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LOS CICLOS DE CAPTACIÓN Y EJECUCIÓN

Al comienzo de cada ciclo de instrucción, la CPU capta una instrucción de memoria. En una CPU típica, se utiliza un registro llamado contador de programa (PC, Program Counter) para seguir la pista de la instrucción que debe captase a continuación. A no ser que se indique otra cosa, la CPU siempre incrementa el PC después de captar cada instrucción, de forma que captará la siguiente instrucción de la secuencia (es decir, la instrucción situada en la siguiente dirección de memoria). Considérese, por ejemplo, un computador en el que cada instrucción ocupa una palabra de memoria de 16 bits. Se supone que el contador de programa almacena el valor 300. La CPU captará la próxima instrucción almacenada en la posición 300. En los siguientes ciclos de instrucción, captará las instrucciones almacenadas en las posiciones 301, 302, 303, y así sucesivamente. Esta secuencia se puede alterar, como se explicará en breve. La instrucción captada se almacena en un registro de la CPU conocido como registro de instrucción (IR, Instruction Register). La instrucción se escribe utilizando un código binario que especifica la acción que debe realizar la CPU. La CPU interpreta la instrucción y lleva a cabo la acción requerida. En general, esta puede ser de cuatro tipos:

 •Procesador-Memoria: deben transferirse datos desde la CPU a la memoria, o de forma contraria.

• Procesador-E/S: deben transferirse datos a o desde el exterior mediante  la CPU y un módulo de E/S. 

• Procesamiento de Datos: la CPU ha de realizar alguna operación aritmética o lógica con los datos. 

• Control: una instrucción puede especificar que la secuencia de ejecución se altere (como la instrucción de salto IAS, Tabla 2.1). Por ejemplo, la CPU capta una instrucción de la posición 149 que especifica que la siguiente instrucción debe captarse de la posición 182. La CPU registrará este hecho poniendo en el contador de programa 182. Así, en el próximo ciclo de captación, la instrucción se cargará desde la posición 182 en lugar de desde la posición 150

La ejecución de una instrucción puede implicar una combinación de estas acciones. Considérese un ejemplo sencillo utilizando una máquina hipotética que incluye las características enumeradas en la Figura 3.4. El procesador posee un único registro de datos llamado acumulador (AC). Tanto las instrucciones como los datos son de 16 bits. Así, es conveniente organizar la memoria utilizando posiciones de 16 bits, o palabras. El formato de instrucción indica que puede haber 24
16 códigos de operación (codops) diferentes, y se pueden direccionar directamente hasta 212
4096 (4K) palabras de memoria. La Figura 3.5 ilustra la ejecución de una parte de un programa, mostrando las partes relevantes de la memoria y los registros de la CPU. El fragmento de programa suma el contenido de la palabra de memoria en la dirección 940 con el contenido de la palabra de memoria en la dirección 941 y almacena el resultado en esta última posición. Se requieren tres instrucciones, que consumen tres ciclos de captación y tres de ejecución: 

1. El contador de programa (PC) contiene el valor 300, la dirección de la primera instrucción. Esta instrucción (el valor hexadecimal 1940) se carga en el registro de instrucción (IR). Observe que este proceso implicaría el uso del registro de dirección de memoria (MAR) y el registro de datos de memoria (MBR). Por simplicidad, se han ignorado estos registros intermedios. 

2. Los primeros cuatro bits de IR (primer dígito hexadecimal) indican que el acumulador (AC) se va a cargar. Los restantes 12 bits (tres dígitos hexadecimales) especifican la dirección (940) que se va a cargar. 

3. El registro PC se incrementa, y se capta la siguiente instrucción (5941) desde la dirección 301. 

4. El contenido anterior de AC y el de la posición de memoria 941 se suman, y el resultado se almacena en AC.

5. El registro PC se incrementa, y se capta la siguiente instrucción (294) desde la posición 302. 

6. El contenido de AC se almacena en la posición 941.