Nombre: Reyes Suarez Kerly
Curso:S5J
Ciclo
de
instrucción
Para saber qué es un ciclo de búsqueda y uno de ejecución, es necesario saber qué es un ciclo de instrucción. Un ciclo de instrucción, también llamado fetch-and-execute (búsqueda y ejecución) es el período que tarda un microprocesador micropro cesador en ejecutar una instrucción. Se divide en dos etapas: Ciclo de búsqueda y ciclo de ejecución. Las instrucciones se clasifican, según su función, en: - Instrucciones de transferencia de datos. - Instrucciones de cálculo. - Instrucciones de transferencia del control del programa. - Instrucciones de control. Ciclo de búsqueda Búsqueda de la instrucción:
Lo primero que realiza el microprocesador en un ciclo de instrucción, es buscar la instrucción en la memoria principal (RAM). (RAM). El registro apuntador apuntador de instrucciones, tiene almacenada almacenada la dirección de la próxima próxima instrucción a ejecutar. Cuando la instrucción fue hallada, el microprocesador pasa la instrucción de la memoria principal a través del bus de datos al Registro de Datos de Memoria (MDR). A continuación, lo registrado allí es colocado en el Registro de Instrucción Actual (CIR), (CIR), un circuito que guarda la instrucción temporalmente de manera que pueda ser decodificada y ejecutada. Decodificación de la instrucción:
La segunda y última acción comprendida en el ciclo de búsqueda es decodificar la instrucción. El dato es enviado a una Unidad de Decodificación, que decodifica la instrucción que se va a ejecutar. Es decir, el decodificador traduce
la
instrucción
para
saber,
Ciclo
justamente,
qué
instrucción
de
es.
ejecución
Ejecución de la instrucción: Una vez que la unidad de decodificación sabe cuál es el significado de la instrucción leída de memoria, se lo comunica a la Unidad de Ejecución. Esta unidad será la encargada de consumar la ejecución y para ello activará las señales necesarias y en un orden determinado. Es decir, es la encargada de dar las órdenes necesarias a las
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Almacenamiento de los resultados: La última acción que se realiza en el ciclo de instrucción, es el almacenamiento de los resultados. El resultado generado por la operación es almacenado en la memoria principal (RAM) o enviado a un dispositivo de salida,
según la instrucción. Basándose en los resultados de la operación, el contador de programa se incrementa para apuntar a la siguiente instrucción o se actualiza con una dirección diferente donde la próxima instrucción será recogida.
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CICLO O FRECUENCIA
En su forma básica, el reloj del sistema maneja toda la sincronización de un sistema de cómputo. El reloj del sistema es una señal eléctrica en el bus de control que alterna entre los valores de cero y uno a una tasa dada. La frecuencia en la cual el reloj del sistema alterna entre cero y uno es llamada frecuencia del reloj de sistema. El tiempo que toma para cambiar de cero a uno y luego volver a cero se le llama periodo de reloj, también llamado ciclo de reloj. La frecuencia del reloj es simplemente el número de ciclos de reloj que ocurren en un segundo, en sistemas actuales, éste valor excede los 200 ciclos por segundo, siendo ya común frecuencias del orden de los 366 Mhz. (Mega Hertz ?, que equivale a un millón de ciclos por segundo). Observe que el periodo de reloj es el valor inverso de la frecuencia, por lo tanto, para un sistema de 200 Mhz el periodo es igual a 5 nanosegundos. Para asegurar la sincronización, el CPU inicia una operación ya sea en el flanco ascendente (cuando la señal cambia de cero a uno) ó en el descendente (cuando la señal cambia de uno a cero). Como todas las operaciones de un CPU están sincronizadas en torno a su reloj, un CPU no puede ejecutar operaciones más rápido que la velocidad del reloj. •
•
de
Definimos frecuencia como la cantidad de ciclos que se transmiten en un determinado intervalo tiempo.
F = Nro. Ciclos / tiempo También denominado cielos por segundo o frecuencia, este término hace referencia a la velocidad del procesador incorporado en la CPU del ordenador, y se mide en megaherzios (MHz). A mayor índice de frecuencia, más rápido es el procesador y, en consecuencia, el ordenador. Hace unos años era frecuente encontrar procesadores a 16 MHz, pero hoy en día lo normal es que éstos superen los 120 MHz. •
Ciclos por instrucción (CPI)
Es el número de ciclos que requiere cada instrucción. Normalmente, CPI = CPI medio. Instrucciones por Ciclos
La unidad Instrucciones por ciclo, en inglés Instructions per cycle (IPC) indica la cantidad de instrucciones que un procesador ejecuta en un ciclo de reloj. Normalmente se trata de un valor medio, ya que la cantidad de instrucciones ejecutadas en un ciclo de reloj en la mayoría de arquitectura de procesadores varía. Adiciones sencillas, por ejemplo, pueden ejecutarse más rápidamente que una cantidad de instrucciones con coma flotante. Para el cálculo se suelen ejecutar primero una gran cantidad de instrucciones que se dividen entonces en los ciclos de reloj (que resultan del ritmo de reloj del procesador y de los tiempos requeridos). El Z1 de Konrad Zuse tenía, por ejemplo, un ámbito de IPC de entre 0,05 y 1. Este valor sirve como referente para medir la eficiencia de una arquitectura, porque el producto del IPC y de la frecuencia de reloj es la cantidad de instrucciones ejecutadas por segundo (MIPS). Así, un procesador con un IPC=1 y f=500 MHz teóricamente ejecuta tantos instrucciones como otro con un IPC=0,5 y f=1000 MHz. Sin embargo, factores como pipeline de datos limitan la comparatibilidad de forma considerable. También cabe destacar que algunos fabricantes con un ciclo o ciclo de reloj no se refieren al período de la signal de reloj, sino a un valor muy superior.
Nombre: Reyes Suarez Kerly
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Tiempo de ejecución de programa (Tp) •
Es el tiempo que tarda un programa en ejecutarse.
•
(Runtime). Período en el que un programa es ejecutado por el sistema operativo. El período comienza
cuando el programa es llevado a la memoria primaria y comienzan a ejecutarse sus instrucciones. El período finaliza cuando el programa envía la señal de término (normal o anormal) al sistema operativo.
Suele decirse también que un programa se encuentra "corriendo" mientras está siendo ejecutado. En tiempo de ejecución pueden darse errores inesperados llamados runtime errors, que pueden ser controlados a través de mecanismos llamados manejos de excepciones. •
Se denomina tiempo de ejecución (runtime en inglés) al intervalo de tiempo en el que un programa de
computadora se ejecuta en un sistema. Este tiempo se inicia con la puesta en memoria principal del programa, por lo que el sistema operativo comienza a ejecutar sus instrucciones. El intervalo finaliza en el momento en que éste envía al sistema operativo la señal de terminación, sea ésta una terminación normal, en que el programa tuvo la posibilidad de concluir sus instrucciones satisfactoriamente, o una terminación anormal, en el que el programa produjo algún error y el sistema debió forzar su finalización. Este término suele emplearse, en oposición a tiempo de compilación, para indicar si una acción o hecho sucede en uno u otro tiempo. También es usado en su forma original en inglés para nombrar otros conceptos en informática. Tiempo de ejecución
El tiempo que tarda un programa en ser ejecutado por un computador puede ser difícil de medir, debido a los Sistemas Operativos Multitarea y a los dispositivos de E/S, que tienen tiempos de respuesta que son independientes de la frecuencia de reloj del ordenador. Por ello es necesario diferenciar entre el tiempo que tarda una CPU en ejecutar el código de un programa, el tiempo que utiliza el S.O. para realizar sus tareas, y el tiempo necesario para acceder a los dispositivos de E/S. El tiempo de ejecución de un programa lo dividiremos en las siguientes componentes: • •
Tiempo de respuesta Tiempo de CPU
A su vez, el tiempo de CPU lo dividimos en: • •
Tiempo de CPU utilizado por el usuario. Tiempo de CPU utilizado por el S.O.
Nombre: Reyes Suarez Kerly
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Tiempo de respuesta: Es el tiempo necesario para completar una tarea, incluyendo los accesos al
disco, a la memoria, las actividades de E/S y los gastos del S.O. Es el tiempo que percibe el usuario.
Tiempo de CPU :Es el tiempo que tarda en ejecutarse un programa, sin tener en cuenta el tiempo de
espera debido a la E/S o el tiempo utilizado para ejecutar otros programas. Se divide en:
Tiempo de CPU utilizado por el usuario. Es el tiempo que la CPU utiliza para ejecutar el programa
del usuario. No se tiene en cuenta el tiempo de espera debido a la E/S o el tiempo utilizado para ejecutar otros programas
Tiempo de CPU utilizado por el S.O. Es el tiempo que el S.O. emplea para realizar su gestión interna.
Tiempo de CPU El tiempo de CPU (o uso del CPU, o tiempo de proceso) es la cantidad de tiempo en que la unidad central de proceso fue usada para procesar las instrucciones de un programa de computadora, en oposición a la espera por las operaciones de entrada/salida, por ejemplo. El tiempo CPU es a menudo medido en impulsos del reloj (clock ticks) o como un porcentaje de la capacidad del CPU. Es usado como un punto de comparación en el uso del CPU de un programa. En contraste, el tiempo real transcurrido (o simplemente el tiempo real, o el tiempo) es el tiempo tomado desde el inicio de un programa de computadora hasta su finalización según lo medido por un reloj ordinario. El tiempo real transcurrido incluye el tiempo de la entrada/salida y t odos los otros tipos de esperas incurridas por el programa.
Donde Fc = Frecuencia_de_reloj = 1/T
NI: depende del compilador y la arquitectura utilizada, y se expresa en instrucciones/programa CPI: depende de la arquitectura y estructura (organización) de la máquina, y se expresa en ciclos de reloj/instrucción Tc: Depende de la estructura y la tecnología de la máquina, y se expresa en segundos/ciclo de reloj En determinadas situaciones de diseño puede ser útil calcular el número total de ciclos de reloj de la CPU como:
