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Búsqueda y ejecución de una instrucción a partir de la arquitectura Von Neumann paso a paso.

La arquitectura de Von Neumann, con la que están construidos los ordenadores actuales, supone la utilización de una unidad central de procesamiento o CPU, que contiene una unidad aritmético lógica capaz de llevar a cabo cálculos matemáticos sencillos, un conjunto de registros que permiten el almacenamiento temporal de datos y direcciones de memoria, y una unidad de control que se encarga de recoger las instrucciones desde la memoria principal, de decodificarlas y ejecutarlas.

Además, este modelo de arquitectura también propone la existencia de una memoria principal en la que residen los datos y las instrucciones, y de un bus de entrada y salida que permite cargar los programas y los datos desde un medio de almacenamiento externo y entregar un resultado.

Pero, ¿Cómo funciona el procesador?

Vamos a explicarlo de una forma simple, para que se entienda, pero es un proceso mucho más complicado, en el que intervienen más registros de los que aquí se enumeran.

Sumario

  • Fase de búsqueda de la Instrucción.
  • Fase de ejecución de la Instrucción.

A partir de la arquitectura de Von Neumann, se describe paso a paso (cada paso está numerado) cómo se realiza la búsqueda y la ejecución de la siguiente instrucción, que suma los contenidos de las posiciones de memoria 33 y 992, y almacena el resultado en la posición de memoria 993:

SUMAR 033 992 993

Fase de búsqueda de la Instrucción.

Paso 1:
El Contador de programas, a través del bus de direcciones, enviá la orden de búsqueda al Registro de Memoria, de la instrucción correspondiente, a través del Selector, que en este caso es SUMAR.

Paso 2:
La instrucción encontrada, se guarda en la Memoria de intercambio.

Paso 3:
La Memoria de intercambio remite la instrucción al Registro de Instrucciones.

Paso 4:
El Registro de Instrucciones la envía al decodificador, que determina que tipo de instrucción es , en este caso determinará que es una SUMA, y la envía al secuenciador, donde espera que se busquen los operandos.

Paso 5:
La instrucción se guarda en el Registro de estado y se envía orden de búsqueda de los operandos.

Fase de ejecución de la Instrucción.

Paso 1:
El registro de instrucciones solicita, al registro de dirección de memoria, la ubicación del primer operando, que en este caso es la posición de memoria 033.

Paso 2:
A través del selector se busca, en la memoria principal, la posición de memoria indicada 033, donde está el operando, y este se manda a la memoria de intercambio.

Paso 3:
La memoria de intercambio la manda a la entrada correspondiente de la Unidad Aritmético-Lógica a la espera del segundo operando.

Paso 4:
De nuevo se repite el proceso. El registro de instrucciones solicita, al registro de dirección de memoria, la ubicación del segundo operando, posición 992 de la memoria principal.

Paso 5:
A través del selector se busca, en la memoria principal, el operando ubicado en esa posición y se manda a la memoria de intercambio.

Paso 6:
La memoria de intercambio la manda a la entrada correspondiente de la Unidad Aritmético-Lógica.

Paso 7:
La Unidad Aritmético-Lógica, con la instrucción y los operandos, realiza el cálculo correspondiente.

Paso 8:
Una vez lo ha hecho, lo envía al registro de memoria de intercambio.

Paso 9:
El registro de instrucción le pide la ubicación, para guardar el resultado en la memoria principal, que en este caso es la posición de memoria 993.

Paso 10:
El registro de memoria de intercambio almacena el dato del resultado donde le indica el registro de memoria. Posición de Memoria 993.

Y así termina el ciclo. Esta explicación es bastante «reduccionista», pero servirá para comprender, básicamente, como funciona el proceso de la ejecución de una instrucción en una arquitectura Von Neumann.

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