1
00:00:00,560 --> 00:00:18,960
Hola de nuevo. Bueno, pues en este segundo vídeo vamos a ver la otra parte que quería explicar con detenimiento y que tuviera bien bien clara, que sería el funcionamiento del procesador y la estructura de Von Neumann, que es importante recordarla, ¿de acuerdo?

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00:00:18,960 --> 00:00:23,820
pero sobre todo como contribución a este genio de la informática y de las matemáticas

3
00:00:23,820 --> 00:00:31,859
que es uno de los padres de la informática, junto con Alan Turing, del que ya habréis oído hablar

4
00:00:31,859 --> 00:00:34,719
en el documental que vimos de la informática.

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00:00:35,240 --> 00:00:41,640
Este señor von Neumann describió esta estructura que estáis viendo aquí ahora mismo

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00:00:41,640 --> 00:00:48,899
y lo importante del asunto es que fue una descripción teórica.

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00:00:48,960 --> 00:01:00,579
o sea, él no llegó a construir ningún ordenador, sino que aventuró, describió, como digo, que los ordenadores se iban a hacer de esta forma, ¿vale?

8
00:01:01,140 --> 00:01:11,879
¿Y cuál es esta arquitectura? Pues la que vosotros conocéis y la que se mantiene a día de hoy, porque básicamente es la misma que consiste en una CPU,

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00:01:11,879 --> 00:01:22,640
una unidad central de proceso, que es la que tenemos aquí abajo, formada por la unidad de control y la unidad aritmético-lógica, de las que vamos a hablar ahora mismo con detalle.

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00:01:23,239 --> 00:01:31,379
Una memoria principal, que es la memoria RAM de la que hemos hablado en el vídeo anterior, que es la que va a guardar datos e instrucciones en diferentes direcciones de memoria

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00:01:31,379 --> 00:01:36,340
para que en todo momento el procesador acceda a ellos y a ellas para utilizarlas.

12
00:01:37,120 --> 00:01:43,959
Una serie de dispositivos de entrada o periféricos de entrada y unos periféricos de salida que conocéis perfectamente

13
00:01:43,959 --> 00:01:55,620
y además una memoria masiva que sería lo que es hoy en día el disco duro magnético y ahora ya el disco duro de estado sólido.

14
00:01:55,620 --> 00:02:12,379
Bueno, pues esta estructura efectivamente se mantiene a día de hoy porque a día de hoy los ordenadores tienen una CPU, tienen una memoria RAM, tienen periféricos de entrada y de salida y tienen un disco duro exactamente así, ¿de acuerdo? Luego, fijaos si es importante.

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00:02:12,379 --> 00:02:37,659
Pues ahora basándose en esta arquitectura precisamente vamos a describir un procesador y vamos a estudiar el ciclo de trabajo tanto de la carga de una instrucción como de la ejecución de una instrucción con dos ejemplos diferentes para que lo tengáis claro.

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00:02:37,659 --> 00:03:07,520
Y de nuevo intentemos entrar hasta un cierto detalle para poder entender lo más importante quizá es la comunicación entre la RAM y el procesador y qué está ocurriendo, dónde van y además para rescatar otros componentes, circuitos electrónicos en este caso que estudiamos a la hora de ir viendo los diferentes niveles de estudio de los ordenadores.

17
00:03:07,659 --> 00:03:15,960
que eran los registros, los biestables y el contador de programa, que al fin y al cabo es un registro.

18
00:03:16,139 --> 00:03:21,960
Bien, pues fijaos, voy a revisar aquí todos los elementos que hay y después nos ponemos a trabajar con ellos.

19
00:03:22,419 --> 00:03:29,560
Del puntero de pila vamos a prescindir, no digo nada para no confundirnos, de los biestables, de los flip-flops, el de acarreo, el de paridad,

20
00:03:29,680 --> 00:03:33,360
también vamos a prescindir porque no lo vamos a utilizar y nos vamos a centrar en lo siguiente.

21
00:03:33,360 --> 00:03:50,960
Aquí tenemos la unidad de control con su lógica de control, su circuitería, el reloj que marca la velocidad de trabajo del ordenador, que ya sabéis que hoy en día está en el orden de 10 elevado a 9 ciclos por segundo,

22
00:03:50,960 --> 00:04:02,139
dice 9 Hz, porque tenemos 3,2 o 2,4 o lo que sea gigahertz. Bien, pues reloj, lógica y control, y aquí los dos registros que nos interesan.

23
00:04:02,520 --> 00:04:13,159
El registro de instrucciones y un registro especial que es el contador de programa, que es el que va a tener la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.

24
00:04:13,159 --> 00:04:17,300
Aquí lo vamos a ver en este ejemplo de forma consecutiva, secuencial

25
00:04:17,300 --> 00:04:19,459
Primero una instrucción, luego la siguiente, luego la siguiente

26
00:04:19,459 --> 00:04:21,660
Por eso prescindimos del puntero de pila

27
00:04:21,660 --> 00:04:23,579
Bueno, pues entonces aquí tenemos dos registros

28
00:04:23,579 --> 00:04:26,199
Recordad que un registro es más que una serie de vía estables

29
00:04:26,199 --> 00:04:28,839
Un circuito electrónico formado por varios vía estables

30
00:04:28,839 --> 00:04:32,259
En este caso van a ser 16 porque vamos a trabajar con 2 bytes

31
00:04:32,259 --> 00:04:37,639
Y que un vía estable es un circuito electrónico que puede almacenar un bit

32
00:04:37,639 --> 00:04:40,639
Y se llama vía estable porque tiene dos estados

33
00:04:40,639 --> 00:04:44,279
el estado en el que almacena un 0 y el estado en el que almacena un 1.

34
00:04:44,600 --> 00:04:48,000
Los biestables, aquí los tenemos de ejemplo, pero como digo, no los vamos a utilizar.

35
00:04:48,439 --> 00:04:51,899
Sin embargo, los registros sí, vamos a trabajar para ver el flujo de información

36
00:04:51,899 --> 00:04:55,980
y vamos a ver dónde se van almacenando en cada registro correspondiente.

37
00:04:56,279 --> 00:05:01,600
Bueno, pues registros, recordad, en este caso serían 16 biestables en serie

38
00:05:01,600 --> 00:05:05,019
sobre los que se puede escribir, porque todos pueden valer,

39
00:05:05,120 --> 00:05:09,579
cada una de las posiciones de ese registro, cada uno de los biestables de ese registro

40
00:05:09,579 --> 00:05:12,959
podría valer 0 o 1. Y así es como grabamos la información aquí.

41
00:05:13,300 --> 00:05:16,379
Bueno, pues, registro de instrucciones, contador del programa.

42
00:05:16,879 --> 00:05:20,540
Aquí, ¿qué tenemos? Fijaos, ALU es la unidad aritmético-lógica.

43
00:05:21,019 --> 00:05:24,360
Mirad que tiene aquí representado, esto es una representación esquemática,

44
00:05:24,740 --> 00:05:26,620
dos entradas, ¿verdad? Y aquí una salida.

45
00:05:27,019 --> 00:05:30,819
Bien podría ser que aquí tenemos la entrada de un dato, aquí la entrada de otro dato,

46
00:05:30,980 --> 00:05:34,639
y aquí la salida del resultado de la operación. Imaginad, una suma.

47
00:05:34,980 --> 00:05:38,120
Y ese resultado se guardaría aquí. ¿Qué es esto?

48
00:05:38,120 --> 00:05:54,259
Pues esto es un banco de registros que van numerados del registro 0 al registro F, numerados en hexadecimal, es decir, que serían 16. No es que tenga que haber 16, es como digo, una representación esquemática para entender el funcionamiento de un procesador, ¿vale?

49
00:05:54,259 --> 00:05:59,879
Pues aquí tenemos registros, ¿para qué? Para guardar datos o para guardar direcciones de memoria, ¿vale?

50
00:06:00,339 --> 00:06:09,939
Aquí tenemos otro registro, registro temporal, y aquí dos muy importantes, el registro de direcciones, que por tanto va a guardar direcciones de memoria RAM,

51
00:06:10,300 --> 00:06:14,860
y el registro de datos, que va a guardar datos o instrucciones, ¿vale?

52
00:06:15,079 --> 00:06:21,139
Si son datos, generalmente irán para acá, y si son instrucciones, pues irán finalmente al registro de instrucciones, ¿vale?

53
00:06:21,139 --> 00:06:26,839
Bueno, pues estas son las diferentes partes en este esquema que tenemos que tener claras.

54
00:06:26,839 --> 00:06:39,240
La repito, registro de instrucciones, contador de programa, registro de direcciones, registro de datos, banco de registros y aquí la unidad de metodología que es la que voy a hacer el trabajo.

55
00:06:39,819 --> 00:06:50,579
Bueno, aquí tenemos un esquema de la unidad de metodología y lo que acabo de comentar, esto me lo voy a saltar y aquí está la presentación describiendo lo que yo acabo de explicar, me lo voy a saltar.

56
00:06:50,579 --> 00:06:55,379
todo esto, esto es una diapositiva que puse de repaso para que lo tengáis claro antes de empezar

57
00:06:55,379 --> 00:06:58,279
y ahora sí vamos a ver cómo se ejecuta un programa

58
00:06:58,279 --> 00:07:03,819
y la primera fase es la carga de la primera instrucción

59
00:07:03,819 --> 00:07:08,819
vamos a suponer que esto es un programa cuya primera instrucción es A73C

60
00:07:08,819 --> 00:07:15,420
que está en la dirección 100A, esta es una dirección en hexadecimal y esto es una instrucción en hexadecimal

61
00:07:15,420 --> 00:07:31,480
Vale, pues el primer paso del proceso es cargar desde la memoria RAM esta dirección de inicio 100A aquí en el contador de programa, porque el contador de programa me va a decir cuál es la instrucción que hay que ejecutar.

62
00:07:31,579 --> 00:07:39,120
Pues lo primero que hacemos es que esto tiene que ir al contador de programa y sería lo que tenemos aquí.

63
00:07:39,120 --> 00:07:52,720
Aquí empieza el proceso de nuevo explicado. Paso a paso, quiero decir, las diapositivas. Entonces, se carga en el contador de programa la dirección de la primera instrucción.

64
00:07:53,100 --> 00:08:05,060
El siguiente paso es que, como esto es una dirección, tiene que ir desde el contador de programa al registro de direcciones. Todo esto es el procesador, luego es una comunicación interna.

65
00:08:05,060 --> 00:08:15,899
No necesitamos un bus, sin embargo, sí que necesitamos un bus para que esta dirección, a través del bus de direcciones, me permita localizar en la memoria RAM qué instrucción hay.

66
00:08:16,060 --> 00:08:26,980
¿De acuerdo? ¿Para qué? Para que esa instrucción A73T venga después a través del bus de datos y se almacene aquí en este registro que, si recordáis bien, es el registro de datos.

67
00:08:27,399 --> 00:08:33,259
¿Cuál sería el último paso? Registro de datos y de instrucciones se podría llamar porque esto es una instrucción, ¿verdad?

68
00:08:33,259 --> 00:08:40,440
pues el último paso es que esa instrucción que está en el registro de datos se lleve hasta el registro de instrucciones

69
00:08:40,440 --> 00:08:45,000
y ahora ya una vez que está en el registro de instrucciones se ejecutaría.

70
00:08:45,720 --> 00:08:51,100
Así que aquí arriba si veis viene todo el proceso de esta forma.

71
00:08:51,779 --> 00:08:57,080
La dirección de inicio o la que sea, en este caso comenzamos por el inicio, se carga en el contador de programa

72
00:08:57,080 --> 00:09:01,899
luego ya el contador de programa va a ir uno a uno, uno a uno, uno a uno avanzando de uno a uno

73
00:09:01,899 --> 00:09:11,080
que es lo que hace el contador de programa, almacenar bytes que van en orden consecutivo, salvo cuando se los tenga que saltar y entonces intervendría el puntero de pila.

74
00:09:11,080 --> 00:09:23,840
Bueno, después la dirección va del contador de programa al registro de direcciones. El registro de direcciones va a hacer o nos va a servir para que a través del bus de direcciones

75
00:09:23,840 --> 00:09:32,000
vayamos a la memoria a buscar qué es lo que hay en esa dirección y lo vamos a llevar a través del bus de datos hasta el registro de datos

76
00:09:32,000 --> 00:09:39,940
y por último del registro de datos al registro de instrucciones. Esto que viene aquí no lo he explicado, se me ha olvidado comentarlo,

77
00:09:40,360 --> 00:09:47,159
sería lo que va a ocurrir en el contador del programa, se va a incrementar en 1, ya no hace falta que se cargue de la siguiente dirección,

78
00:09:47,159 --> 00:09:51,879
simplemente se incrementa en 1. ¿Para qué? Pues para coger la siguiente instrucción.

79
00:09:52,159 --> 00:09:58,700
La siguiente instrucción sería la que está en 1.0.0.b y es la instrucción 7.c.4.d y se repetiría el proceso.

80
00:09:59,200 --> 00:10:03,399
Bueno, pues esto es el proceso de carga de una instrucción en el registro de instrucciones.

81
00:10:03,399 --> 00:10:13,440
Y ahora vamos a ver el siguiente ejemplo, que sería, o perdón, el siguiente proceso, que sería la ejecución de la instrucción, de una instrucción.

82
00:10:13,440 --> 00:10:32,720
¿Vale? Entonces suponemos ahora que vamos a ver cómo se ejecuta la instrucción 0700 que está en la dirección 0039. ¿De acuerdo? Entonces ya se ha cargado, ¿verdad? Ya se ha realizado el proceso que acabo de explicar antes y por eso el contador de programas se ha incrementado en 1 y ya está la siguiente 003A.

83
00:10:32,720 --> 00:10:50,740
Pero ahora la dirección 0700, veis que estuvo aquí y se ha cargado en el registro de instrucciones, se va a ejecutar. ¿Vale? Pues ¿en qué consiste esta instrucción? Pues en llevar un dato cuya dirección está indicada en el registro del banco de registros RD, ¿vale?

84
00:10:50,740 --> 00:11:17,519
que sería el equivalente al registro 14, si lo numeramos de 1 en 1 hasta llegar a 16, entonces en este registro, en RD, tenemos una dirección de memoria y la instrucción, como digo, 0700 consiste en llevar un dato cuya dirección está indicada aquí a este registro, al R7,

85
00:11:17,519 --> 00:11:23,899
es decir, buscar en la memoria RAM un dato cuya dirección se indica en uno de los registros del banco de registro

86
00:11:23,899 --> 00:11:28,960
para coger lo que hay en esa dirección de memoria, ese dato, y llevarlo a otro registro

87
00:11:28,960 --> 00:11:32,539
en este caso los registros RD y R7, ¿de acuerdo?

88
00:11:32,919 --> 00:11:38,139
bueno, pues entonces, ¿cuál sería el primer paso de ejecución de esta instrucción 0700?

89
00:11:38,840 --> 00:11:46,580
pues si la dirección está aquí en el registro RD, el primer paso va a ser cargar esa dirección en el registro de direcciones

90
00:11:46,580 --> 00:11:59,179
obviamente hacia aquí abajo, ¿de acuerdo? Se carga la dirección 54C2. El siguiente paso sería que a través del bus de direcciones vamos a la RAM a buscar qué es lo que hay en esa dirección,

91
00:11:59,320 --> 00:12:12,019
en la 54C2, y lo que hay es el dato de 7A2, este dato. Este dato de 7A2 va a volver a través del bus de datos y se va a conectar, perdón, se va a grabar en el registro de datos,

92
00:12:12,019 --> 00:12:42,000
que para eso está claro, ¿y cuál sería el último paso? Muy sencillo, pues tenemos que llevarlo aquí, ¿verdad?, al registro R7, porque es en lo que consiste la instrucción 0700, pues entonces, del registro de datos al registro R7, ¿para qué?, pues no lo sabemos, probablemente, para ejecutar una operación con él, podría ir después de aquí al registro temporal, y la siguiente instrucción es coger otro dato, y la siguiente instrucción es realizar la suma, y claro, imaginar que aquí hablamos de una instrucción tan sencilla como cargar un dato en un registro,

93
00:12:42,019 --> 00:13:01,580
Pero imaginad la de miles de millones de operaciones que puede realizar un procesador. Es una simplificación de un proceso, de una microinstrucción. Sería en realidad una microoperación, lo tenemos indicado en las diapositivas, que es la parte que podemos ver más fácilmente.

94
00:13:01,580 --> 00:13:19,700
¿De acuerdo? Anteriormente, efectivamente, en estas diapositivas tenéis explicado lo que es una microoperación y las microoperaciones básicas que podrían ser estas, ¿verdad? El movimiento de datos y instrucciones de la RAM al procesador.

95
00:13:19,700 --> 00:13:35,720
Bueno, pues estas dos cosas, lo que expliqué en el anterior vídeo de la RAM y ahora el procesador, son muy importantes para que podamos entender un poquito, atisbar un poco, cuál es el funcionamiento de estos dos componentes que son los más importantes del ordenador.

96
00:13:36,440 --> 00:13:41,500
Muy bien, pues eso es todo respecto al procesador. Muchas gracias.