Funcionamiento de los registros del procesador, de los buses de datos, direccion y control

Funcionamiento de los registros del procesador, de los buses de datos, direccion y control:

Registros Del Procesador

Registro del procesador
En arquitectura de computadora, a registro del procesador es una cantidad pequeña de almacenaje disponible en CPU de quién contenido se puede alcanzar más rápidamente que el almacenaje disponible a otra parte. La mayoría, pero no todos, las arquitecturas de computadora modernas funcionan encendido el principio de datos móviles desde memoria central en los registros, funcionándolos encendido, entonces moviendo el resultado nuevamente dentro de la memoria-uno principal supuesta carga-almacene la arquitectura. Una característica común de programas de computadora es lugar de la referencia: los mismos valores están alcanzados a menudo en varias ocasiones; y llevar a cabo estos valores con frecuencia usados en registros mejora funcionamiento de la ejecución de programa.
Los registros del procesador están en la tapa del jerarquía de la memoria, y proporcione la manera más rápida para a CPU a los datos del acceso. El término es de uso frecuente referirse solamente al grupo de los registros que se codifican directamente como parte de una instrucción, según lo definido por sistema de instrucción. Más correctamente, éstos se llaman los “registros arquitectónicos”. Por ejemplo, x86 el sistema de instrucción define un sistema de ocho 32 registros del pedacito, pero a CPU que los instrumentos el sistema de instrucción x86 contendrán a menudo muchos más registros que apenas estos ocho.
El asignación de variables con frecuencia usadas a los registros puede ser crítico al funcionamiento de un programa. Esta acción, a saber asignación del registro es realizado por a recopilador en cifre la generación fase.
Categorías de registros
Los registros son medidos normalmente por el número de pedacitos pueden sostener, por ejemplo, “pedacito 8 registro " o “pedacito 32 registro ". Los registros ahora se ponen en ejecución generalmente como a archivo del registro, solamente también se han puesto en ejecución usando a individuo flip-flop, de alta velocidad memoria.

Registros
Son un espacio de memoria muy reducido pero necesario para cualquier microprocesador, de aquí se toman los datos para varias operaciones que debe realizar el resto de los circuitos del procesador. Los registros sirven para almacenar los resultados de la ejecución de instrucciones, cargar datos desde la memoria externa o almacenarlos en ella.
Aunque la importancia de los registros parezca trivial, no lo es en absoluto. De hecho una parte de los registros, la destinada a los datos, es la que determina uno de los parámetros más importantes de cualquier microprocesador. Cuando escuchamos que un procesador es de 4, 8, 16, 32 o 64 bits, nos estamos refiriendo a procesadores que realizan sus operaciones con registros de datos de ese tamaño, y por supuesto, esto determina muchas de las potencialidades de estas máquinas.
Mientras mayor sea el número de bits de los registros de datos del procesador, mayores serán sus prestaciones, en cuanto a poder de cómputo y velocidad de ejecución, ya que este parámetro determina la potencia que se puede incorporar al resto de los componentes del sistema, por ejemplo, no tiene sentido tener una ALU de 16 bits en un procesador de 8 bits.
Por otro lado un procesador de 16 bits, puede que haga una suma de 16 bits en un solo ciclo de máquina, mientras que uno de 8 bits deberá ejecutar varias instrucciones antes de tener el resultado, aun cuando ambos procesadores tengan la misma velocidad de ejecución para sus instrucciones. El procesador de 16 bits será más rápido porque puede hacer el mismo tipo de tareas que uno de 8 bits, en menos tiempo.

Unidad de control
Esta unidad es de las más importantes en el procesador, en ella recae la lógica necesaria para la decodificación y ejecución de las instrucciones, el control de los registros, la ALU, los buses y cuanta cosa más se quiera meter en el procesador.
La unidad de control es uno de los elementos fundamentales que determinan las prestaciones del procesador, ya que su tipo y estructura, determina parámetros tales como el tipo de conjunto de instrucciones, velocidad de ejecución, tiempo del ciclo de máquina, tipo de buses que puede tener el sistema, manejo de interrupciones y un buen número de cosas más que en cualquier procesador van a parar a este bloque.
Por supuesto, las unidades de control, son el elemento más complejo de un procesador y normalmente están divididas en unidades más pequeñas trabajando de conjunto. La unidad de control agrupa componentes tales como la unidad de decodificación, unidad de ejecución, controladores de memoria cache, controladores de buses, controladores de interrupción, pipelines, entre otros elementos, dependiendo siempre del tipo de procesador.

Unidad aritmético-lógica
Como los procesadores son circuitos que hacen básicamente operaciones lógicas y matemáticas, se le dedica a este proceso una unidad completa, con cierta independencia. Aquí es donde se realizan las sumas, restas, y operaciones lógicas típicas del álgebra de Boole.
Actualmente este tipo de unidades ha evolucionado mucho y los procesadores más modernos tienen varias ALU, especializadas en la realización de operaciones complejas como las operaciones en coma flotante. De hecho en muchos casos le han cambiado su nombre por el de “coprocesador matemático”, aunque este es un término que surgió para dar nombre a un tipo especial de procesador que se conecta directamente al procesador más tradicional.
Su impacto en las prestaciones del procesador es también importante porque, dependiendo de su potencia, tareas más o menos complejas, pueden hacerse en tiempos muy cortos, como por ejemplo, los cálculos en coma flotante.
Esto no siempre funciona, puesto que se necesita de un termoresistor para compensar su registro de memoria, por lo que este termoresistor se puede sustituir por un transductor se presencia, para que su memoria de registro no sea complaciente para su velocidad de registro.

Buses
Son el medio de comunicación que utilizan los diferentes componentes del procesador para intercambiar información entre sí, eventualmente los buses o una parte de ellos estarán reflejados en los pines del encapsulado del procesador.
En el caso de los microcontroladores, no es común que los buses estén reflejados en el encapsulado del circuito, ya que estos se destinan básicamente a las E/S de propósito general y periféricos del sistema.
Existen tres tipos de buses:
Dirección: Se utiliza para seleccionar al dispositivo con el cual se quiere trabajar o en el caso de las memorias, seleccionar el dato que se desea leer o escribir.
Datos.
Control: Se utiliza para gestionar los distintos procesos de escritura lectura y controlar la operación de los dispositivos del sistema.

Conjunto de instrucciones
Aunque no aparezca en el esquema, no podíamos dejar al conjunto o repertorio de instrucciones fuera de esta fiesta, porque este elemento determina lo que puede hacer el procesador.
Define las operaciones básicas que puede realizar el procesador, que conjugadas y organizadas forman lo que conocemos como software. El conjunto de instrucciones vienen siendo como las letras del alfabeto, el elemento básico del lenguaje, que organizadas adecuadamente permiten escribir palabras, oraciones y cuanto programa se le ocurra.
Existen dos tipos básicos de repertorios de instrucciones, que determinan la arquitectura del procesador: CISC y RISC.
CISC, del inglés Complex Instruction Set Computer, Computadora de Conjunto de Instrucciones Complejo. Los microprocesadores CISC tienen un conjunto de instrucciones que se caracteriza por ser muy amplio y que permiten realizar operaciones complejas entre operandos situados en la memoria o en los registros internos. Este tipo de repertorio dificulta el paralelismo entre instrucciones, por lo que en la actualidad, la mayoría de los sistemas CISC de alto rendimiento, convierten las instrucciones complejas en varias instrucciones simples del tipo RISC, llamadas generalmente microinstrucciones.
Dentro de los microcontroladores CISC podemos encontrar a la popular familia INTEL -51 y la Z80, aunque actualmente existen versiones CISC-RISC de estos microcontroladores, que pretenden aprovechar las ventajas de los procesadores RISC a la vez que se mantiene la compatibilidad hacia atrás con las instrucciones de tipo CISC.
RISC, del inglés Reduced Instruction Set Computer, Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducido. Se centra en la obtención de procesadores con las siguientes características fundamentales:
Instrucciones de tamaño fijo.
Pocas instrucciones.
Sólo las instrucciones de carga y almacenamiento acceden a la memoria de datos.
Número relativamente elevado de registros de propósito general.
Una de las características más destacables de este tipo de procesadores es que posibilitan el paralelismo en la ejecución, y reducen los accesos a memoria. Es por eso que los procesadores más modernos, tradicionalmente basados en arquitecturas CISC implementan mecanismos de traducción de instrucciones CISC a RISC, para aprovechar las ventajas de este tipo de procesadores.
Los procesadores de los microcontroladores PIC son de tipo RISC.