Conceptos de Programación y CPU

Conceptos del Programa

• Los sistemas cableados no son flexibles.
• El hardware de uso general puede realizar distintas funciones según las señales de control aplicadas.
• En lugar de configurar el hardware, se proporciona un nuevo conjunto de señales de control.

¿Qué es un programa?

• Una secuencia de pasos.
• Para cada paso, se realiza una operación aritmética o lógica.
• Para cada operación, se necesita un nuevo conjunto de señales de control.

Funcionamiento de la Unidad de Control

• Se proporciona un único código para cada operación.
• Ejemplo: ADD, MOVE
• Un segmento del hardware acepta el código y lanza las señales de control.
• Ya se tiene un computador.

Componentes

• La unidad de control y la unidad aritmética y lógica constituyen la unidad central de procesamiento (CPU).
• Los datos y las instrucciones deben introducirse en el sistema y se proporcionan los resultados mediante los componentes de entrada/salida.
• Se necesita un sitio para almacenar temporalmente las instrucciones y los datos: Memoria principal.

Componentes del Computador

• Se muestran los componentes de una computadora: CPU, memoria y módulo de E/S.
• Se especifican los registros (PC, MAR, MBR, E/S AR, E/S BR, IR) y su función.

Ciclo de Instrucción Básico

• Dos pasos: Captación y Ejecución.
• Presenta un diagrama del ciclo mostrando los pasos.

Ciclo de Captación

• El contador de programa (PC) contiene la dirección de la instrucción que se debe captar a continuación.
• El procesador capta la instrucción que indica el PC desde la memoria.
• El registro PC se incrementa, a no ser que se indique lo contrario.
• Esta instrucción se carga en el registro de instrucción (IR).
• El procesador interpreta la instrucción y lleva a cabo la acción requerida.

Ciclo de Ejecución

• Procesador-memoria: Transferencia de datos desde la CPU a la memoria.
• Procesador-E/S: Transferencias de datos entre la CPU y un módulo de E/S.
• Procesamiento de datos: Realización de alguna operación aritmética o lógica con los datos.
• Control: Alteración de la secuencia de ejecución, por ejemplo, la instrucción de salto.
• Combinación de estas acciones.

Diagrama de Estados del Ciclo de Instrucción

• Se muestra un diagrama de flujo que describe los estados y transiciones del ciclo de instrucción.
• Muestra la captación de la instrucción, la captación del operando, el almacenamiento del operando, los cálculos de direcciones, la decodificación de la operación, las operaciones con los datos, el cálculo del resultado y la comprobación de interrupciones.

Ejemplo de Ejecución de Programa

• Se muestra un ejemplo de una ejecución de programa con la modificación de los datos en la memoria y los registros de la CPU.

Interrupciones

• Mecanismo mediante el que otros módulos (Ejemplo: E/S) pueden interrumpir el procesamiento normal de la CPU.
• Ejemplo: desbordamiento aritmético (“overflow”), división por cero.
• Temporización: Generadas por un temporizador interno al procesador.
• Permite realizar ciertas funciones de manera regular.
• E/S: Generadas por un controlador E/S.
• Fallo de hardware, por ejemplo, error de paridad en la memoria.

Flujo de Control de un Programa

• Se muestran tres diagramas de flujo que representan diferentes escenarios de flujo de control en un programa: sin interrupción, interrupción corta y larga.

Ciclo de Interrupción

• Añadido al ciclo de instrucción.
• El procesador comprueba si se ha generado alguna interrupción.
• Si hay alguna interrupción pendiente: se suspende la ejecución del programa en curso, se guarda su contexto y se carga el PC con la dirección de inicio de una rutina de manejo de interrupción.
• Después de procesar la interrupción, el procesador restaura el contexto anterior y continúa con el programa original.

Diagrama de Estados de un Ciclo de Instrucción con Interrupciones

• Describe las transiciones y los estados de un ciclo de instrucción con manejo de interrupciones.
• Muestra cómo se manejan las interrupciones en un ciclo de instrucción.

Interrupciones Múltiples

• Las interrupciones se manejan en un orden secuencial estricto.
• Definir prioridades: una interrupción de prioridad más alta puede interrumpir a un gestor de interrupción de prioridad menor.
• Cuando se ha generado la interrupción de prioridad más alta, el procesador vuelve a la interrupción previa.

Procesamiento de una Secuencia de Interrupciones

• Se muestra un diagrama que representa el procesamiento de una secuencia de interrupciones por parte de los gestores de interrupción, mostrando el diagrama de flujo.

Procesamiento de Interrupciones Anidadas

• Se muestra un diagrama que representa la secuencia de interrupciones anidadas donde los gestores de interrupciones se pueden interrumpir entre sí.