Arquitectura del Computador Elemental

Para componer un computador elemental se procede a ensamblar los tres componentes básicos: la unidad aritmético-lógica, la unidad de control y la unidad de memoria.

La combinación de la unidad aritmético-lógica y la unidad de control es lo que se conoce como UCP o Unidad Central de Proceso y la memoria principal se conoce como RAM o memoria de acceso aleatorio. Además deben conectarse algunas unidades de entrada y salida o periféricos para comunicar el computador con el mundo exterior.

Instrucciones Básicas de un Computador Elemental:

Las instrucciones básicas del computador elemental, es decir, las instrucciones que debe manejar cualquier tipo de computador deben estar entre las siguientes:

Instrucciones Aritmético-Lógicas:

Estas son ejecutadas por la Unidad Aritmético-Lógica e implican la operación sobre una o más variables y devolver un resultado. Para el computador elemental generalmente uno de los datos se encuentra en el acumulador y si se necesitan más son tomados de la memoria o pueden utilizarse resultados previos del acumulador. El resultado generalmente es entregado al acumulador. Las instrucciones más utilizadas de este tipos son:

Suma (SUM): se toma un dato de una posición de memoria y se adiciona el contenido al acumulador. El resultado queda en el propio acumulador.
Resta (RES): esta operación realmente se ejecuta como una suma, donde el sustraendo es representado en su forma de complemento a dos, lo cual consiste en invertir todos los bits de la cantidad (los unos se reemplazan por ceros y los ceros por unos) y luego sumarle uno al resultado.
Producto (MUL): el producto se ejecuta como una sucesión de sumas. El contenido del acumulador es multiplicado por el contenido de una dirección de memoria. El resultado se deposita en el acumulador.
División (DIV): También la división es ejecutada con base en la operación suma. Es un caso especial del producto.
And (AND): es el producto booleano entre un bit de una dirección de memoria y un bit recogido del acumulador. El resultado se deja en el acumulador.
Or (OR): es la suma booleana entre un bit de una posición de memoria y el bit que se encuentra en el acumulador. El resultado se deja en el acumulador.

Instrucciones de Transferencia de Datos:

Son las órdenes de realizar movimientos de datos desde la memoria principal hacia los registros o viceversa, es decir, son de dos tipos:

Instrucciones de carga del acumulador (CAR).
Instrucciones de almacenamiento del contenido del acumulador (ALM).

Instrucciones de Control de Flujo:

Estas instrucciones son las que organizan la secuencia u orden en que deben efectuarse las instrucciones anteriores. Lo normal es que las instrucciones se ejecuten en un orden estrictamente secuencial, a menos que una instrucción de salto obligue a que se ejecute una instrucción que se encuentre en una posición diferente. Estas instrucciones pueden ser condicionadas, que se ejecutan cuando se cumple una condición o incondicionadas, las cuales obligan a que siempre se ejecute el salto. Algunas de ellas son:

SAI: Salto Incondicional.
SAN: Salto si el contenido del acumulador es menor que cero.
SAZ: Salto si el contenido del acumulador es igual a cero.

Instrucciones Especiales:

Pertenecen a estas instrucciones todas las que son propias de cada arquitectura específica de computador o las que realizan tareas especiales diferentes a las anteriores. Algunas son:

Instrucción de detener la ejecución. Suspende el funcionamiento del computador hasta que un operador lo reinicie.
Instrucción de intercambio de bits. Intercambia el contenido del acumulador y una posición de memoria.

Funcionamiento Detallado de un Computador:

Para que se ejecute una instrucción es necesario cumplir una secuencia que se desarrolla en los siguientes pasos:

Búsqueda de la instrucción. Se trae de memoria la próxima instrucción por ser ejecutada y se pone en el registro de instrucción.
Incremento inmediato del valor del contador. Para saber cuál es la siguiente instrucción que debe ejecutarse.
Ejecución de las instrucción. Se generan los comandos necesarios para llevar a cabo su ejecución.
Búsqueda de datos en memoria. Este paso sólo se ejecuta cuando la instrucción involucra operaciones con datos de memoria.