Arquitectura de la CPU: Funcionamiento y Componentes del Sistema

Funcionamiento de la CPU

Para que la CPU pueda ejecutar un programa, es necesario que este se encuentre alojado en su memoria central. Desde allí, extrae en secuencia cada una de sus instrucciones, las analiza y emite las órdenes necesarias al resto de los componentes que deben intervenir para completar su ejecución.

La Unidad Central de Proceso está integrada en el procesador central o microprocesador y se acompaña de una pequeña cantidad de registros de memoria necesarios para su funcionamiento. Por tanto, dentro del microprocesador deben existir dos unidades fundamentales:

• La Unidad de Control: Se encarga de ejecutar los programas, controlando su secuencia, interpretando y ejecutando sus instrucciones. Asimismo, gestiona el resto de los componentes, como los periféricos, la memoria y la información a procesar, según lo requieran las instrucciones.
• La Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Realiza los cálculos matemáticos y las operaciones lógicas necesarias para el funcionamiento del sistema.

Memoria Central (RAM)

La memoria central, conocida como RAM (Random Access Memory), almacena los datos y las instrucciones de los programas que deben ejecutarse, así como toda la información que el sistema necesite para su funcionamiento. Está constituida por un grupo de registros capaces de retener información mientras el ordenador se encuentre encendido; al apagarse, su contenido se pierde.

Sistemas de Entrada/Salida

Los sistemas de Entrada/Salida son circuitos electrónicos que permiten el intercambio de información entre la CPU y los periféricos:

• Unidades de entrada: Se utilizan para cargar programas y datos en la memoria principal desde los periféricos de entrada.
• Unidades de salida: Se utilizan para extraer los resultados de los procesos realizados a través de los periféricos de salida.

Buses del Sistema

Los buses del sistema son el conjunto de circuitos eléctricos que conectan la CPU con el resto de las unidades para comunicarse entre sí. Cada bus es un conjunto de cables o pistas de un circuito integrado que permiten la transmisión en paralelo de la información. Existen tres clases distintas de buses:

• Bus de instrucciones y datos: Utilizado para trasladar tanto instrucciones como datos desde la memoria RAM al resto de los componentes del ordenador y viceversa.
• Bus de control: La CPU transmite por él las órdenes (microórdenes) al resto de las unidades y recibe de ellas señales indicando su estado.
• Bus de direcciones: Por él se transmiten las direcciones de destino de los datos que se envían por el bus de datos.

Ejemplo de interacción

Para entender su funcionamiento, consideremos el siguiente caso: cuando la CPU debe obtener información contenida en una posición de memoria, indica su dirección mediante el bus de direcciones y envía una señal de lectura por el bus de control. A continuación, recibe dicha información a través del bus de datos.