Funcionamiento Interno de la CPU: Arquitectura, ALU y Unidad de Control

Arquitectura de la CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU está compuesta por dos circuitos principales: la ALU (Unidad Aritmético Lógica), encargada de la realización de operaciones aritmético-lógicas, y la UC (Unidad de Control), que controla los distintos elementos de hardware.

ALU (Unidad Aritmético Lógica)

Cualquier operación realizada en un PC puede reducirse a operaciones binarias simples.

1. Componentes internos de la ALU

1. BUS DE SISTEMA (Bus de Datos): Es el encargado de transportar la información con la que se va a operar.
2. Registros (R. EN a y R. EN b): Almacenan los datos con los que se va a operar.
3. CIRCUITO OPERACIONAL: Encargado de llevar a cabo la operación indicada.
4. ACUMULADOR: Almacena el resultado obtenido en la operación que se ha realizado previamente.
5. REGISTROS DE ESTADO: Se encargan de almacenar algún estado o evento ocurrido en la operación anterior.

2. Ejemplos de Circuitos Operacionales de la ALU

1. Circuito Semisumador: Destinado a la realización de sumas binarias, produciendo dos salidas.
2. Circuito Sumador: Dedicado a la suma binaria. Posee tres entradas: dos usadas para la entrada de datos, mientras que la tercera es la de arrastre o acarreo de la operación a llevar a cabo.
3. Circuito Semirestador: Análogo al semisumador.
4. Circuito Restador: Es el símil del sumador.

3. Estructura de las Operaciones en la ALU

La ALU es capaz de realizar una serie de operaciones definidas, las cuales se componen de un código de operación y de los operandos.

• El Código de Operación: Secuencia de 0s y 1s que determina la operación que se quiere realizar. Usará algún circuito operacional.
• Los Operandos: Hacen referencia a los datos sobre los que se va a aplicar la operación.
  • Monódicos: Admiten un solo operando.
  • Diádicos: Admiten dos operandos.

UC (Unidad de Control): Ciclo de Búsqueda (Fetch)

A través del secuenciador, la UC da las órdenes necesarias para el ciclo de búsqueda de la instrucción:

1. Se visualiza el contenido del Contador de Programas.
2. Se accede a la dirección de memoria que indica el Contador de Programas.
3. El Contador de Programas se incrementa en un valor, para lo que hace uso de la ALU.
4. La instrucción obtenida se desplaza al Registro de Instrucción.

UC (Unidad de Control): Ciclo de Ejecución

1. Con la instrucción en el registro, el decodificador separa cada parte, identificando el código de operación y los operandos.
2. El secuenciador manda a la ALU que se posicione (ej. para una suma), y se buscan los datos a usar en el banco de registros de la CPU o en la memoria principal.
3. La UC da la orden para realizar la operación, y su resultado se almacena en el registro acumulador de la ALU.
4. Todas las operaciones se realizan en ciclos de reloj.