo del tipo de instrucción y de los operandos que tenga. Las prestaciones del procesador no las determina solo la fecuencia del reloj, sino otras características como son: 1) El juego de instrucciones. 2) La capacidad que tiene para ejecutar simultáneamente múltiples instrucciones.
Para ejecutar una instrucción son necesarios 1 o más ciclos de reloj, dependiendo del tipo de instrucción y de los operandos que tenga. Las prestaciones del procesador no las determina solo la fecuencia del reloj, sino otras características como son: 1) El juego de instrucciones. 2) La capacidad que tiene para ejecutar simultáneamente múltiples instrucciones.
Todo procesador dispone de 3 componentes principales:1) Conjunto de registros.2) Unidad Aritmética y Lógica o ALU. 3) Unidad de Control.
La organización básica de los elementos que componen un procesador y el flujo de información entre los diferentes elementos se ve en el esquema siguiente:
El término procesador actualmente se puede entender como microprocesador porque todas las unidades funcionales que lo forman se encuentran dentro de un chip, pero hay que tener presente que, por el aumento de la capacidad del nivel de integración, dentro de los microprocesadores se pueden encontrar otras unidades funcionales del computador. Por ejemplo:
• Unidad de ejecución SIMD: Especializada en la ejecución de instrucciones SIMD (single instruction, multiple data), aquellas que trabajan con estructuras de datos vectoriales, por ejemplo instrucciones multimedia.• Memoria caché: Prácticamente todos los procesadores modernos incorporan dentro del propio chip del procesador algunos niveles de memoria caché. • Unidad de Gestión de Memoria (MMU): Gestiona el espacio de direcciones virtuales, traduciendo las direcciones de memoria virtual a direcciones de memoria física en tiempo de ejecución. Esta traducción permite proteger el espacio de direcciones de un programa y separar el espacio de memoria del sistema operativo del espacio de memoria de los programas de usuario. • Unidad de punto flotante (FPU): Especializada en hacer operaciones en punto flotante; puede funcionar de manera autónoma, ya que dispone de un conjunto de registros propio.
Cache
Unidad Aritmética-Lógica (ALU)
1) Recibe los datos sobre los que efectúa operaciones de cálculo y comparaciones. 2) Toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es correcta o falsa mediante reglas del algebra de Boole). 3) Devuelve luego el resultado. Todo ello bajo supervisión de la unidad de control.
UNIDAD DE CONTROL
1) Le indica al resto del sistema como llevar a cabo las instrucciones de un programa. 2) Comanda las señales electrónicas entre la memoria y la unidad aritmético-lógica, y entre el CPU y los dispositivos de entrada y salida. Para ejecutar cualquier programa, cada comando del mismo se desglosa en instrucciones.
REGISTROS
Elementos de memoria de acceso rápido que se encuentran dentro del procesador. Constituyen un espacio de trabajo para el procesador y se utilizan como almacenamiento temporal. Se implementan utilizando elementos de memoria RAM estática y son imprescindibles para ejecutar las instrucciones, porque la ALU solo trabaja con los registros internos del procesador.
BANCO (SET/CONJUNTO) DE REGISTROS
Serie de posiciones especiales de memoria, ubicadas físicamente dentro de la propia CPU, que permiten un acceso a operandos y lugares de almacenamiento de resultados mucho más veloz que si estuvieran en el sistema de memoria normal. Algunos de estos registros son de uso interno de la propia CPU y otros son accesibles y utilizables por el programador.
El conjunto de registros y la organización que tienen cambia de un procesador a otro; los procesadores difieren en el número, tipo y tamaño de cada registro. Una parte de los registros puede ser visibles para el programador de aplicaciones, otra parte solo para instrucciones privilegiadas y otra solo se utiliza en el funcionamiento interno del procesador.
Registros de direcciones, contienen direcciones en la memoria principal de datos y pueden ser de propósito general o estar a un modo específico de direccionamiento. Códigos de condición, también conocidos como indicadores o flags. Los códigos de condición, son bits activados por el procesador como resultado de determinadas operaciones
REGISTROS DE CONTROL Y DE ESTADO
Se utilizan para controlar las operaciones del procesador, la mayor parte no son visibles al usuario y algunos pueden ser accesibles a las instrucciones de máquina ejecutadas en un modo de control. Los registros utilizados son los siguientes:Registro de direcciones de memoria (MAR), el cual contiene la dirección en dónde se efectuará la próxima lectura o escritura de datos. El número de direcciones depende del tamaño de la MAR.
Registro de datos de memoria (MBR), contiene los datos que van a ser escritos en la memoria o los que fueron leídos en ella. Registro de direcciones de entrada y salida (I/O AR), especifica al dispositivo ya sea de entrada o salida. Registro de datos de entrada y salida (I/O BR), área temporal en dónde se lleva a cabo el intercambio de datos entre el procesador y el dispositivo de entrada y salida. Registro de instrucciones (IR), contiene la dirección de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.
Cache
- Importancia: La caché es una memoria más rápida que almacena datos e instrucciones comunes, lo que acelera el acceso a la memoria principal y mejora el rendimiento general del CPU. - Qué es: La caché es una memoria de acceso rápido que guarda datos e instrucciones que se utilizan con frecuencia. - Funcionamiento: Cuando el CPU necesita datos, primero verifica si están en la caché. Si se encuentran, se pueden acceder más rápido que si se tuviera que acceder a la memoria principal. - Relación con otros componentes: La caché está integrada en el flujo de acceso a la memoria y ayuda a reducir la latencia al proporcionar datos comunes de manera más rápida a la CPU. La unidad de control y la unidad de dirección de memoria pueden coordinar el acceso a la caché según sea necesario.
CONCLUSIÓN
Conocer los componentes de un procesador, así como su organización, la estructura de sus registros y el ciclo de las intrucciones que se emplea, nos permite tener un acercamiento con los equipos e interpretar la manera en que funcionan los equipos de cómputo y así poder generar una arquitectura con ciertas características.
BIBLIOGRAFÍA
UNO
DOS
TRES
CUATRO
1.-Importancia de la RAM: La RAM es esencial para el rendimiento de una computadora, la cantidad como la velocidad de la RAM influyen en la capacidad de respuesta de la computadora. - Facilita la ejecución simultánea de múltiples aplicaciones y tareas complejas. 2.¿Qué es la RAM? La RAM es una memoria volátil que almacena datos activos durante el funcionamiento de la computadora. - Los datos en la RAM se acceden aleatoriamente y se borran al apagar la computadora. 3. Funcionamiento de la RAM:Los programas y archivos se cargan en la RAM al encender la computadora. La CPU accede constantemente a la RAM para leer y escribir datos, y más RAM permite mantener más datos en memoria. - La velocidad de la RAM influye en el rendimiento, ya que afecta la velocidad de acceso a los datos. 4.Relación con otros componentes:La CPU trabaja en conjunto con la RAM para ejecutar programas y realizar cálculos. - La RAM actúa como un búfer entre el almacenamiento y la CPU, acelerando el acceso a los datos. - El sistema operativo administra la RAM y asigna espacio a programas, además de utilizarla para almacenar datos temporales. - Las aplicaciones se cargan en la RAM, y más RAM permite ejecutar más programas simultáneamente sin ralentizar la computadora.
CACHÈ
Importancia: La caché es una memoria más rápida que almacena datos e instrucciones comunes, lo que acelera el acceso a la memoria principal y mejora el rendimiento general del CPU. Qué es: La caché es una memoria de acceso rápido que guarda datos e instrucciones que se utilizan con frecuencia. Funcionamiento: Cuando el CPU necesita datos, primero verifica si están en la caché. Si se encuentran, se pueden acceder más rápido que si se tuviera que acceder a la memoria principal. Relación con otros componentes: La caché está integrada en el flujo de acceso a la memoria y ayuda a reducir la latencia al proporcionar datos comunes de manera más rápida a la CPU. La unidad de control y la unidad de dirección de memoria pueden coordinar el acceso a la caché según sea necesario.
ALU (Unidad Aritmético-Lógica)
Importancia: La ALU realiza operaciones aritméticas y lógicas fundamentales necesarias para realizar cálculos y tomar decisiones en un programa.Qué es: La ALU es un circuito especializado que ejecuta operaciones como sumas, restas, multiplicaciones, divisiones y operaciones lógicas (AND, OR, NOT). Funcionamiento: Recibe datos desde los registros, ejecuta la operación especificada por la instrucción y coloca el resultado de vuelta en un registro. Relación con otros componentes: La ALU trabaja en estrecha colaboración con los registros de propósito general para realizar cálculos y con la unidad de control para coordinar las operaciones.
Unidad e control
Importancia: La unidad de control es el cerebro del CPU. Coordina las operaciones de la CPU, decodifica las instrucciones y garantiza que se ejecuten en el orden correcto. Qué es: La unidad de control es un componente crítico que interpreta las instrucciones del programa y genera señales de control para otros componentes de la CPU. Funcionamiento: Lee las instrucciones del registro de instrucción, decodifica la operación y luego coordina la ejecución de esa operación. Asegura que las operaciones se realicen en el orden correcto. Relación con otros componentes: La unidad de control interactúa con todos los componentes del CPU para asegurarse de que las instrucciones se ejecuten según lo previsto.
Importancia: Los registros de propósito general son vitales para el funcionam iento eficiente de la CPU. Son la memoria más rápida y cercana a la unidad de procesamiento. Se utilizan para almacenar datos temporales, direcciones y resultados de operaciones, lo que acelera las operaciones y reduce la necesidad de acceder constantemente a la memoria principal. Qué son: Los registros de propósito general son pequeñas ubicaciones de almacenamiento dentro de la CPU donde se almacenan datos que están siendo procesados activamente. Funcionamiento: Los datos se cargan desde la memoria principal en los registros de propósito general, donde se realizan operaciones aritméticas o lógicas. Luego, los resultados se pueden escribir de nuevo en la memoria principal. Relación con otros componentes: Los registros de propósito general son utilizados por la ALU para realizar cálculos y por la unidad de control para coordinar las operaciones.