Unidad II


Diseño lógico del procesador


Una unidad procesadora es aquella parte de un sistema digital o un computador digital que configura las operaciones en el sistema. Está compuesta por un número de registros y de funciones digitales que conforman micro­ operaciones aritméticas, lógicas, de desplazamiento y trasferencia. La unidad de proceso se llama una unidad central de proceso o CPU, cuando se combina con una unidad de control que supervisa   la secuencia de micro­ operaciones. Este capítulo versa sobre la organización y diseño de la unidad del procesador. El siguiente capítulo trata de la lógica de diseño de la unidad de control. En el Capítulo 11 se demostrará la organización y diseño de un computador CPU. El número de registros de una unidad procesadora varía desde un registro procesador hasta 64 registros o más. Algunos computadores antiguos vienen con un registro procesador solamente. En algunos casos un sistema digital puede emplear un registro procesador sencillo para propósitos especiales. Sin embargo, como los registros y otras funciones digitales son de bajo costo cuando se construyen con circuitos integrados, todos los computadores recientes emplean    un gran número de registros procesadores y canalizan la información entre ellos a través de buses comunes.

Una operación puede ser configurada en una unidad de proceso con una microoperación sencilla o con una secuencia de microoperaciones.

Por ejemplo la multiplicación de dos números binarios almacenados en dos registros puede ser configurada con un circuito combinacional que realiza la operación por medio de compuertas. Tan pronto como las señales se propagan a través de las compuertas, el producto estará disponible y puede ser trasferido a un registro de destino con un pulso de reloj sencillo. Alternativamente, la operación de multiplicación puede realizarse con una secuencia de microoperaciones de suma y desplazamiento. El método escogido para la configuración determina la cantidad y tipo de componentes de la unidad de proceso.

Todos los computadores, excepto los muy grandes y rápidos. Configurar las operaciones participantes por medio de una secuencia de microoperaciones. De esta manera, el procesador necesita tener solamente circuitos que configuren las microoperaciones básicas simples tales como sumar y desplazar. Otras operaciones, tales como multiplicación, división y aritmética de punto flotante, se generan conjuntamente con  la unidad de control. La unidad procesadora en sí sé diseña para configurar microoperaciones básicas. La unidad de control se diseña para dar secuencia a las microoperaciones que no se incluyen en el conjunto básico.

La función digital que configura las microoperaciones con la información almacenada en los registros del procesador se llama comúnmente unidad básica aritmética o ALU. Para realizar una microoperación, el control canaliza la fuente de información de los registros hasta las entradas del ALU. El ALU recibe la información de los registros y realiza una operación dada de la manera especificada por el control. El resultado de la operación se trasfiere al registro de destino. Por definición, el ALU es un circuito combinacional; de manera que toda la operación de trasferencia entre registros pueden realizarse durante el intervalo de un pulso de reloj. Todas las operaciones de trasferencias entre registros, incluyendo la trasferencia entre registros de una unidad procesadora típica, se realizan en un ALU común; de lo contrario, sería necesario duplicar las funciones digitales para cada registro. Las microoperaciones de desplazamiento se realizan a menudo en una unidad separada. Una unidad de desplazamiento se muestra por lo general separada, pero algunas veces está incluida como parte de la unidad enteramente aritmética y lógica.

Un computador CPU debe manipular no solamente datos sino también códigos de instrucción y direcciones que vienen de la memoria. El registro

que almacena y manipula el código de operación de instrucciones se considera como parte de la unidad de control. Los registros que almacenan direcciones son incluidos algunas veces como parte de la unidad de proceso y la información de direcciones se procesa por un ALU común. En algunos computadores, los registros que almacenan direcciones son conectados a un bus separado y la información de dirección se manipula con funciones digitales separadas.

Este capítulo presenta varias alternativas para la organización y di­ seño de una unidad de proceso. El diseño de una unidad aritmética lógica particular se lleva a cabo para mostrar el proceso de diseño usado en la formulación e implementación de una función digital común capaz de realizar un gran número de microoperaciones. Otras funciones digitales consideradas y diseñadas en este capítulo son la unidad de desplazamiento y el registro procesador para propósitos generales, comúnmente llamado acumulador.

Registro interno (de instrucción):

· Son áreas del almacenamiento local del UP

· Son usados para tareas específicas y otros son de propósitos general al programador

· Las operaciones que realiza el micro, en su mayoría usan registros.
· El ancho de los registros (bits) determina el tamaño del procesador.

· Mientras más registro tengo el micro más flexible es su programación.


 Estos se dividen en:

Registro de propósito general





· Son los motores del sistema
· Pueden ser direccionales como una palabra ( 16 bits) o como un bite de 8 bits o una parte de el: alta o baja




Registro de segmento

· Facilitan un área de memoria para el diccionamiento, por lo general es llamado segmento actual

· Son de 16 bits


 Registro de apuntadores

· Están asociados al registro SS y permiten al sistema acceder a los datos en el segmento de pila.



Registro índice

· Son usados en operaciones con direccionamiento inmediato, operaciones de suma y resta



Registro de bandera

· Son usados en instrucciones que realizan comparaciones y operaciones aritméticas

· Son de 16 bits, en los cuales los más usados son 9, que indican el estado del micro o de la maquina o algún resultado de procesamientos


Unidad Interfaz del bus

Cuando se incluye un gran número de registros en una unidad de proceso es más eficiente conectarlos por medio de buses comunes o arreglarlos como una memoria pequeña que tiene un tiempo de acceso muy rápido. Los registros se comunican entre sí no solamente por la trasferencia directa de datos sino también cuando se realizan varias microoperaciones.


Bus de datos:

· Se llama también bus principal o de sistema

· Transfieren los datos entre los diferentes dispositivos
· La velocidad del buz se mide en Hz y viene dada por la velocidad del reloj del sistema

· El ancho de banda del bus (bits) indica cuanta información fluye por el
Bus de control:

· Es usado por la unidad de control, permite llevar las ordenes o señales que son propias del UP

Bus de direcciones:

· Por el urajan las direcciones de las instrucciones o datos que van a ser escritas o leídas en una localidad de memoria

Bus trasero a la memoria cache:

· Es un bus especial que gestiona el enlace de datos a gran velocidad entre el procesador y la memoria cache

· Por estar separado del bus principal, su diseño es muy apropiado para el multiprocesamiento

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