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lunes, 20 de abril de 2009

PROGRAMACIÓN DEL MICROPROCESADOR ( I )

La construcción del microprocesador a través de la integración de circuitos en gran escala, así como la construcción de las unidades periféricas de apoyo, así como la construcción de memorias RAM, de discos duros y demás accesorios que constituyen lo que se comúnmente se conoce como el hardware de la máquina, es tan sólo una parte importante pero no suficiente para poder utilizar un microprocesador ventajosamente. No basta con tener una microcomputadora construída con todos sus componentes esenciales. Queda aún la tarea de poder programarla. Todos los programas que serán ejecutados por el microprocesador eventualmente deben ser cargados en la memoria RAM. Pero estos programas deben ser programas que puedan ser efectuados en el lenguaje que entiende la máquina, en su lenguaje de máquina, en su lenguaje de unos y ceros, en el lenguaje binario.

Podemos, si queremos, construír un sistema microprocesador completo, y podemos intentar programarlo en lenguaje de máquina, en el lenguaje de unos y ceros que puede ser procesado de alguna manera por las tres funciones lógicas básicas. Pero tal cosa se puede convertir en una labor extremadamente pesada. A manera de ejemplo, supóngase que queremos utilizar una microcomputadora para efectuar una adición sencilla, para sumar los números 17 y 35. Normalmente, no utilizaríamos una microcomputadora para algo tan sencillo, nosotros mismos haríamos el cálculo manualmente o inclusive mentalmente. Sin embargo, este crudo ejemplo ilustra los enormes problemas que tenemos que enfrentar para poder utilizar una microcomputadora inclusive para las funciones más elementales. Y debe quedar claro que mientras esto no se haya resuelto, no podremos utilizar el microprocesador para cosas más sofisticadas como un procesador de palabras o como instrumento para ejecutar melodías en formato MP3.

Los números 17 y 35 a ser sumados están en nuestro lenguaje natural, en nuestro sistema decimal. Pero la microcomputadora no entiende absolutamente nada de estas cosas, la microcomputadora sólo "comprende" el lenguaje de los unos y ceros eléctricos, la presencia o la ausencia de un voltaje. Para que podamos obtener la suma de la microcomputadora, primero se vuelve necesario convertir cada uno de los números 17 y 35 al sistema de numeración binaria, precisamente el mismo sistema que estudiamos al principio de esta obra. Nosotros mismos llevaremos a cabo esta conversión, postponiendo por lo pronto la posibilidad de dejarle a la máquina la tarea de que ella misma lleve a cabo la conversión de decimal a binario por nosotros.

Una vez hecha la conversión, tenemos que almacenar estos números binarios en alguna parte de la memoria RAM en donde la microcomputadora los pueda localizar. Si lo hacemos manualmente usando interruptores eléctricos, ello nos llevará algo de tiempo aunque tal cosa se puede hacer.

Pero almacenar los números binarios en la memoria RAM no basta. Tenemos que escribir un programa en lenguaje de máquina que, ejecutando una instrucción tras otra, pueda llevar a cabo las operaciones que produzcan el resultado apetecido. Es aquí en donde necesitamos tener acceso al código de operaciones (op-code) del microprocesador. Desde que los primeros microprocesadores aparecieron en el mercado, cada uno de ellos tiene su propio código de operaciones, y todos ellos lo seguirán teniendo mientras la arquitectura esencical en la cual están basados todas los microcomputadoras (conocida como la arquitectura von Neumann) no cambie.

Usando lenguaje de máquina, un programa tentativo podría ser el siguiente:

(1) Recoger del domicilio A00019 de la memoria RAM el primer dato (el número binario 17) y depositarlo en el registro interno X del microprocesador.

(2) Recoger del domicilio A00020 de la memoria RAM el segundo dato (el número binario 35) y almacenarlo en el registro interno Y del microprocesador.

(3) Sumar mediante una suma binaria en la unidad ALU del microprocesador las palabras binarias almacenadas en los registros X y Y del microprocesador, y depositar el resultado (el equivalente binario del número decimal 52) en el registro interno X del microprocesador.

(4) Sacar la información del registro interno X del microprocesador y depositarlo en el domicilio A00019 de la memoria RAM.

(5) Detener la ejecución del programa, una vez que el resultado ha sido puesto en la memoria RAM.

Obsérvese que, en el interior del microprocesador, al llevar a cabo una suma binaria, destruímos uno de los datos originales, el número binario 17 que estaba en el registro X, depositando en dicho registro el resultado final 52. Y al sacar el resultado hacia afuera, depositándolo en la memoria RAM, destruímos también allí el dato original que había en el domicilio A00019. Esto no es de consecuencia alguna, ya que a fin de cuentas estamos interesados en la obtención de un resultado final que una vez obtenido no requiere conservar los datos originales. Esto es algo muy frecuente en el mundo de la programación. Podemos, si queremos, conservar todos los datos originales. Podríamos haber depositado el resultado final en el domicilio A00021 de la memoria RAM, un domicilio que anteriormente no estaba siendo utilizado. Pero esto de inmediato nos exije tener una memoria RAM de mayor capacidad. En procesamientos más complejos en donde se manejan decenas de miles de datos, el tratar de conservar en la memoria RAM información no indispensable nos puede agotar rápidamente nuestros recursos de memoria rápida. Es por ello que, cuando se requiere conservar alguna información previa, se hace uso de una memoria no tan rápida como la memoria RAM pero sí más permanente, es entonces cuando se hace uso de algo como el disco duro de la máquina. En cualquier microcomputadora o computadora de escritorio o inclusive las super-computadoras más sofisticadas, el usuario siempre verá una interacción intensa entre la memoria RAM disponible y el espacio que hay en el disco duro. El disco duro, con las tecnologías disponibles a la entrada del tercer milenio, siempre ofrece una capacidad mayor y más duradera que la que ofrece la memoria RAM. Pero el disco duro es una memoria extremadamente lenta, en términos de rapidez desde el punto de vista de la máquina. Siempre habrá un compromiso entre el uso de la memoria RAM y el espacio disponible en el disco duro, lo cual en sistemas elaborados requerirá la mirada vigilante del encargado de optimizar el funcionamiento de los sistemas de cómputo que tiene bajo su cuidado; esta es precisamente la tarea del administrador de sistemas.

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