¿Cómo se ejecutan las instrucciones de un programa en una computadora?

Hay libros completos sobre este tema, pero aquí hay un resumen muy simplificado de la forma más común en que esto funciona:

En algún momento en el pasado, el programa se convirtió en lenguaje de máquina. Es decir, es una serie de instrucciones, almacenadas en la memoria, codificadas como números. Cada instrucción incluye un código o p , que dice qué instrucción es. Por ejemplo, tal vez un 27 es una instrucción ADD, y en 42 es un SUBTRACT. La mayoría de las instrucciones también tienen uno o más operandos , que brindan más detalles sobre cómo debe funcionar la instrucción. Por ejemplo, una instrucción ADD podría tomar dos operandos, es decir, las dos cosas que se deben sumar. Estos pueden ser datos inmediatos (un número justo en la instrucción), o una dirección de memoria, o un registro.

OKAY. Dentro de la CPU hay un registro llamado contador del programa que siempre contiene la dirección de la siguiente instrucción que se ejecutará. El procesador hace lo siguiente:

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1. Le pide a la memoria que recupere el valor en la dirección en el contador del programa.
2. Luego incrementa el contador del programa para que esté listo para apuntar a la siguiente instrucción.
3. Luego ejecuta la instrucción.
4. Luego vuelve al paso 1.

Esto se llama el ciclo f etch-execute , y mientras la computadora esté encendida, la computadora lo estará haciendo.

Entonces, la siguiente pregunta es: ¿Cómo hace el procesador todo esto? La CPU tiene dos partes principales: la unidad de control y la unidad aritmética y lógica (ALU). La ALU es un conjunto de circuitos que pueden realizar operaciones aritméticas (como sumar) y operaciones lógicas (como AND a nivel de bits). La unidad de control también es un conjunto de circuitos que pueden enviar señales a todas las otras partes de la computadora para decirle qué hacer. Entonces, básicamente, la unidad de control hace algo como esto:

1. Le dice al contador del programa que envíe la dirección a la memoria.
2. Le dice a la memoria que envíe los datos a la dirección especificada.
3. Espera a que vuelvan los datos, luego almacena la instrucción recuperada en el registro de instrucciones .
4. Le dice al contador del programa que se ejecute.
5. Mira el código operativo en el registro de instrucciones y envía una serie de señales al resto de la computadora para completar esta instrucción. Éstas incluyen:

• Leer o escribir en un registro.
• Leer o escribir en la memoria.
• Leer o escribir en y dispositivo de E / S.
• Indique a la ALU que realice una operación, tomando la entrada de ciertos lugares y enviando la salida a ciertos lugares.

Y eso es básicamente todo. Para obtener más detalles, consulte cualquier curso o libro de texto sobre el tema llamado Arquitectura de computadora .