PDF de programación - Seguimiento de una instrucción en una CPU

SEGUIMIENTO DE UNA
INSTRUCCIÓN EN UNA

CPU

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• Vamos a simular a los grandes fabricantes de

CPUs:
– INTEL
– MOTOROLA

• Los dos se basan en el modelo de Von

Neumann:
– El programa y los datos están almacenados en la

memoria del ordenador.

• Crearemos la CPU BLUME

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• La CPU BLUME está desarrollada como una

máquina de Von Newmann:

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• La CPU BLUME tendrá las siguientes instrucciones:

1ª) 001  Borrar registro AX
2ª) 010  Borrar registro BX
3ª) 011  Suma AX + BX y lo deja en AX
4ª) 100  Cambia contenido de AX y BX
5ª) 101  Suma AX + Contenido de una posición de

memoria y el resultado lo deja en AX

6ª) 110  Salta a la posición de memoria que viene a

continuación

7ª) 111  Fin de programa

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• LA MEMORIA de

nuestra CPU
BLUME contiene:

• 15 posiciones de

memoria.

• En cada posición de

memoria cabe 1
Byte

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• Cargamos LA

MEMORIA de la
CPU BLUME con el
siguiente contenido:

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Y le damos al botón de Empezar la ejecución

de nuestra CPU

Nos fijaremos en que pasa en la unidad de

control.

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Aquí tenemos la Unidad de Control

y la Memoria Central cargada

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Primer ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0001

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Primer ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0001
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción:

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Segundo ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenia
0001 y pasa a tener 0002.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 001.

•Los Registros AX y BX pueden tener cualquier cosa.

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Segundo ciclo de Reloj:

•El decodificador sabe que la instrucción 001 es:
•1  001 Borrar registro AX

•El decodificador se encarga directamente de cargar un 0 en el
Registro AX
•Aquí ha acabado la primera instrucción.

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•La instrucción: 1  001 Borrar registro AX
•Ha sido ejecutada en 2 ciclos de Reloj.

•La CPU sigue ejecutando la siguiente instrucción.

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Tercer ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0002

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Tercer ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0002
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción:

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Cuarto ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
0002 y pasa a tener 0003.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 010.

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Cuarto ciclo de Reloj:

•El decodificador sabe que la instrucción 010 es:
•2  010 Borrar registro BX

•El decodificador se encarga directamente de cargar un 0 en el
Registro BX
•Aquí ha acabado la Segunda instrucción.

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•La instrucción: 2  010 Borrar registro BX
•Ha sido ejecutada en 2 ciclos de Reloj.

•La CPU sigue ejecutando la siguiente instrucción.

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Quinto ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0003

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Quinto ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0003
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción:

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Sexto ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
0003 y pasa a tener 0004.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 110.

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Sexto ciclo de Reloj:

•El decodificador sabe que la instrucción 110 es:

•6  110  Salta a la posición de memoria que viene a
continuación.

•Por tanto, necesito otra lectura a la memoria, a lo que marca el
Contador de Programa, la posición 0004 pero en otro Ciclo de Reloj

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Séptimo ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 0004
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción

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Séptimo ciclo de Reloj:

•El decodificador sabe que la instrucción 110 debe dar un salto a
otra instrucción.
•El contenido 1010 va a ser a lo que tiene que apuntar el contador de
programa

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Séptimo ciclo de Reloj:

•Por lo tanto, el Contador de programa pasa a tener el valor 1010
•Ya ha terminado esta tercera instrucción.
•La instrucción ha usado 3 ciclos de reloj para ejecutarse: quinto,
sexto y séptimo.

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Octavo ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 1010
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción:

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Noveno ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
1010 y pasa a tener 1011.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 101.

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Noveno ciclo de Reloj:

•la instrucción 101 es:

•5  101 Suma AX + Contenido de una posición de memoria
y el resultado lo deja en AX.

•Necesito otro dato  debo hacer otra lectura a la memoria, a lo
que marca el Contador de Programa, la posición 1011 pero en otro
Ciclo de Reloj

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Décimo ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 1011
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción:

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Undécimo ciclo de Reloj:

• Tenemos que saber el contenido de la dirección 0110:

•Por tanto, en otro ciclo de reloj, se carga en otro registro
auxiliar de la unidad aritmético lógica, el contenido pedido de la
dirección 0110, en nuestro caso 111

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Decimosegundo ciclo de Reloj:

•Ya tenemos todos los datos para ejecutar la instrucción 101:
•Suma AX + Contenido de una posición de memoria y el
resultado lo deja en AX.
•Suma 0 + 111  el resultado lo deja en AX
•Esta suma la realiza la unidad aritmético lógica.

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Decimosegundo ciclo de Reloj:

El contador de Programa se incrementa.
El Registro AX pasa a tener el valor del resultado de la operación:
111
Ya ha terminado esta cuarta instrucción.
La instrucción ha usado 5 ciclos de reloj para ejecutarse: octavo,
noveno, décimo, undécimo y decimosegundo.

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13 ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 1100
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción

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14 ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
1100 y pasa a tener 1101.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 100.

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14 ciclo de Reloj:

•la instrucción 100 es:
4  100  Cambia contenido de AX y BX
Ya puedo hacerlo directamente en este ciclo de reloj.

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•La instrucción: 100  Cambia contenido de AX y BX
•Ha sido ejecutada en 2 ciclos de Reloj.

•La CPU sigue ejecutando la siguiente instrucción.

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15 ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 1101
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción

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16 ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
1101 y pasa a tener 1110.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 011.

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16 ciclo de Reloj:

•la instrucción 011 es:
3  011 Suma AX + BX y lo deja en AX
Ya puedo hacerlo directamente en este ciclo de reloj ayudándome de
la unidad aritmético lógica.

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16 ciclo de Reloj:

•Quedando los registro AX y BX como vemos.
•Esta instrucción se ha ejecutado en dos ciclos de reloj
•La CPU sigue trabajando.

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17 ciclo de Reloj:

•El contador de programa contiene 1110
•Los buses llevan el contenido de la posición de memoria que marca
el contador de programa al Registro de Instrucción

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17 ciclo de Reloj:

•El contador de programa se incremente automáticamente. Tenía
1110 y pasa a tener 1111.
•Lo que hay en el Registro de instrucción, pasa a ser evaluado por el
Decodificador.

•El decodificador sabe que lo que hay es una instrucción, la 111.

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17 ciclo de Reloj:

•la instrucción 111 es:
111  Fin de programa
La CPU para el programa. Fin de ejecución.

El resultado final de los registros es el siguiente:

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