Lección 7: El CPU y el ciclo de búsqueda-decodificación-ejecución
Tenemos los dos ingredientes: una unidad de cómputo (la ALU de la lección sobre lógica combinacional) y memoria rápida (los registros de la lección sobre memoria). Ahora los ensamblaremos en un CPU completo y veremos cómo ejecuta un programa, instrucción tras instrucción. Conoceremos sus partes: la
El CPU es un trabajador incansable que repite el mismo ciclo sin pausa: trae la siguiente instrucción, entiende qué dice, ejecútala, avanza a la siguiente. El reloj marca el ritmo con su tamborileo, y el contador de programa señala en qué punto del código estamos.
- CPU (unidad central de procesamiento)
- La unidad central que ejecuta programas: trae instrucciones de la memoria, las decodifica y las ejecuta con ayuda de la ALU y los registros, una tras otra.
- Unidad de control
- El director de orquesta del CPU: decodifica cada instrucción y envía señales que dirigen a la ALU, los registros y la memoria para realizar los pasos correctos en el orden correcto.
- Banco de registros
- El conjunto de registros dentro del CPU, que guardan los valores sobre los que operan las instrucciones en ese momento — la memoria más rápida y más cercana a la ALU.
- Contador de programa (Program Counter)
- Un registro especial que guarda la dirección de la siguiente instrucción a traer. Normalmente avanza a la instrucción siguiente; un salto simplemente le escribe una dirección distinta.
- Registro de instrucción (Instruction Register)
- Un registro que guarda la instrucción actual traída de la memoria, para que la unidad de control pueda decodificarla y ejecutarla.
- Ciclo de reloj
- Un solo pulso del reloj del CPU que marca el ritmo de todas las operaciones. Un CPU moderno realiza miles de millones de ciclos de reloj por segundo (gigahercios).
- Búsqueda-decodificación-ejecución
- El ciclo básico del CPU: trae la instrucción a la que apunta el contador de programa, decodifica qué dice, ejecútala, avanza el contador — y repite.
- Bus
- Un conjunto de cables que transporta datos, direcciones y señales de control entre el CPU, la memoria y otros componentes — el 'camino' por el que fluye la información.
- Modelo de von Neumann
- Una arquitectura en la que el código (las instrucciones) y los datos se guardan juntos en la misma memoria, y el CPU trae de ahí tanto instrucciones como datos a través de los mismos buses.
