Ciclo de instrucción en la CPU: fases de búsqueda y ejecución paso a paso

Ciclo de instrucción: fase de búsqueda

En la fase de búsqueda se realizan los siguientes pasos:

1. La unidad de control envía una microorden para que el contenido del registro contador de programa, que contiene la dirección de la siguiente instrucción, sea transferido al registro de dirección de memoria.
2. La posición de memoria que figura en el registro de dirección de memoria es utilizada por el selector para transferir su contenido al registro de intercambio de memoria.
3. Se transfiere la instrucción desde el registro de intercambio de memoria al registro de instrucción.
4. Posteriormente, el decodificador procede a interpretar la instrucción que acaba de llegar al registro de instrucción; en este caso, SUMAR, quedando dispuesto para la activación del circuito sumador de la ALU e informando al secuenciador.
5. El registro contador de programa se autoincrementa en un valor de 1 (o n en el caso de que ésta sea la longitud de la palabra), de tal forma que quede apuntando a la siguiente instrucción situada consecutivamente en memoria. Si la instrucción en ejecución es de ruptura de secuencia, el contador de programa se cargará con la dirección que corresponda.

Ciclo de instrucción: fase de ejecución

La fase de ejecución se realiza en los siguientes pasos. Hay que tener en cuenta que, si la instrucción no tuviese operandos, los pasos del 1 al 6 y el paso 8 se omitirían:

1. Se transfiere la dirección del primer operando desde el registro de instrucción al registro de dirección de memoria.
2. El selector extrae de la memoria dicho dato, depositándolo en el registro de intercambio de memoria.
3. Se lleva este operando desde ese registro de intercambio de memoria al registro de entrada 1 de la ALU.
4. Se transfiere la dirección del segundo operando desde el registro de instrucción al registro de dirección de memoria.
5. El selector extrae de la memoria dicho dato y lo deposita en el registro de intercambio de memoria.
6. Se lleva este operando desde este registro al registro de entrada 2 de la ALU.
7. El secenciador envía una microorden a la ALU para que se ejecute la operación. El resultado de la operación queda almacenado en el acumulador.
8. Este resultado se envía desde el acumulador al registro de intercambio de memoria.
9. Se transfiere desde el registro de instrucción al registro de dirección de memoria la dirección donde debe almacenarse el resultado en la memoria.
10. Se transfiere el resultado desde el registro de intercambio de memoria a la dirección de memoria indicada en el registro de dirección de memoria.

Conceptos clave

• Unidad de control: coordina y envía las microordenes necesarias.
• Secuenciador: gestiona la secuencia de microoperaciones.
• Decodificador: interpreta la instrucción cargada en el registro de instrucción.
• ALU: realiza las operaciones aritméticas y lógicas con los operandos.
• Registros: registros de instrucción, de dirección de memoria, de intercambio de memoria y acumulador facilitan el flujo de datos entre memoria y ALU.

Observaciones

Estos pasos describen el flujo típico en arquitecturas clásicas de CPU. Dependiendo del diseño (pipeline, ejecución fuera de orden, cachés, etc.), algunos detalles pueden variar, pero los conceptos fundamentales —búsqueda y ejecución de instrucciones— se mantienen.