No estas pensando en la cuarta dimension, Marty.
Acordate que cuando se hicieron estas maquinas, no existia ese tipo de chips programables, tampoco existian cuando se hicieron los primeros procesadores con valvulas, ademas los primeros ordenadores fueron mecanicos y luego electromecanicos, paso un tiempo hasta que fueron completamente electronicos.
Una instruccion de codigo maquina podria ser similar a una cajita de musica, con cada ciclo de reloj se avanza un paso y segun el programa, que no es mas que una o mas señales que se activan (en el ejemplo serian notas que se activan en ese paso), se disparan distintos circuitos que hacen funciones minimas, como transferir el contenido de un registro a otro registro, sumar dos registros, incrementar en 1, etc.
Mirandolo de una forma muy simplificada, se podria decir que cada instruccion es casi un circuito distinto, y hay un secuenciador que se encarga de leer el programa en codigo maquina desde la memoria, incrementar el contado de programa, decodificar la instruccion, ejecutarla, y volver a empezar leyendo otra instruccion. La toma de decisiones parece magica pero es muy simple, se ejecuta alguna funcion que da un resultado, y segun ese resultado se continua en la siguiente instruccion, o se carga el contador de programa con la direccion suministrada, o se suma o resta un valor al contador de programa, segun el tipo de salto. Pero no hay mucha inteligencia en eso, no es mas que una secuencia de pasos que se pueden implementar con compuertas, flip flops, y buses que conectan todo.
Yendo un poco mas al detalle, no hay un circuito para cada instruccion, sino que hay varios circuitos que se pueden ver como recursos, sumadores/restadores, buses para transferir entre registros y entre registros y memoria, operaciones logicas (xor, or, and). Una instruccion usa algunos de estos circuitos, el microcodigo de esta instruccion (que es como el programa de la cajita de musica) le dice en que orden tiene que hacer las cosas, por ejemplo para sumar 1 al acumulador, tendria primero que colocar el contenido del acumulador en el primer operando del sumador, eso implica activar la transferencia de un registro a otro, luego colocar un 1 en el segundo operando, luego activar el sumador, despues transferir el resultado del sumador a donde corresponda, en este caso volveria al acumulador, pero segun la instruccion podria ir a memoria o a donde sea que lo especifique la instruccion. Los modos de direccionamiento de las instrucciones suelen usar el mismo circuito pero variando que buses se activan (si se lee el operando desde memoria, desde A, desde memoria indexada por X, etc.), el microcodigo de la instruccion sera parecido pero variara algun paso interno para activar distintos circuitos o buses, tambien cada variacion de la instruccion puede tardar una cantidad distinta de ciclos de reloj porque el programa de la instruccion es distinto.
En este video se puede ver que la suma de dos parametros es algo casi instantaneo, es un circuito con compuertas hecho a medida para eso, hay varios circuitos para distintos usos dentro del procesador, y la instruccion es la que define cuales se activan y en que orden. Es el primer ejemplo que encontre en youtube donde se ve el funcionamiento directo y no se ponen a hacer largas explicaciones teoricas, no se ve muy bien pero la idea se entiende:
https://www.youtube.com/watch?v=podqWovdE2MEsta comparacion es un tanto improvisada, pero se puede entender graficamente, un programa en codigo maquina podria verse como una de estas maquinas:
https://www.youtube.com/watch?v=8qLFF9072OcCada etapa de esas maquinas podria ser una instruccion, el programa vendria a ser donde colocar cada etapa, es decir enlazar la salida de una con la entrada de otra, en las que se ven ahi no se toman decisiones, pero podria ocurrir que segun el peso, tamaño, velocidad o algun otro parametro de la bola o el objeto que se use, se decida que vaya por un camino u otro. Pero lo importante es que cada etapa o camino no sabe hacer mas que una determinada secuencia, en una instruccion de codigo maquina lo hace al ritmo del reloj principal, con cada ciclo hace un paso, en el caso de estas maquinas, el reloj seria la gravedad.
Lo explico asi "a lo bestia" porque en realidad hay que leer mucho para llegar a entenderlo bien, es dificil resumirlo de forma que no parezca magia, espero que eso de una idea aproximada de como es que funciona adentro un procesador. En el caso de un chip de video es similar, se usan contadores para saber en que linea y pixel se encuentra el haz, se compara con valores predefinidos, y segun eso se envia a la pantalla lo que se lee de la memoria de video, una señal de sincronismo, o imagen en blanco.
