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Actividad práctica: El ciclo de instrucción

Ficha de Laboratorio: El ciclo de instrucción

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Objetivos de la práctica

  • Comprender qué es el ciclo de instrucción.
  • Identificar las principales fases de ejecución de una instrucción.
  • Comprender la función del contador de programa (PC).
  • Comprender la función del registro de instrucción (IR).
  • Analizar la función de la unidad de control y de la ALU.
  • Seguir paso a paso la ejecución de instrucciones sencillas.

1. Conceptos básicos

Explica con tus propias palabras qué es una instrucción de máquina y qué relación tiene con los programas que ejecuta un ordenador.

Enumera las principales fases del ciclo de instrucción.

2. Los elementos que intervienen

Investiga y explica la función que desempeña cada uno de los siguientes elementos durante el ciclo de instrucción.

  1. Contador de programa (PC)
    ¿Qué información contiene y para qué se utiliza?

  2. Registro de instrucción (IR)
    ¿Qué información contiene?

  3. Unidad de control
    ¿Qué función desempeña durante la ejecución de una instrucción?

  4. Registros
    ¿Para qué sirven los registros internos del procesador?

  5. Unidad aritmético-lógica (ALU)
    ¿Qué papel desempeña en la ejecución de instrucciones?

3. Las fases del ciclo de instrucción

Completa la siguiente actividad explicando qué ocurre en cada una de las fases.

  1. Búsqueda (fetch)
    Explica qué ocurre cuando el procesador busca una instrucción en memoria.

  2. Decodificación (decode)
    Explica qué ocurre cuando el procesador decodifica la instrucción.

  3. Ejecución (execute)
    Explica qué ocurre durante la ejecución de la instrucción.

  4. Almacenamiento del resultado
    ¿Qué puede ocurrir con el resultado obtenido después de ejecutar una instrucción?

4. Simulación del ciclo de instrucción

En esta actividad vas a simular el funcionamiento de un procesador muy sencillo. Utilizaremos una memoria con las siguientes posiciones:

Dirección 00: 05

Dirección 01: 03

Dirección 02: 02

Dirección 03: 08

Dirección 04: 00

Dirección 05: 10

Supongamos que el procesador comienza a ejecutar el programa en la dirección 00.

Para esta simulación utilizaremos las siguientes instrucciones:

02: cargar un valor en el registro

03: sumar un valor al registro

05: cargar desde memoria

08: detener la ejecución

Nota: esta es una CPU ficticia simplificada creada exclusivamente para comprender el funcionamiento del ciclo de instrucción.

5. Primer ciclo de instrucción

El contador de programa (PC) comienza con el valor 00. La primera instrucción que debe ejecutarse se encuentra en esa posición.

  1. Búsqueda:
    ¿Qué dirección contiene inicialmente el PC?

  2. Lectura:
    ¿Qué valor se obtiene de la posición de memoria indicada por el PC?

  3. Decodificación:
    ¿Qué instrucción representa ese valor?

  4. Ejecución:
    Explica qué debe hacer el procesador.

  5. PC:
    ¿Qué debería ocurrir con el contador de programa para continuar con la siguiente instrucción?

6. Seguimiento completo de las instrucciones

Completa la siguiente tabla de forma manual indicando qué ocurre en cada ciclo.

Ciclo PC inicial Instrucción Decodificación Acción PC siguiente
1
2
3
4

7. Diagrama del ciclo de instrucción

Realiza un diagrama en el que representes el ciclo de instrucción. Debe aparecer, como mínimo, la relación entre:

  • Memoria.
  • Contador de programa (PC).
  • Registro de instrucción (IR).
  • Unidad de control.
  • Registros.
  • ALU.

Utiliza flechas para indicar el movimiento de instrucciones y datos.

Explica tu diagrama:

8. Análisis de una instrucción real

Utiliza una herramienta de información del procesador, documentación técnica o un recurso proporcionado por el profesor para investigar una instrucción de la arquitectura del procesador utilizado en el equipo.

Arquitectura del procesador:

Instrucción seleccionada:

¿Qué operación realiza?

¿Qué datos utiliza?

¿Qué resultado produce?

9. Preguntas de reflexión

  1. ¿Por qué el procesador necesita un contador de programa?

  2. ¿Qué ocurriría si el procesador no supiera qué instrucción debe ejecutar a continuación?

  3. ¿Por qué es necesario decodificar una instrucción antes de ejecutarla?

  4. ¿Qué relación existe entre la unidad de control y la ALU?

  5. ¿Por qué podemos decir que el ciclo de instrucción se repite continuamente mientras el ordenador está ejecutando un programa?

10. Conclusiones

Explica con tus propias palabras qué has aprendido sobre el ciclo de instrucción y qué relación tiene con el funcionamiento interno del procesador.

11. Fuentes consultadas

Indica las páginas web, libros, apuntes, manuales u otras fuentes utilizadas para realizar la práctica.