jueves, 3 de diciembre de 2009

6.2 ciclo de ejecución de una instrucción

Un ciclo de instrucción (tambien llamado ciclo de traer y ejecutar) es el período de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instrucción de lenguaje máquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instrucción de código de máquina en un programa.
El nombre el ciclo traer-y-ejecutar comúnmente es usado.La instrucción debe ser traída de la memoria principal, y luego ejecutado por la CPU.Esto es fundamentalmente como un ordenador funciona, con su lectura de CPU y ejecución de una serie de instrucciones escritas en su lenguaje máquina.De esto surgen todas las funciones de un ordenador familiar a partir del final del usuario.
Ciclo de Instruccion:
La CPU de cada ordenador puede tener ciclos diferentes basados en juegos de instrucción diferentes.
Los pasos a seguir para el procesamiento de las instrucciones son los siguientes:
1. cada instrucción es leída ( una a la vez), desde la memoria, por el procesador y,
2. cada instrucción es ejecutada por el procesador. La repetición de la lectura y ejecución ( pasos 1 y 2 respectivamente), conforman la “ejecución de un programa”. Dicha ejecución puede detenerse si: la máquina se apaga, ocurre un error que no puede ser recuperado, o si, se encuentra una instrucción en el programa que detenga la computadora.
Ciclo de instrucción: es el procesamiento requerido para la instrucción. En este Ciclo, se encuentran los dos pasos citados anteriormente, denominados Ciclo de lectura (feth) y Ciclo de ejecución.
Lectura y ejecución de instrucciones
El procesador lee una instrucción de la memoria, al comienzo de cada Ciclo de instrucción. Se cuenta con un contador de programas ( PC program counter ), que lleva la cuenta de cual es la próxima instrucción a leer. Luego de leer cada instrucción el procesador incrementara el PC, de manera tal que la siguiente instrucción a leer será; la que se encuentra en la dirección inmediatamente superior de la memoria. La instrucción leída es cargada en el registro de instrucción ( IR instuction register ), que es un registro del procesador. El procesador interpreta la instrucción, la cual está en forma de código binario, que especifica la acción que el procesador llevará a cabo, y realizará la acción requerida.
Las acciones que se realizan para la lectura y ejecución de instrucciones se pueden clasificar en las siguientes categorías:
· Procesador-memoria: los datos se transfieren del procesador a la memoria o viceversa.
· Procesador E/S: los datos se transfieren desde o hacia un dispositivo periférico. Se realiza la transferencia entre el procesador y un módulo de entrada-salida.
· Tratamiento de datos: el procesador puede realizar alguna operación aritmética o lógica sobre los datos.
· Control: la secuencia de ejecución puede ser alterada si la instrucción lo especifica.
La ejecución de una instrucción puede incluir una combinación de las acciones antes mencionadas.
Funciones de E/S
Los módulos de E/S, por ejemplo un controlador de disco, peden intercambiar datos directamente con el procesador y el este puede iniciar una escritura o lectura en la memoria, para ello debe indicar la dirección de una ubicación especifica.
El procesador puede leer datos de un módulo de E/S o escribir en él, para ello indica a un dispositivo especifico que esta controlado por un determinado módulo de E/S.
Para relevar al procesador de la tarea de E/S, es conveniente que los intercambios de E/S se produzcan directamente con la memoria. De esta manera el procesador le da a un módulo de E/S autoridad para leer o escribir en la memoria de modo que la transferencia de E/S se realiza sin obstruir al procesador.
Se releva al procesador durante la transferencia de la responsabilidad de intercambio, ya que el modulo de E/S emite ordenes de lectura o escritura en la memoria. La operación realizada se conoce como DMA (direct memory access) o acceso directo a memoria.
INTERRUPCIONES
La interrupción es básicamente un suceso que altera la secuencia de ejecución de las instrucciones.
Existen varios tipos de interrupciones de los cuales los más comunes son los siguientes:
1) De programa o de verificación de programa: son ocasionadas por condiciones que se producen como resultado de la ejecución de una instrucción. Ejemplo: - la división por cero - el intento de ejecutar una instrucción privilegiada.
2) De reloj: son producidas por un reloj interno del procesador. Para que de esa forma se realicen funciones con una cierta regularidad.
3) De Entrada / Salida: son generadas por un controlador de E/S para indicar la finalización de una operación; o e cambio de estado de un dispositivo o canal; o también alguna condición de error.
4) Por fallo del Hardware o de verificación de máquina: son causadas por el mal funcionamiento del equipo, cortes de energía, etc. Con el uso de las interrupciones el procesador se puede utilizar de una manera más eficaz.
Las interrupciones y el ciclo de instrucción
Utilizando interrupciones el procesador puede ejecutar instrucciones mientras una operación de E/S está en proceso. Siguiendo esta idea se concluye que la operación de E/S y un programa usuario son ejecutados concurrentemente.
Desde la postura del programa de usuario, una interrupción no es más que la alteración de la secuencia normal de ejecución. Cuando el tratamiento de la interrupción termina, la ejecución continua. Para tratar a las interrupciones, se agrega un ciclo de interrupción al ciclo de instrucción.
En el ciclo de interrupción, el procesador verifica si ha ocurrido alguna interrupción, indicado por la presencia de una señal de interrupción. Si no hay interrupciones pendientes, el procesador continúa con el ciclo de lectura y trae la próxima instrucción del programa en curso. Si hay una interrupción pendiente, el procesador suspende la ejecución del programa en curso y ejecuta una rutina de tratamiento de la interrupción.

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