Ciclo de máquina y diagrama de tiempos en arquitectura de computadores

Un ciclo de máquina (o ciclo de instrucción) es la secuencia de pasos que una CPU ejecuta para procesar una sola instrucción. El clásico ciclo de cuatro etapas:

1. Fetch de instrucción (IF): Contador de programa (PC) provee dirección; instrucción cargada en Registro de Instrucción (IR).
2. Decodificación (ID): Unidad de control interpreta el opcode y determina operaciones requeridas.
3. Ejecución (EX): ALU realiza aritmética, lógica o movimiento de datos.
4. Almacenamiento / Writeback (WB): Resultados escritos en banco de registros o memoria.

Diagrama de tiempos

Un diagrama de tiempos representa las señales clave (PC, IR, MAR, MDR, ALU, líneas de control) frente a ciclos de reloj. En procesador monociclo, las cuatro etapas completan en un periodo de reloj; en diseños pipeline, cada etapa ocupa un ciclo separado con ejecución solapada.

El diagrama visualiza relaciones de señales, tiempos de setup/hold y secuenciación de control – esencial para verificar correcta operación del procesador.

El tiempo de ciclo de máquina (periodo de reloj) determina la frecuencia máxima de la CPU; ciclos más rápidos = mayor rendimiento.