CONJUNTO DE INSTRUCCIONES

CONJUNTO DE INSTRUCCIONES

Alumno: lisandro cristóbal ramírez

Índice

Instrucciones sin burificación

Introducción

diseño de instrucciones

Elementos de una Instrucción

Números

Representación de Instrucciones

Datos

Tipos de Instrucciones

Datos lógicos

Numero de direcciones

10.1

CARACTERISTÍCAS DE LAS INSTRUCCIONES MÁQUINA

La Arquitectura de Instrucciones de Computadoras

• Objetivo de la presentación: Explorar los conceptos fundamentales y el diseño de instrucciones máquina en arquitectura de computadoras.
• Importancia de la arquitectura de instrucciones: Fundamento clave para entender el funcionamiento interno de las computadoras.
• Visión general del contenido: Panorama de los temas a cubrir durante la presentación.

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Elementos de una instrucción maquina

• Código de operación: Es el corazón de la instrucción, un identificador que le dice a la CPU qué operación realizar.
• Operandos fuente y destino: Indican los datos sobre los cuales se realizará la operación. Pueden provenir de registros, memoria o E/S.
• Referencia a la siguiente instrucción: Marca el camino hacia la siguiente tarea a realizar, creando una secuencia lógica de operaciones.
• Localización de operandos: Estos pueden residir en diferentes lugares, como memoria, registros o dispositivos de entrada/salida, y la instrucción debe especificar dónde encontrarlos.
• Representación binaria: A nivel interno, todas las instrucciones se representan como secuencias de bits, el lenguaje fundamental que la CPU comprende y ejecuta.

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Representación de las instrucciones

En el computador, cada instrucción se representa mediante una secuencia de bits, dividida en campos. Durante la ejecución, se almacena en el Registro de Instrucción (IR). Para facilitar la comprensión, se usan representaciones simbólicas, como nemotécnicos para codops (ADD para sumar). Los operandos también se representan simbólicamente. Aunque es raro encontrar programadores en lenguaje máquina, comprender la representación simbólica es clave. La mayoría de los programas se escriben en lenguajes de alto nivel, pero la comprensión de la representación máquina es esencial para entender el funcionamiento interno del procesador.

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Las instrucciones máquina se dividen en:

Tipos de Instrucciones

1.- Procesamiento de Datos

2.- Almacenamiento de Datos

Operaciones de memoria.

En lenguajes de alto nivel como BASIC o FORTRAN, una instrucción simple como X = X + Y se traduce en varias instrucciones máquina. Por ejemplo, sumar valores en posiciones de memoria 513 y 514 requiere tres pasos.

• Cargar Registro: Obtener contenido de posición 513.
• Sumar: Sumar contenido de posición 514 al registro.
• Guardar Resultado: Almacenar el resultado en la posición 513.

Aritméticas y lógicas.

3.-Transferencia de Datos

4.-Control

Comprobación y bifurcación.

Entrada/Salida.

Número de Direcciones en Instrucciones

La arquitectura de un procesador suele describirse por el número de direcciones en cada instrucción, aunque esta dimensión se vuelve menos crucial con diseños más complejos. Para instrucciones aritméticas y lógicas, que generalmente son unarias o binarias, podríamos necesitar hasta cuatro direcciones: dos operandos, un resultado y la dirección de la instrucción siguiente. En la práctica, es raro encontrar instrucciones con cuatro direcciones. La mayoría tiene una, dos o tres, implícitamente incluyendo la dirección siguiente. La Figura 10.3 compara instrucciones típicas para calcular Y=(A−B)/(C−D×E).

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Instrucciones sin bifuricación:

• Cero Direcciones: Aplicables a memorias pila, referenciando elementos de la cabecera. Una Dirección: Utiliza un registro de uso general (acumulador).
• Dos Direcciones: Requiere instrucciones adicionales para operaciones binarias.
• Tres Direcciones: Ofrece mayor flexibilidad con múltiples registros de uso general.

La elección del número de direcciones por instrucción es una decisión de diseño. Menos direcciones implican instrucciones más primarias y un procesador menos complejo, pero programas más extensos. La mayoría de las máquinas contemporáneas emplean instrucciones de dos y tres direcciones para combinar eficiencia y flexibilidad.

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Diseño del Repertorio de Instrucciones

Este repertorio define las funciones realizadas por el procesador, influenciando su implementación y siendo el medio a través del cual los programadores controlan el procesador. A pesar de su importancia, ciertos aspectos básicos del diseño de repertorios de instrucciones siguen siendo temas de controversia.

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10.2

TIPOS DE OPERANDOS

Números en Computadoras

En todos los lenguajes máquina, se incluyen tipos de datos numéricos esenciales para el procesamiento de datos, incluso en contextos no numéricos como contadores o longitudes de campos. Sin embargo, los números en una computadora están limitados tanto en magnitud como en precisión, lo que implica consideraciones como redondeo, desbordamiento o desbordamiento a cero. Existen tres tipos de datos numéricos comunes en computadoras:

• Enteros o en Coma Fija:
• En Coma Flotante:
• En Decimal

En la representación decimal empaquetada, cada dígito decimal se codifica en cuatro bits, con códigos estándar (por ejemplo, 0=0000, 1=0001, ..., 9=1001). Aunque menos eficiente que la representación binaria directa, evita conversiones frecuentes. Para números negativos, se puede incluir un dígito de signo de cuatro bits. Las máquinas suelen tener instrucciones aritméticas específicas para operar con números en decimal empaquetado, adaptando algoritmos similares a los descritos en la Sección 9.3 pero considerando el acarreo decimal.

Datos Textuales y Códigos de Caracteres

Los datos textuales, como las secuencias de caracteres, no son fácilmente manejados por sistemas de procesamiento de datos diseñados para datos binarios. Para representar caracteres en secuencias de bits, se han desarrollado códigos como el ASCII (American Standard Code for Information Interchange), un alfabeto de referencia internacional. El ASCII utiliza patrones de 7 bits para representar cada carácter, permitiendo 128 caracteres diferentes. Además de los caracteres impresos, algunos patrones se destinan a caracteres de control para operaciones específicas. Normalmente, se memoriza y transmite utilizando ocho bits por carácter, donde el octavo bit puede utilizarse para paridad y detección de errores. Por ejemplo, los patrones de bits 011XXXX en ASCII representan los dígitos 0 a 9, coincidiendo con la codificación en decimal empaquetado. Otro código utilizado es el EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code), de ocho bits, empleado en computadoras de IBM, compatible con el decimal empaquetado.

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Datos Lógicos

Frecuentemente, se considera que cada unidad de datos (como una palabra o byte) es una entidad individual. No obstante, en ocasiones, resulta útil ver una unidad de n bits como n elementos de un solo bit, con valores de 1 o 0. Esta perspectiva, conocida como datos lógicos, presenta dos ventajas clave. Primero, permite almacenar eficientemente matrices de elementos binarios, donde cada elemento puede ser verdadero (1) o falso (0). Segundo, facilita la manipulación de bits individuales en diversas operaciones, como desplazamientos de bits en operaciones de coma flotante o extracción de bits específicos al convertir de ASCII a decimal empaquetado.

En estos ejemplos, los mismos datos pueden tratarse como lógicos, numéricos o texto, dependiendo de la operación en curso. En lenguajes de máquina, el "tipo" de una unidad de datos se define por la operación que se realiza, a diferencia de los lenguajes de alto nivel donde el tipo suele ser más fijo.

¡Gracias!

objetivo

Proporcionar una comprensión profunda de los conceptos fundamentales y el diseño de instrucciones máquina en arquitectura de computadoras, permitiendo a la audiencia obtener una visión clara del funcionamiento interno de los procesadores modernos.

Figura 10.2. Un formato de instrucciones sencillo.

Las instrucciones de tres direcciones especifican dos operandos, un resultado y una posición temporal para almacenar resultados intermedios.

• Instrucciones de Tres Direcciones: No son comunes debido a formatos más largos, pero permiten una operación más clara.
• Instrucciones de Dos Direcciones: El formato es más compacto pero requiere instrucciones adicionales para no alterar operandos.
• Instrucciones de Una Dirección: Más simples, pero pueden necesitar más instrucciones para la misma tarea.

Tabla 10.1. Utilización de las direcciones de las instrucciones (instrucciones sin bifurcación).

AC = Acumulador. T = Cabecera de la pila. (T 1) = Segundo elemento de la pila. A, B, C = Posiciones de memoria o registros.

Algunos de los aspectos fundamentales incluyen:

• Repertorio de Operaciones: Cuántas y qué operaciones incluir, así como su complejidad.
• Tipos de Datos: Diversos tipos de datos con los que se realizan operaciones.
• Formatos de Instrucciones: Longitud de la instrucción, número de direcciones, tamaño de campos, etc.
• Registros: Número de registros del procesador y su uso.
• Direccionamiento: Modos para especificar la dirección de un operando.