Sistemas operativos – Elementos básicos del procesador

Teniendo en cuenta la arquitectura Von Neumann, un computador consta de procesador, la memoria y los componentes de E/S, incluyendo uno o más módulos de cada tipo. Hay cuatro elementos principales:

  • Procesador: Controla el funcionamiento del computador y realiza funciones de procesamiento de datos, se le denomina CPU (Central Processing Unit).
  • Memoria principal: Almacena datos y programas. Esta memoria suele ser volátil, esto quiere decir que cuando se apaga el computador, se pierde su contenido. Por el contrario, el contenido de la memoria del disco duro se mantiene incluso cuando se apaga el computador.
  • Módulos de E/S: Transfieren los datos entre computador y su entorno externo. El entorno externo puede estar compuesto por diversos dispositivos de memoria secundaria, equipos de comunicaciones, terminales, etc.
  • Bus del sistema: Proporciona comunicación entre los procesadores, la memoria principal y los módulos E/S.

Una de las principales funciones del procesador es el intercambio de memoria. Para este fin, se utilizan dos registros internos al procesador:

  • RDIM: Registro de dirección de memoria que especifica la dirección de memoria de la siguiente lectura o escritura.
  • RDAM: Registro que contiene los datos que se van a escribir en la memoria o los datos leídos de la memoria.

De manera similar:

  • RDIE/S: Es un registro de dirección de E/S que especifica un determinado dispositivo de E/S.
  • RDAE/S: Es un registro de datos que permite el intercambio de datos entre un módulo de E/S y el procesador.

Un módulo de memoria consta de un conjunto de posiciones definidas mediante direcciones numeradas de forma secuencial. Cada posición contiene un patrón de bits que se puede interpretar como una instrucción o como datos. Un módulo E/S transfiere datos desde los dispositivos externos hacia el procesador y la memoria, y viceversa. Contiene buffers, zonas de almacenamiento internas que mantienen temporalmente los datos hasta que pueden ser enviados.

Registros del procesador

Un procesador incluye un conjunto de registros que proporcionan un tipo de memoria que es más rápida y de menor capacidad que la memoria principal, esta memoria se llama memoria caché. Estos son sus registros principales:

  • Registros visibles para el usuario: Permiten al programador en ensamblador minimizar las referencias a memoria principal optimizando el uso de registros.Para lenguajes de alto nivel, un compilador intentará optimizar sobre qué variables se asignan registros y cuáles se asignan a posiciones de memoria principal. Hay lenguajes como C, que permiten al programador sugerir al compilador qué variables deberían almacenarse en registros. Los tipos de registros que suelen estar disponibles son los registros de datos o de dirección.
  • Registros de control y estado (no visibles para el usuario): Usados por el procesador para controlar su operación y por rutinas privilegiadas del sistema operativo para controlar la ejecución de software.Varios registros del procesador se emplean para controlar el funcionamiento del mismo. Algunos de ellos pueden ser accedidos mediante instrucciones de máquina en lo que se denomina modo kernel. Cabe destacar, que diferentes máquinas tendrán una diferente organización de registros y utilizarán diferente terminología. Además de los registros mencionados anteriormente, los siguientes son esenciales para la ejecución de instrucciones:
    • Contador de programa: También llamado Program Counter o PC. Contiene la dirección de la próxima instrucción que se leerá en la memoria.
    • Registro de instrucción: También llamado Instruction Register o IR. Contiene la última instrucción leída.
    • Palabra de estado de programa: También llamado Program Status Word o PSW. Contiene información sobre el estado de un programa. Suele contener códigos de condición, como un bit para habilitar/inhabilitar las interrupciones y un bit de modo usuario/supervisor. Estos códigos, son bits cuyo valor suele ser asignado por el hardware del procesador teniendo en cuenta el resultado de las operaciones.

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