Elementos y operaciones básicas - Departamento de Electrónica y ...

Estructura de ComputadoresCapítulo 2: Elementos yoperaciones básicas.José Daniel Muñoz FríasUniversidad Pontificia Comillas. ETSI ICAI.Departamento de Electrónica y AutomáticaICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.1/47Índice1. Elementos usados en el camino de datos.2. Metodología de temporización por flanco.3. Transferencia de registros. Notación.4. Instrucciones, µoperaciones y µórdenes.5. Interfaz con el exterior.6. Ejemplos de ejecución de instrucciones.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.2/47

¡¡¡Elementos usados en el camino de datosLos elementos empleados en el camino de datos sepueden dividir en:Registros.Elementos de proceso.Elementos de interconexión.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.3/47Los registros permiten almacenar datos intermedios. Como veremos a continuación estánformados por flip-flops tipo D junto con multiplexores y puertas lógicas que permiten sucontrol dentro del sistema.Los elementos de proceso están constituidos fundamentalmente por circuitoscombinacionales. Según se verá más adelante, estos elementos se colocan entre dos gruposde registros, unos para mantener los datos fuente y otros para almacenar los resultados.Ejemplos de elementos de proceso son una ALU, un multiplicador o un divisor.La interconexión entre registros y los elementos de proceso se realiza mediante buses omultiplexores. Los primeros permiten, usando buffers triestado, conectar una gran cantidadde dispositivos entre sí. Sin embargo, estas estructuras no se suelen usar dentro de loscircuitos integrados pues son difíciles de comprobar. En estos circuitos se prefiere el usode multiplexores, aunque cuando el número de dispositivos a conectar es muy elevado nohay más remedio que usar buses triestado.

RegistrosDQQclkDQRegistro de un bit.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.4/47Como se puede apreciar un registro de un bit no es más que un flip-flop tipo D. Las entradasson el dato (D) y el reloj, 1 que permite sincronizar las dos salidas (Q y Q). Tal como se aprecia enel cronograma, las salidas sólo cambian en el flanco de subida del reloj (después de un pequeñoretardo). Sólo en ese instante de tiempo se copia el valor de la entrada en la salida. El resto deltiempo la salida permanece fija, independientemente de lo que haga la entrada.1 La entrada de reloj se suele identificar con un triángulo. En el flip-flop de la figura, la entradade reloj es el terminal inferior izquierdo.

RegistrosD 0DQQD 1DQQ 1clkQD[n−1..0]Q[n−1..0]Q 04 5 74 5 7D n−1DQQ n−1ICAIdeaclkQRegistro de n bits.Estructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.5/47Un registro de n bits no es más que una agrupación de n registros de 1 bit que están sincronizadospor un mismo reloj. 1 Nótese que los bits de entrada y salida se numeran desde 0 hastan-1.Las señales de varios bits se representan en el diagrama de tiempos con dos líneas paralelas,situando su valor en decimal o hexadecimal entre dichas líneas. Las señales multibit se nombranmediante una etiqueta alfanumérica seguida del rango de bits entre corchetes. Por ejemploD[n-1..0] representa una señal multibit, compuesta por los bits D n 1 ¡ D n 2 ¢£¢¤¢ D 1¡ D 0 . Algunos autoresprefieren nombrar estas señales especificando el rango con un guión en lugar de con dospuntos: D[n-1 – 0]. Como se puede observar este método es menos apropiado, ya que puede darlugar a confusión con el signo menos. Por último ha de tenerse en cuenta que el primer bit es elmás significativo, es decir en D[n-1 .. 0], el bit más significativo es el bit n-1, y el menos el 0. Ojo,si se escribe D[0 .. n-1] estaríamos diciendo que el bit más significativo es el 0 ¿?1 De hecho, dentro de un mismo chip todos los circuitos secuenciales se sincronizan con elmismo reloj.

RegistrosDWenclk01D QclkDQWenQRegistro con habilitación de escritura.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.6/47El flip-flop tipo D copia su entrada en su salida en cada flanco de reloj. Ahora bien, tal comose ha mencionado antes, en un circuito integrado todos los registros están conectados a la mismaseñal de reloj. Esto implica que en cada flanco de reloj, el registro almacenará lo que haya en suentrada, lo cual puede ser contrario a nuestros deseos si necesitamos guardar un valor durante másde un ciclo de reloj. Para solucionar este problema se usa una entrada adicional (Wen, de WriteENable) que controla la escritura: cuando Wen=0 el flip-flop mantiene su valor anterior y cuandoWen=1 el dato que haya en la entrada se almacena en el flip-flop.Como se puede apreciar en el diagrama, un flip-flop con habilitación de escritura se construyesimplemente añadiendo un multiplexor en la entrada que conecte la entrada del flip-flop con susalida cuando deseamos seguir almacenando el mismo valor o con la entrada de datos cuandodeseemos almacenar el valor de ésta.Si se observa el cronograma, ahora la salida sólo cambia en los flancos de subida del reloj enlos que la señal Wen vale 1. En el resto de los casos la salida permanece igual a su valor anterior.La señal Wen es por tanto una señal de control del registro. 1 Se pueden construir registros conmás señales de control.EjercicioDiseñe un registro de 1 bit con las siguientes entradas de control: Wen, Clear y Complemento.La señal Clear pone el registro a cero y la señal Complemento invierte la salida (cambia el 0 por el1 y viceversa).1 Para distinguir las señales de control de las demás, se dibujan en color verde.

RegistrosD[n−1..0]nDQnclkQ[n−1..0]D[n−1..0]4 5 7WenClearclkClearWenQ[n−1..0]2 05 7Registro de n bits con habilitación de escritura y Clear.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.7/47En la figura se representa un registro de n bits con dos señales de control: Wen para habilitar laescritura y Clear para poner a cero el registro. Ambas señales son síncronas, es decir, sólo actúan enlos flancos de subida del reloj. En el cronograma adjunto se muestra un ejemplo de funcionamiento.Como se puede apreciar, sólo en los flancos de reloj en los que la señal Wen está activa se escribela entrada en el registro. De la misma manera, en los flancos de subida en los que la señal Clearesté activa se pondrá a cero el registro.Existen algunos registros en los que incorporan una señal de Reset. El funcionamiento dedicha señal es igual al de Clear, salvo que es asíncrona. En estos circuitos el contenido del registrose pone a cero en cuanto la señal de Reset se activa.Nótese que para simplificar el diagrama, la entrada y salida de datos, que está formada porn cables, se ha representado mediante una sola línea. Para indicar que dicha línea representa enrealidad n cables, se ha colocado una pequeña línea inclinada y encima de dicha línea una n. Comose verá más adelante, esto es lo que se conoce como un bus.Un ejemplo de registro de 8 bits comercial es el 74HC377, cuya hoja de características estádisponible en http://www-s.ti.com/sc/ds/sn74hc377.pdf. Dicho circuito tiene sólo una señal decontrol para habilitar la escritura, a la cual se denomina CLKEN (del inglés CLock ENable) enlugar de Wen, aunque su funcionamiento es el mismo, tal como se puede apreciar en la tabla deverdad del dispositivo.

¡¡¡RegistrosLimitaciones de los registros:Tiempo de establecimiento (Setup).Tiempo de mantenimiento (Hold).Tiempo de propagación.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.8/47Los registros son entes físicos y por tanto están sujetos a una serie de limitaciones. Las quemás nos interesan son las limitaciones en cuanto a la respuesta temporal:EjercicioTiempo de establecimiento (Setup). Es el tiempo que ha de estar la señal estable en laentrada del flip-flop antes del flanco del reloj para que éste la lea correctamente.Tiempo de mantenimiento (Hold). Es el tiempo que ha de permanecer la señal de entradaestable después del flanco del reloj para que ésta se almacene correctamente.Tiempo de propagación. Es el tiempo que tarda una nueva señal de entrada en aparecer enlas salidas del flip-flop después del flanco del reloj.A partir de la hoja de características del circuito 74HC377, identifique los tiempos de establecimiento(setup), mantenimiento (hold) y propagación del registro.

Elementos de procesoSon los “músculos” del ordenador. Ejemplos:ALU.Multiplicador.Unidad de punto flotante.En su mayoría son elementos combinacionales.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.9/47En los elementos de proceso es donde tienen lugar todas las operaciones realizadas por elordenador sobre los datos.La mayor parte de estos elementos de proceso son circuitos combinacionales. Sin embargo,algunos elementos complejos como los multiplicadores, se basan en un algoritmo que necesitavarios pasos para realizar sus cálculos. Por ello es necesario incluir una pequeña unidad de controlsecuencial para controlar dicho algoritmo de cálculo.De todos los elementos de proceso, el fundamental es la ALU, el cual pasamos a estudiar conmayor detalle a continuación.

ALUA01ResBOpALU con AND y OR.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.10/47En la figura se representa una ALU simple de un bit. Es tan simple que sólo realiza dosoperaciones: AND y OR. 1 Como se puede apreciar, el circuito calcula constantemente ambas operaciones,pero sólo una de ellas aparece en la salida Res, en función de la señal Op. Dicha señales por tanto una señal de control y por eso se ha dibujado con un color distinto a las demás.EjercicioEscriba la tabla de verdad para la ALU de la figura.1 Sería por tanto más apropiado llamarla LU (Logic Unit).

ALUACinB012Res+OpICAIdeaCoutALU con AND, OR y suma.Estructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.11/47Ampliar la ALU anterior para incluir la suma es bastante sencillo. Basta para ello añadir unsumador de 1 bit completo y ampliar el multiplexor de salida con una entrada más para poder seleccionarentre AND, OR y suma. Como consecuencia de ampliar el multiplexor, ha sido necesarioañadir un bit adicional a la señal de control Op.El sumador es idéntico al estudiado en el curso de tecnología de computadores. Como recordará,un sumador de 1 bit tiene tres entradas y dos salidas. Las entradas son los dos operandos (Ay B en la figura) y la entrada de acarreo (Cin). Las salidas son el resultado de la suma (Res) y elacarreo de salida (Cout).Para construir una ALU de n bits, basta con encadenar n ALUs de 1 bit, tal como se verá acontinuación.EjercicioEn algunos sistemas es necesario que la ALU genere a su salida un cero. Esto puede ser útilpara poner a cero una posición de memoria o un registro. Modifique la ALU anterior para conseguireste tipo de ALU. ¿Es necesario añadir más líneas de control?

ALUA0B0CinA CinALU0 ResB Cout OpR0A1B1A CinALU1 ResB Cout OpR1A31B31A CinALU31 ResB Cout OpR31ICAIdeaCoutOpALU de 32 bits.Estructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.12/47Como se puede apreciar en la figura, para construir una ALU de n bits, basta con encadenarn ALUs de 1 bit. Para que el sumador funcione correctamente, es necesario conectar los acarreosde salida y de entrada de cada una de las etapas, de forma que el acarreo de salida de la etapa iha de estar conectado al acarreo de entrada de la etapa i 1. Esta configuración de sumador sedenomina sumador con propagación de acarreo. Dicha configuración es la más simple, aunquetambién es muy lenta, pues, en el caso más desfavorable, el acarreo ha de propagarse por las 32etapas. Existen configuraciones con predicción de acarreo que si bien precisan más puertas lógicas,son un orden de magnitud más rápidas. En (Patterson y Hennessy, 2000) se describe en detalle laconstrucción de un sumador de 32 bits con predicción de acarreo.Obviamente, la representación de la ALU mostrada en la figura no es la más cómoda. En lasiguiente transparencia se muestra el símbolo usado habitualmente para representar una ALU.EjercicioLa ALU mostrada en la figura está aún incompleta: ¡no sabe restar! Modifique el circuito paraconstruir una ALU con las operaciones AND, OR, Suma y Resta de números en complemento a2. Para ello recuerde que restar en complemento a 2 es lo mismo que sumar el complemento a 2del sustraendo. Recuerde también que el complemento a 2 se obtiene invirtiendo todos los bits ysumando 1, es decir, ¡ b ¢ b 1. Pista: no hace falta usar otro sumador adicional para sumar 1.

ALUA32OpCero 00ALU Res 0132Desb. 1011B32Cout OpALU de 32 bits.ResANDORSumaRestaICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.13/47Se han añadido a la ALU anterior dos salidas adicionales, una que se activa cuando el resultadovale cero (Cero) y otra que se activa cuando ocurre un desbordamiento (Desb.). Recuerde que eldesbordamiento ocurre cuando al sumar dos números en complemento a 2 del mismo signo, elresultado es del signo contrario, lo cual quiere decir que el resultado es mayor que el rango máximode representación.En la figura también se ha incluido una tabla que indica la operación realizada por la ALU enfunción de la señal de control Op. Se ha añadido la operación resta que, aunque no estaba presenteen el diseño de la página 12, se había dejado como ejercicio.Ejercicios1. ¿Cómo se puede realizar el circuito de detección de cero?2. Si se suman dos números sin signo, ¿cómo se puede detectar que el resultado está fuera derango?

¡¡¡Elementos de interconexiónPermiten el trasiego de datos entre los distintoselementos del camino de datos. Existen 3 tipos:Buses.Multiplexores.Buses triestado.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.14/47Los últimos elementos estudiados del camino de datos, aunque no por ello menos importantes,son los elementos que permiten interconectar entre sí los registros y los elementos de proceso.Como se verá más adelante, el avance de los datos por el camino de datos no es siempre fijo, sinoque depende del proceso que haya que efectuar sobre los mismos. Por tanto es necesario disponerde elementos que permitan que los datos fluyan desde una unidad hacia otras en función de unaserie de señales de control.Existen tres tipos:Buses.Multiplexores.Buses triestado.los cuales se pasan a discutir en mayor detalle a continuación.

BusesBus: Agrupación de n conexiones relacionadaslógicamente. Ejemplos:Los 32 cables que permiten enviar un número de32 bits entre un registro y la entrada de la ALU.Los 16 cables que permiten enviar una direccióna la memoria RAM.Sólo permiten realizar conexiones desde un emisor auno o varios receptores.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.15/47Un bus no es más que una agrupación de una serie de conexiones relacionadas de algunamanera. Por ejemplo, si queremos enviar un número de 32 bits entre un registro y la entrada A dela ALU, será necesario conectar el bit 0 de la salida del registro con el bit 0 de la entrada A, elbit 1 de la salida con el bit 1 de la entrada, y así sucesivamente. Obviamente tanto desde el puntode vista de dibujar un diagrama, como desde el punto de vista conceptual, es un poco engorrososeguirle la pista a tanto cablecito. Por ello, es mucho más ventajoso agrupar todos estos cables enun bus de 32 bits.El uso más común de un bus es la interconexión permanente de un emisor con un receptor.Sin embargo también puede conectarse un único emisor a varios receptores. En este último caso,dado que la información del emisor está siempre disponible en el bus, será normalmente necesarioincluir una señal de control de la escritura (Wen) en los receptores.Si queremos conectar varios emisores a un mismo bus, entonces es necesario usar un multiplexoro un bus triestado, que se estudian a continuación.

MultiplexoresPermiten encaminar varias líneas de entrada en unaúnica línea de salida.Sólo está conectada en cada momento una entradacon la salida, en función de una señal de control.Existen multiplexores de n bits.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.16/47Dentro de un ordenador es muy frecuente tener que conectar la salida de varios dispositivos ala entrada de uno solo, de forma que en función de la operación que se desee realizar se conectaráuna u otra de las salidas con la entrada. 1 Para realizar esta tarea dentro de un circuito integrado, loselementos idóneos son los multiplexores.Los multiplexores de n bits permiten encaminar varios buses de n bits a un único bus de salida,también de n bits.En la siguiente transparencia se muestra un ejemplo para aclarar las ideas.1 Obviamente no se pueden conectar simultáneamente dos salidas a una misma entrada, puesse estaría formando un estupendo cortocircuito.

MultiplexoresR1R232320132selRALU32CeroResDesb.B32Cout OpEjemplo de ruta de datos con Multiplexor.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.17/47Supongamos que disponemos de dos registros (R1 y R2) y se desea poder sumar el contenidode dichos registros a un valor B. Afortunadamente unas veces tenemos que sumar el contenido deR1 a B y otras el contenido de R2 a B. Esto nos permite usar una sola ALU y seleccionar cuál delos dos registros se emplea en la suma mediante un multiplexor. Así, cuando la señal de controldel multiplexor (selR) valga 0, la entrada superior de la ALU estará conectada con la salida delregistro R1 y por tanto a la salida de la ALU dispondremos de la suma entre el contenido de R1y la entrada B; obviamente después del retardo producido por el multiplexor y por la ALU. Pararealizar la suma entre el contenido de R2 y B bastará con poner a uno la señal selR y esperarse eltiempo necesario.

Bus triestadoUn único bus conecta todos los elementos:R1 R2 R3Wen Oen Wen Oen Wen OennnnnEs necesario establecer un mecanismo para que sóloun dispositivo gobierne el bus en cada instante.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.18/47Con un bus triestado, es posible interconectar un gran número de elementos utilizando pocalógica. Sin embargo, tal como se ha dicho anteriormente, es una estructura difícil de comprobar ypor tanto se evita en la medida de lo posible dentro de los circuitos integrados. No obstante su usofuera de la CPU es fundamental para conectar a ésta con la memoria y los dispositivos de entradasalida. En este caso se usa un bus normal para las direcciones, pues sólo la CPU escribe y todos loschips de memoria leen. El bus de datos en cambio ha de ser un bus triestado, pues el mismo bus seusa tanto para enviar datos por la CPU como para recibirlos.Este tipo de buses requieren dispositivos especiales que incorporen dos señales de control:Wen para indicarles cuándo han de almacenar el dato que hay en el bus y Oen (Output enable) paraindicarles que pueden enviar un dato al bus.La señal Oen es la que permite que un dispositivo sea el que escribe en el bus mientras losdemás leen. Obviamente es necesario que sólo una señal Oen esté activa en cada instante, puesde lo contrario se producirá un cortocircuito en el bus con el consiguiente comportamiento erróneo.A continuación se muestra cómo se construye un registro de 1 bit con salida triestado.

Bus triestadoDWenclk01DQBusOenRegistro de un bit con habilitación de escritura.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.19/47Como se puede apreciar, se ha tomado el registro con habilitación de escritura mostrado anteriormentey se le ha añadido una puerta triestado para conectar la salida del flip-flop con el bus.De esta manera, sólo cuando la señal Oen esté activa, dicha salida se conectará al bus y el resto dedispositivos podrán leer su valor. Mientras la señal Oen esté inactiva, el bus estará libre para poderser usado por el resto de dispositivos. Para guardar en el registro el valor del bus, basta con activarla señal de Wen y esperar al siguiente flanco de subida del reloj.Obviamente, tal como se ha comentado anteriormente hay que ser muy cuidadoso cuandose diseña un sistema basado en bus triestado, pues las señales de control de los registros han deestar perfectamente sincronizadas de forma que sólo un registro escriba en el bus y sólo quienessean destinatarios del dato que aparece en el bus lo lean. Veamos un cronograma de ejemplo en lasiguiente transparencia:

¡¡¡Bus triestado. TemporizaciónclkOenR1Bus[n−1..0]7WenR2D_R2[n−1..0]47Q_R2[n−1..0]47Temporización de una transferencia.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.20/47En la figura se muestra el cronograma de una transferencia en la que el contenido del registroR1 se copia en el registro R2. El circuito usado es el mostrado en la transparencia de la página 18.La señal OenR1 activa la puerta triestado del registro R1, de forma que, después del retardo dela puerta, el contenido del registro (un 7 por ejemplo) estará en el bus. Conviene destacar quecuando ningún registro tiene activada su señal Oen, el bus estará en alta impedancia, es decir, noestá a un valor (0 o 1) concreto, lo cual se representa en el cronograma como una línea entre 0y 1. La activación de la señal WenR2 hace que el contenido del bus aparezca a la entrada delregistro R2, obviamente después del retardo del multiplexor y del retardo de propagación del bus.En el siguiente flanco de reloj el registro R2 copiará los datos presentes en su entrada y a partirde entonces se pueden desactivar las dos señales de control OenR1 y WenR2. La desactivación deOenR1 hace que el bus vuelva a su estado de alta impedancia y por tanto pueda ser usado para otratransferencia.Ejercicios¿Por qué al desactivar la señal OenR1 y entrar el bus en alta impedancia la entrada D delregistro R2 sigue teniendo un 7?¿Qué ocurre si en el ejemplo anterior se activan a la vez las señales de Wen de losregistros R2 y R3?¿Y si se activan las señales Oen de los registros R1 y R3?

Metodología de temporización por flancoCamino de datos = registros + elementos de proceso:D[n−1..0]nDQnCombi.nDQnQ[n−1..0] clkWENRaWENRbQRa[0]DRb[0]QRb[0]clkt pt ct pHan de cumplirse las limitaciones temporales de losregistros.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.21/47En la transparencia se muestra un esquema general de una etapa de un camino de datos. Dichaetapa está formada por un registro encargado de mantener el dato estable 1 mientras el elementode proceso combinacional realiza su trabajo. El resultado se copiará en el siguiente registro, deforma que pueda ser usado por la siguiente etapa del camino de datos, que no se ha mostrado parasimplificar el esquema.La metodología de temporización por flanco es la más fácil de manejar y aunque en algunossistemas se usan metodologías más complejas, en este curso va a ser la que vamos a estudiar. En lafigura se muestra un cronograma con la evolución del bit 0 del dato. Si suponemos que la entrada 0del registro Ra vale 1, cuando ocurra el flanco ascendente del reloj dicho registro leerá su entraday la copiará en su salida, aunque dicho proceso le lleva un tiempo de propagación t p . Una vezque el dato aparece en su salida, éste se propagará por el circuito combinacional hasta llegar a laentrada del registro Rb, lo cual será después de un tiempo t c . Como recordará, para que un registrofuncione correctamente, su entrada ha de estar estable un poco antes (como mínimo el tiempo deestablecimiento t e ) del flanco de reloj. Por tanto el periodo de reloj ha de ser mayor que:T clk t p t c t eEjercicioTeniendo en cuenta que el tiempo de mantenimiento es siempre menor que el de propagación.¿Puede ocurrir algún fallo en este tipo de circuito a causa del tiempo de mantenimiento?1 Por dato estable se quiere decir que no varíe.

¡¡¡¡¡¡Transferencia de registros. Notaciónsímbolo Descripción Ejemploa-z,A-Z,_,0-9 Nombre registro Ra, CP(XX ) Contenido del registro XX (Ra)XX(m..n)XX(m:n) Bits m a n del reg. XX Ra(m..n)Transferencia CP (Ra)((XX)) Contenido del con. de XX ((RDIM))XX complemento de XX RaICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.22/47Hasta ahora, cuando ha sido necesario describir una transferencia de datos entre registros seha usado lenguaje natural, lo cual si bien es muy claro, es un poco engorroso. Por tanto se hacenecesario desarrollar una notación que permita transmitir la misma información pero de una formamucho más compacta. Dicha notación es la notación de transferencia entre registros,La primera línea indica que para nombrar el registro en sí, se utiliza una etiquetaalfanumérica, con las mismas restricciones que los nombres de variables de los lenguajesde programación.La segunda línea indica la forma de referirse al contenido del registro, es decir, al númerobinario que está almacenado en él.la tercera línea ilustra la notación empleada para referirse a un rango de bits del contenidodel registro. Así, si Ra es un registro de 32 bits, Ra(7..0) es el byte menos significativo delcontenido del registro.EjercicioPara indicar que se realice una transferencia entre dos registros se usa el ¡ operador . Así,cuando se CP¡ escribe (Ra), se quiere decir que se transfiera el contenido del registro Raal registro CP.El operador () se puede anidar. Así, ((RDIM)) quiere decir el contenido de la posición dememoria cuya dirección es el valor almacenado en el registro RDIM.Por último, el complemento de un registro consiste en invertir su contenido bit a bit.Si la instrucción que se desea ejecutar está en una dirección de memoria almacenada en elregistro CP, ¿cómo escribiría la transferencia de dicha instrucción al registro RI?

Instrucciones, µoperaciones y µórdenesCada instrucción se descompone en varias fases.Cada fase consta de 1 o varias µoperaciones.En cada µoperación se activan 1 o variasµórdenes (señales de control).ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.23/47Tal como se estudió en el tema anterior, cada instrucción ejecutada por el procesador se descomponeen una serie de etapas o fases. En cada una de estas etapas es necesario realizar una seriede tareas (µoperaciones), que en su mayoría serán transferencia de registros, para realizar el procesode la etapa. Por último, para realizar una µoperación es necesario activar una serie de señalesde control (µórdenes) de forma que los elementos implicados del camino de datos cumplan con sutarea.

¡¡¡¡¡Instrucciones, µoperaciones y µórdenesLas fases en las que se descompone la instrucciónson:Ciclo de captación.Ciclo de indirección.Ciclo de operación.Ciclo de escritura.Ciclo de excepción.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.24/47Tal como se vio en el tema anterior, una instrucción genérica de un computador CISC sedescompone en:Ciclo de captación. Se lee la instrucción de la memoria.Ciclo de indirección. Si es necesario leer operandos de memoria, se calcula su dirección yse leen los datos.Ciclo de operación. Una vez que estén disponibles los datos, se puede realizar laoperación requerida con ellos.Ciclo de escritura. Si es necesario escribir el resultado en memoria, al igual que en el ciclode indirección, se calcula su dirección y se escribe el dato.Ciclo de excepción. Si ocurre algún error en la ejecución de la instrucción o si en el transcursode la ejecución de la instrucción se produce una petición de interrupción externa, elprocesador realiza este ciclo. En caso contrario se vuelve al ciclo de captación.

¡¡¡Instrucciones, µoperaciones y µórdenesCada fase se divide en minitareas que requieren unaserie de µoperaciones.Por ejemplo, para sumar dos datos situados en RDAMy ACC:minitareaµoperacionesDato 1 (ACC) al REG1 de la ALU REG1 (ACC)Dato 2 (RDAM) al REG2 de la ALU REG2 (RDAM)Sumar y guardar resultado en ACC ACC (REG1)+(REG2)ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.25/47En cada fase de la instrucción se realiza una tarea específica que comprende la realizaciónde una serie de “minitareas”. Para ejecutar cada “minitarea” es necesario realizar una o variasoperaciones “atómicas” denominadas µoperaciones. Por ejemplo, en el ciclo de operación de lainstrucción ADD (suma) es necesario sumar el dato almacenado en el acumulador (ACC) con eldato que se acaba de leer de memoria en el ciclo anterior, que estará almacenado en RDAM. 1 Parallevar a cabo esta tarea, es necesario:EjercicioCopiar el contenido del acumulador en el registro 1 de entrada a la ALU, lo cual enlenguaje de transferencia de registros se puede expresar REG1¡como: (ACC).Copiar el contenido del RDAM en el registro 2 de entrada a la REG2¡ALU: (RDAM).Una vez que están los dos datos en las dos entradas de la ALU, podemos sumar ambos datosde entrada y guardar el resultado en el ACC¡acumulador: (REG1)+(REG2). Obviamente,esta última µoperación no puede realizarse antes de que hayan finalizado las dos anteriores,ya que estaríamos sumando otra cosa.¿Se podrían realizar las dos primeras µoperaciones en paralelo? ¿Por qué? En caso negativo,modifique el camino de datos del computador elemental para que sea posible realizar las dosprimeras operaciones en paralelo.1 Véase la estructura del computador elemental del tema anterior.

¡¡Instrucciones, µoperaciones y µórdenesLa ejecución de cada µoperación implica laactivación de una serie de µórdenes.Las µórdenes controlan el camino de datos.La emisión de µórdenes es responsabilidad de launidad de control.µoperaciónµordenREG1 (ACC) OenACC, WenR1ACC (REG1)+(REG2) OpALU=SUMA, WenACCICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.26/47Para ejecutar cada µoperación, es necesario activar una serie de señales de control que hacenque el camino de datos realice la tarea esperada. Dichas señales de control se denominan tambiénµórdenes. La emisión de dichas µórdenes ha de estar perfectamente sincronizada para que el comportamientosea el adecuado. La responsabilidad de dicha emisión es la unidad de control, la cuallas genera en función de la µoperación en curso.Siguiendo con el ejemplo anterior, las µórdenes asociadas a cada µoperación son:Ejercicio(ACC). Para realizar esta µoperación, es necesario habilitar la salida del registroREG1¡ACC para que su contenido aparezca en el bus triestado y habilitar la escritura en elregistro REG1, de forma que en siguiente flanco de reloj se capture el dato presente en elbus. Esto se consigue activando las señales OenACC y WenR1.(REG1)+(REG2). En este caso es necesario actuar sobre la señal de control Op deACC¡la ALU para que realice la operación suma y activar la señal de habilitación de escrituraWen del registro ACC para que en el flanco de reloj capture el dato presente a la salida de laALU. Ambas operaciones se consiguen haciendo OpALU=SUMA y activando WenACC.SUMA es el valor binario de la señal de control Op de la ALU que hace que ésta sume. Sise usa la ALU mostrada en la página 13, SUMA tendrá que ser igual a 10b.¿Cuanto ha de durar cada µorden?

Instrucciones, µoperaciones y µórdenesInstrucción Ciclo µoperación µorden Ciclo relojCicloBásico deInstrucciónCiclo deCapturaCiclo deIndirecciónCiclo deOperaciónCiclo deEscrituraCiclo deExcepciónµopµop µopµop µopµopµopµop µopµopµopµopµop µopResumenµorµorµorµorµorµorµorµorµorµorµorµorµorµorµor µorµor µorT1T2T3T4T5T6T7T8T9T10ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.27/47En la transparencia se muestra una figura que resume todo lo anterior: Cada instrucción sedescompone en una serie de fases, cada fase en una serie de µoperaciones y en cada µoperación launidad de control genera una serie de µórdenes que controlan el camino de datos para la ejecuciónde la µoperación.

¡¡¡Interfaz con el exteriorLa CPU necesita instrucciones y datos.Memoria: Instrucciones y datos.E/S: Datos.Interfaz:Bus de direcciones.Bus de datos.Bus de control.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.28/47La CPU no es un ente aislado dentro del ordenador, sino que necesita el apoyo de varios componentespara su funcionamiento. Aparte de la fuente de alimentación, sin la cual no funcionaríasu circuitería, necesita una serie de dispositivos externos que le suministren un flujo continuo deinstrucciones y datos.Las instrucciones del programa se almacenan en una memoria RAM, de la cual la CPU lasobtiene ordenadamente. Los datos, en su mayoría, estarán almacenados también en memoria RAM,junto con el programa, aunque no revueltos con él. La CPU también puede obtener sus datos de lasunidades de entrada/salida, aunque como se verá al final del curso no es lo más común.Para comunicarse con estos dispositivos, cada CPU dispone de un interfaz, que si bien no esidéntico para todas, sí tiene bastantes elementos comunes. Todas las CPU tienen al menos:Un bus de direcciones. Este bus es unidireccional, con sentido desde la CPU hacia lamemoria (es decir, la CPU escribe en el bus y la memoria lo lee). Mediante este bus laCPU le indica a la memoria cuál es la posición que desea leer o escribir.Un bus de datos. Este bus es bidireccional (triestado) y por él circulan los datos entre lamemoria y la CPU. Cuando la CPU quiere escribir un dato, activa sus salidas y pone eldato a escribir en el bus. La memoria entonces lee el dato y lo almacena en la direcciónindicada por el bus de direcciones. Cuando la CPU quiere leer un dato, es la salida de lamemoria la que se activa, apareciendo en el bus el dato almacenado en la posición dememoria cuya dirección está presente en el bus de direcciones. La CPU entonces lee eldato del bus y lo almacena en un registro interno (p. ej. RDAM).El bus de control está formado por un conjunto de líneas que permiten a la CPU controlarla memoria y los dispositivos de E/S. Por ejemplo puede incorporar una señal OenRAMpara activar la salida de la RAM, WenRAM para activar su escritura, etc.

Interfaz con el exteriorDos parámetros muy importantes de la organizaciónde una CPU son:El ancho del bus de direcciones: p bits.El ancho del bus de datos: n bits.El primero influye sobre la capacidad de memoria dela CPU (direccionamiento).El segundo influye sobre sus prestaciones (ancho debanda, juego de instrucciones. . . ).ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.29/47

Interfaz con el exteriorCapacidad de direccionamiento:p bits2 p posiciones de memoria.Ejemplos:p (bits) posiciones16 65.536 (64 kp)20 1.048.576 (1 Mp)32 4.294.967.296 (4 Gp)Ojo: rango dir. con 16 bits = 0 a 65535.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.30/47Si el bus de direcciones tiene p bits, 1 como con p bits se pueden representar 2 p números, setienen 2 p posiciones distintas de memoria, desde la 0 a la 2 p 1. ¡Por ejemplo, si la CPU tiene 16 líneas en el bus de direcciones, el número de posiciones dememoria direccionables será de 2 p 65.536 o para abreviar 64 kposiciones. 2 Obviamente, el rango¢de posiciones de memoria estará comprendido entre 0 y 65535.1 Por tanto estará constituido por p cables. Se dice entonces que el bus de direcciones tiene unancho de p bits.2 Recuerde que cuando se trata de números binarios, el prefijo k quiere decir 1024 en lugarde 1.000. De la misma forma, el prefijo M quiere decir 2 20 1.048.576 en lugar de ¢ 1.000.000y G es 2 30 1.073.741.824. Normalmente a estos prefijos se les denomina kilo, Mega y Giga ¢aligual que a los prefijos de 1.000, 1.000.000 y 1.000.000.000. Esto da lugar a confusiones, a vecesmalintencionadas. Por ejemplo, los fabricantes de discos tienen la fea costumbre de especificar sustamaños en Megas o Gigas “decimales” en lugar de “binarios”, con lo cual un usuario despistadopuede comprarse un disco de 1 GB, y obtener 1.000.000.000 Bytes en lugar de 1.073.741.824 (un7.3 % menos, que no es poco). Otro ejemplo más fácil de comprobar es un diskette de 1,44 MB,que tiene exactamente 1.443.173 Bytes, en lugar de 1 44 2 20 ¢ 1.509.949. Para evitar este tipo deproblemas hay autores que sugieren cambiar los nombres de los prefijos “binarios” por kibi, Mebi¡ ¢y Gibi (el “bi” es de binario). Lamentablemente su propuesta no ha tenido mucho éxito.

¡¡¡Interfaz con el exteriorHoy en día el ancho del bus de datos suele sermúltiplo de 8 bits: 8, 16, 32, 64. . .Mayor ancho de busMayor ancho de banda.Un juego de instrucciones mayor.Mayor coste.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.31/47El hecho de que el ancho del bus de datos sea múltiplo de 8 bits se debe a que normalmente lamemoria se divide precisamente en bytes desde un punto de vista lógico. Es decir, cada posiciónde memoria lógica almacena un byte, de forma que sea capaz de contener un carácter ASCII oEBCDIC. 1 No obstante, aunque la CPU sólo necesite un byte, en la mayoría de las arquitecturas selee la palabra entera (del ancho del bus) y luego se selecciona el byte necesario dentro de la CPU.Como se dijo anteriormente, un mayor ancho del bus implica:Mayor ancho de banda. Por ancho de banda se entiende la cantidad de información que sepuede transmitir por el bus de datos por unidad de tiempo. Se suele medir en MB/s oGB/s. Así, si un sistema tiene un ancho de banda de ab MB/s, si se duplica el ancho de subus de datos, en un mismo periodo de tiempo estará transmitiendo el doble deinformación, con lo que el nuevo ancho de banda será 2 ab MB/s.¢Un juego de instrucciones mayor. Para mejorar la eficiencia, interesa que las instruccionesocupen una sola palabra. 2 Por tanto un mayor ancho del bus significa que existen más bitspara codificar las instrucciones.Mayor coste. Aumentar el ancho del bus significa aumentar el número de líneas de conexióncon la memoria. Obviamente esto no es gratis. Como siempre habrá que llegar a uncompromiso entre el presupuesto disponible y las prestaciones necesarias.1 En los primeros días de la informática existían códigos de caracteres de 6 bits (FIELDATA) ydichos ordenadores tenían buses de datos múltiplos de 6. Hoy en día, tal como se ha dicho antes,todos los ordenadores tienen buses con tamaños múltiplos de 8 bits, salvo algunos microcontroladoresde 4 bits usados en aplicaciones empotradas (electrodomésticos, automóviles).2 De hecho en los computadores RISC todas las instrucciones ocupan una sola palabra. En losCISC, hay instrucciones complejas que requieren más de una palabra.

Interfaz con el exteriorEl tamaño de la memoria es por tanto 2 p pal n bits/pal.Ejemplos:Si p=10 y n=16 ¿tamaño?2 10 pal 16 bitspal¡ 16kb ¡ 16kb1Byte8bitsUna memoria de 64 kB con n=32 ¿p?¡ 2kBytes2 p ¡ 64kB 8 bitsByte32bits ¢ pal¡ 16kpal p ¡ log2£ 16kpal¤ ¡ 14linICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.32/47El tamaño de la memoria se mide normalmente en kB (Kilo bytes) o en kb (kilo bits). 1Las decisiones típicas del diseñador son establecer qué cantidad de memoria y qué ancho debus de datos necesita para calcular el número de líneas que se precisan en el bus de direcciones.Ejercicios1. Ha decidido diseñar el microprocesador que va a desbancar al Pentium 4. Para ello hadecidido dotarlo de un bus de datos de 128 bits y quiere que tenga una capacidad de direccionamientode 5 GB. ¿Cuantas líneas de direcciones necesitará su supermicroprocesador?Recuerde que 1 GB son 2 30 Bytes.2. Si un ordenador tiene un bus de datos de 16 líneas y un bus de direcciones de 19 líneas¿Cuál es la máxima cantidad de memoria que se le puede conectar? Exprese dicha cantidaden bits y en Bytes.1 Ojo, es muy importante no confundir b (bits) con B (bytes).

Ejemplos de ejecución de instruccionesEn las siguientes transparencias se estudia laejecución de varias instrucciones.Se usa la arquitectura Elemental.Bus de datos: 16 bits. Bus de direcciones: 12 bits.El formato de la instrucción es:C.Op. Argumento15 12 11 0ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.33/47Para terminar este tema, se va a ilustrar la ejecución de varias instrucciones en una arquitecturaelemental como la discutida en el tema 1.Se supondrá que el bus de datos del procesador es de 16 bits y que el bus de direcciones es de12 bits, lo que supone una capacidad de direccionamiento de ¡8 kB!El formato de instrucción reserva los 4 primeros bytes para el código de operación (C. Op.).Este código es el que interpreta la unidad de control para averiguar qué instrucción acaba de leery por tanto qué es lo que tiene que hacer. Nótese que al ser el código de operación de 4 bits, elnúmero máximo de instrucciones posibles con este formato será de ¡2 4 16 instrucciones!¢

Ejecución de instrucciones. Add dirEjecución de: ADD direcciónSuma el contenido de dirección al acumulador yguarda el resultado en el acumulador.Codificación: ADD 7 0000 000000000111Ciclos o fases:1. Captación.2. Indirección.3. Operación.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.34/47La primera instrucción a discutir es: ADD dirección, en donde dirección será un númerode 12 bits almacenado en el campo “Argumento” de la instrucción.En este caso sencillo, el código de operación es sólo de 4 bits. Si se asigna el código 0000 parala instrucción ADD, la instrucción para sumar al acumulador el contenido de la posición de memorianúmero 7 se escribiría en código máquina como:0000 000000000111Como dicha ristra de ceros y unos es bastante difícil de recordar, es mejor usar el código ensamblador,que asigna el nemónico ADD a la operación de suma y escribe la dirección en decimal:ADD 7Obviamente para poder usar este código, será necesario usar un programa ensamblador que traduzcaADD 7 a 0000 000000000111 para así poder ejecutar la instrucción.La instrucción ADD dirección consta tan solo de tres fases:1. Captación. Lectura de la instrucción de la memoria.2. Indirección. Lectura del dato almacenado en dirección.3. Operación. Suma del dato con el acumulador.Obviamente cada ciclo estará compuesto por una serie de µoperaciones. En las siguientestransparencias se muestran cada una de estas µoperaciones. Junto a ellas se muestra el diagramade la arquitectura elemental con las unidades que intervienen en la µoperación dibujadas en colorrojo.

Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)RDIMICAIdea(CP)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.35/47Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)RDAMICAIdeaMem(RDIM)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.36/47

Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)RIICAIdea(RDAM)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.37/47Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)RDIMICAIdeaRI(11..0)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.38/47

Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)RDAM Mem(RDIM), R2 (ACC)ICAIdeaBus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.39/47Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)R1ICAIdea(RDAM)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.40/47

Ejecución de instrucciones. Add dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)ACCICAIdea(R1)+(R2)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.41/47Ejecución de instrucciones. Add dirEn resumen:FaseµoperaciónCaptura RDIM (CP)RDAMRI(RDAM)Mem(RDIM)Indirección RDIM RI(11..0)RDAM Mem(RDIM), R2 (ACC)R1(RDAM)Operación ACC (R1)+(R2)¿Falta algo por hacer?ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.42/47

Como se puede apreciar, la instrucción precisa 7 ciclos de reloj y dos accesos a memoriaexterna para ejecutarse.La fase de captura consta de una primera µoperación para transferir el contenido del contadorde programa al registro de dirección de memoria (RDIM). A continuación se esperará un tiempoprudencial para que la memoria pueda servirnos el dato pedido en el bus de datos y almacenarlo enel registro de datos de memoria (RDAM). 1 Por último, el contenido del RDAM se copia al registrode instrucción RI para proceder a su decodificación.Una vez decodificada la instrucción, ya se sabe que es la instrucción ADD dir y por tantose procede a copiar el campo argumento de la instrucción al RDIM para leer el dato a sumar.En el siguiente ciclo de reloj se pueden realizar dos µoperaciones en paralelo, una para transferirel dato desde la memoria y otra para transferir el acumulador al registro R2 de la ALU. Esto esposible porque ambas µoperaciones no comparten ninguna unidad funcional de la CPU. La últimaµoperación del ciclo de indirección consiste en llevar el dato desde el RDAM al R1 de la ALU paraque se pueda proceder a su suma.El ciclo de operación consiste simplemente en la suma del contenido de los registros R1 y R2y su almacenamiento en la ALU.Nótese que falta aún algo por hacer. Después de la fase de operación viene la fase de captaciónde la siguiente instrucción, pero para ello hay que incrementar antes el contador de programa CP.1 Nótese que este registro es de doble puerto, es decir, tiene una conexión con el bus de datosexterno y otra con el bus interno. Esto se consigue colocando dos puertas triestado a su salida: unapara el bus interno y otra para el externo. Además necesitará dos entradas, una que provenga delbus interno y otra del externo. Se deja como ejercicio el diseño de dicho registro.Ejecución de instrucciones. Add dirFalta por incrementar el CP para que apunte a lasiguiente instrucción.Dos alternativas:Usar la ALU.Usar un sumador adicional.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.43/47

¡¡Para hacer que el contador de programa CP apunte a la siguiente instrucción, basta con sumarle1 a su contenido. Para ello tenemos dos alternativas:EjerciciosUsar la ALU. Esta es la opción más barata, aunque como siempre la más lenta, puesnecesitaría una serie de µoperaciones adicionales. Además sería necesario colocar unmultiplexor en una de las entradas de la ALU, por ejemplo la segunda, para que sumaseun valor constante (1) o el valor almacenado en el registro R2; según se tratase de unaoperación de suma o de un incremento del CP.Usar un sumador adicional. Esta es la opción utilizada en todos los procesadores. Consisteen colocar un sumador asociado al registro CP para que sume 1 cada ciclo de instrucción.Obviamente, como dicho sumador es de uso exclusivo, dicha operación puede realizarseen paralelo con cualquier otra µoperación en la que no intervenga el CP, que son casi todas.1. Enumere todos los registros de la arquitectura usada (excepto el R_Est), indicando sunúmero de bits.2. Modifique la arquitectura elemental para poder incrementar el contador de programa. Puedeusar cualquiera de las dos alternativas presentadas.3. Con la arquitectura elemental modificada en el ejercicio anterior, escriba las µoperacionesnecesarias para ejecutar la instrucción ADD dir, incluyendo el incremento del contador deprograma.4. Escriba las µórdenes asociadas a las µoperaciones de la instrucción anterior. Para ello tengaen cuenta que todos los registros tienen incorporadas las señales de control Oen y Wen,aunque no se han mostrado en las figuras anteriores para simplificar el esquema. Ademásel registro RDAM, como es de doble puerto, tiene dos señales de habilitación de salida,OenInt para conectarse al bus interno y OenExt para conectarse al bus de datos externo.De la misma forma tiene dos señales de habilitación de escritura: WenInt y WenExt, paracaptar un dato del bus interno o del bus de datos externo, respectivamente.

Ejecución de instrucciones. JMP dirEjecución de: JMP direcciónLa siguiente instrucción a ejecutar será la localizadaen direcciónCodificación: JMP 2Bh 0001 000000101011Ciclos o fases:1. Captación.2. Operación.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.44/47Esta instrucción permite alterar el orden de ejecución del programa, saltando la ejecución a ladirección especificada en el argumento de la instrucción.Para su codificación se ha utilizado el código de operación 0001.La instrucción no necesita leer más datos de memoria, pues la dirección de salto está contenidaen la propia instrucción. Por tanto, la fase de indirección no es necesaria.La fase de captación es idéntica para todas las instrucciones, por lo que vale lo explicado parala instrucción de suma. La fase de operación consiste simplemente en transferir el argumento de lainstrucción al contador de programa. En las siguientes transparencias se muestran las µoperacionesnecesarias para ejecutar la instrucción y el diagrama de bloques del computador elemental con loselementos involucrados en la fase de operación en color rojo.

Ejecución de instrucciones. JMP dirFase µoperaciónCaptura RDIM (CP)RDAM Mem(RDIM)RI (RDAM)Operación CP RI(11..0)ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.45/47Ejecución de instrucciones. JMP dirBus de DireccionesAccCPUR_EstCPRDIMALUUnidadde controlMemoriaR1R2RIRDAMBus Interno (Datos y direcciones)CPICAIdeaRI(11..0)Bus de DatosEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.46/47

Ejecución de instrucciones. STA dirEjecución de: STA direcciónAlmacena el contenido del acumulador en direcciónCiclos o fases:1. Captación.2. Escritura.Ejercicio: Escribir las µoperaciones de la instrucción.ICAIdeaEstructura de Computadores Capítulo 2: Elementos y operaciones básicas.– p.47/47Este último ejemplo consiste en desarrollar una instrucción para almacenar el contenido delregistro Acc en la memoria.La instrucción no necesita operandos, pues la dirección donde hay que almacenar el acumuladorestá en el argumento de la instrucción. Además tampoco se necesita realizar ningunaoperación. Por tanto la instrucción sólo consta de dos fases: captación y escritura.EjercicioEscriba las µoperaciones necesarias para ejecutar la instrucción STA dirReferenciasPatterson, D. A. y Hennessy, J. L. (2000). Estructura y diseño de computadores. Interficie circuitería/programación.Reverté.