La arquitectura
de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional
fundamental de un sistema de computadoras.
Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones
de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la
forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las
direcciones de memoria.
También suele
definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes dehardware,
para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento
y costo.
La computadora recibe
y envía la información a través de los periféricos, por medio de los canales. La
CPU es la encargada de procesar la información que le llega a la computadora.
El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la CPU.
Puede considerarse que todas aquellas unidades de un sistema, exceptuando la
CPU, se denomina periférico, por lo que la computadora tiene dos partes bien
definidas, que son:
1. la CPU (encargada de
ejecutar programas y que también se considera compuesta por lamemoria
principal, la unidad aritmético lógica y la unidad de
control), y
2. los periféricos (que
pueden ser de entrada, salida, entrada/salida, almacenamiento y
comunicaciones).
3. El concepto de arquitectura en
el entorno informático proporciona una descripción de la construcción y distribución física de los
componentes de la computadora.
La arquitectura de una
computadora explica la situación de sus componentes y permite determinar las
posibilidades de que un sistema informático,
con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para
las que se va a utilizar.
Cualquier usuario que
desee adquirir un sistema informático, tanto si es una gran empresa como
un particular, debe responder a una serie de preguntas previas: ¿qué se desea
realizar con el nuevo sistema informático? ¿Cuáles son los objetivos a
conseguir? ¿Qué software será
el más adecuado para conseguir los objetivos marcados? ¿Qué impacto va a
suponer en la organización (laboral o personal)
la introducción del
nuevo sistema informático?
Finalmente, cuando se
haya respondido a estas preguntas, el usuario tendrá una idea aproximada de los
objetivos que han de cumplir los diferentes sistemas informáticos
a evaluar.
En la actualidad es muy
familiar el aspecto exterior de una computadora o, por lo menos, de una
microcomputadoraName=g8; HotwordStyle=BookDefault; , pero se ha de advertir
que, salvando las diferencias de tamaño y la posibilidad de teleproceso (manejo
del sistema informático a grandes distancias a través de líneas de comunicaciones de
diferentes tipos), en general, los sistemas informáticos se dividen físicamente
en la unidad central del sistema y los periféricos que
permiten conectarlo al mundo exterior.
La Unidad Central del
Sistema es un habitáculo en forma de caja donde se sitúa el «cerebro»
de la computadora,
esto es, la unidad central de proceso (CPU),
así como los distintos componentes que van a ayudar al sistema informático en
sus operaciones habituales (bus, memorias, fuentes de alimentación eléctrica,
etcétera).
La unidad central de proceso se compone de:
• Una Unidad de Control que
manejará los diferentes componentes del sistema informático así como los datos a
utilizar en los diferentes procesos.
• Una Unidad Aritmético-Lógica que
realizará las diferentes operaciones de cálculo en
las que la computadora basa su funcionamiento.
• Unos Registros del
Sistema que sirven como área de trabajo interna
a la unidad central de proceso.
La unidad central de
proceso se conecta a una serie de memorias que le sirven como soporte para el
manejo de los datos y programas que
se han de utilizar mientras se encuentre operativa.
Las diferentes memorias
del sistema informático (Random Access Memory
o RAM y
Read Only Memory o ROM) son componentes fundamentales de la computadora ya que
van a ser, en el caso de la RAM, el área de trabajo donde el microprocesador va
a realizar las diferentes operaciones en que se van a descomponer los procesos
solicitados por el usuario, mientras que la ROM va a servir para ayudar a la
computadora a realizar las diferentes operaciones de arranque del sistema
informático previas a que el sistema
operativo tome el control de las diferentes tareas a realizar.
La unidad central de
proceso y las memorias se conectan entre ellas por medio del bus. El bus es un
enlace de comunicaciones que conecta todos los componentes que configuran el
sistema informático y permite la transferencia de información entre
ellos. Esta información se compone de datos y órdenes de comandos para
manipular los datos. Existen varias tecnologías de diseño y
construcción de buses entre las que se pueden distinguir las arquitecturas ISA,
EISA y MCA que se verán más adelante.
Otros componentes que se
conectan al bus son los puertos de conexión de los diferentes periféricos
asociados a la unidad central del sistema de la computadora y que van a
permitir configurar el sistema informático para una serie diferente de
operaciones funcionales que siempre han de cubrir las necesidades del usuario.
Es evidente que la
configuración de un sistema informático ha de realizarse en función de
los objetivos operativos que vaya a cubrir la citada computadora. Así, un
sistema informático que se va a dedicar exclusivamente a CAD/CAM (diseño
asistido por computadora) no tendrá una configuración similar a la de una
computadora que va a dedicarse a controlar los diferentes enlaces de
comunicaciones que componen red informática
Los diferentes
periféricos que se pueden conectar a un sistema informático se dividen en
cuatro grupos principales:
• Periféricos de
Entrada de Información.
• Periféricos de Almacenamiento de
Información.
• Periféricos de Salida
de Información.
• Periféricos de
Comunicaciones.
La Unidad Central del
Sistema (System Unit en inglés)
es el centro de operaciones de cualquier computadora existente en el mercado actual.
En la unidad central del sistema se alojan los componentes y circuitería que
van a realizar las tareas fundamentales de la computadora.
Al abrir la unidad
central del sistema de una computadora se pueden apreciar una serie de
componentes:
- Placa principal.
- Microprocesador
central o unidad central de proceso (CPU).
- Bus.
- Memoria principal.
- Otros componentes
controladores.
- Fuente de alimentación
eléctrica.
A continuación se
estudiará detenidamente cada uno de ellos.
1. Placa Principal.
Es una placa con un
circuito impreso donde se conectan los elementos básicos de la computadora: el
microprocesador, el bus y toda o parte de la memoria principal.
En algunos lugares
también aparece denominada como placa base o placa madre.
Microprocesador Central
o Unidad Central de Proceso (CPU).
Es el elemento fundamental de la computadora. El microprocesador va a
ocuparse de la ejecución de las órdenes de comandos, los cálculos matemáticos solicitados
por las referidas órdenes, el manejo de los datos asociados a los cálculos.
Otra función importante del microprocesador va a ser el control de los
componentes del sistema informático conectados a él y que le dan apoyo y le
permiten realizar todas las operaciones que le son solicitadas por los
diferentes programas de aplicación.
El microprocesador se va a ocupar también de controlar y gestionar el
tráfico de datos entre la unidad central del sistema y los periféricos
optimizando los procesos a realizar por la computadora.
3. Bus.
El bus, quizá fuera mejor decir los buses ya que existen varios con
diversas funciones,
es un circuito que conecta el procesador central
con todo el resto de componentes de la computadora.
El bus sirve para que le llegue al procesador la información y las
solicitudes de trabajo, desde el exterior, y envíe hacia afuera los resultados del
trabajo realizado.
4. Memoria Principal.
Es la zona de trabajo donde la computadora va a almacenar temporalmente las
órdenes a ejecutar y los datos que deberán manipular esas órdenes.
Cuanto mayor sea la cantidad de memoria existente en el sistema informático,
mayores serán las posibilidades de trabajo de la computadora, ya que ésta podrá
manipular una cantidad superior de datos al mismo tiempo (siempre
que el sistema operativo lo permita).
5. Componentes de
Control.
Son elementos que sirven como apoyo al funcionamiento del microprocesador
central.
Fundamentalmente, son componentes especializados en realizar determinadas
operaciones, descargando al microprocesador central de estas actividades y
permitiéndole obtener una mayor rapidez y efectividad en el manejo del conjunto
del sistema informático.
Los controladores más importantes son el controlador de interrupciones, el
generador de reloj y el controlador de acceso directo a memoria.
Las placas de expansión interna más importantes son las de control del
subsistema de vídeo, que manejarán las señales que
envía la CPU a la pantalla del sistema informático y las del controlador de los
discos de la computadora que controlará el flujo de datos entre la memoria
principal y el subsistema de almacenamiento.
Estos componentes serán estudiados en el apartado concreto de
sus tareas dentro del sistema informático.
6. Fuente de
Alimentación Eléctrica.
Las fuentes de alimentación proporcionan la energía eléctrica que necesita
por la computadora para funcionar. Esa energía se estabiliza para impedir que
la computadora se vea afectada por oscilaciones bruscas en el suministro de las
compañías eléctricas.
La fuente de alimentación transforma la corriente
alterna de 220 voltios de la red ciudadana en
corriente continua y de menor voltaje, que es la que necesitan los diferentes
componentes de la computadora.
Los voltajes que proporciona la fuente de alimentación son de 12 y 5
voltios. El primero se utiliza para poner en funcionamiento los componentes
mecánicos de la computadora (discos, diskettes, etc.). El segundo se utiliza en
los componentes electrónicos (el microprocesador, la memoria, el reloj, etc.).
En caso de que se abra la unidad central del sistema de la computadora es
muy importante no manipular la fuente de alimentación; hay que tener en cuenta
que, si el sistema informático está enchufado y encendido, la fuente de
alimentación es potencialmente peligrosa. Si se está intentando realizar alguna
operación dentro de la caja de la unidad, deben manipularse cuidadosamente los
cables que entran y salen de la caja de la fuente de alimentación y bajo ningún
concepto intentar abrirla.
Unidad Central de Proceso
La Unidad Central de Proceso es el lugar donde se realizan las operaciones
de cálculo y control de los componentes que forman la totalidad del conjunto
del sistema informático.
Las CPU de las actuales computadoras son microprocesadores construidos
sobre un cristal de silicio semiconductor donde se crean todos los elementos
que forman un circuito electrónico (transistores,
etc.) y las conexiones necesarias para formarlo.
El microcircuito se encapsula en una pastilla de plástico con
una serie de conexiones hacia el exterior, en forma de patillas metálicas, que
forman su nexo de unión al resto del sistema informático. Estas pastillas de
plástico, con una multitud de patillas de conexión metálicas, reciben el nombre
de chips.
El microprocesador central de una computadora se divide en:
• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).
• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o ALU en inglés).
• Registros.
La Unidad de Control maneja y coordina todas las operaciones del sistema
informático, dando prioridades y solicitando los servicios de
los diferentes componentes para dar soporte a la unidad aritmético-lógica en
sus operaciones elementales.
La Unidad Aritmético-Lógica realiza los diferentes cálculos matemáticos y
lógicos que van a ser necesarios para la operatividad de la computadora; debe
recordarse que todo el funcionamiento del sistema de una computadora se realiza
sobre la base de una serie de operaciones matemáticas en código binario.
Los Registros son una pequeña memoria interna existente en la CPU que
permiten a la ALU el manejo de las instrucciones y los datos precisos para
realizar las diferentes operaciones elementales.
De la misma forma que la placa principal tiene un bus para conectar la CPU
con los diferentes dispositivos del sistema informático, la unidad de control
tiene un bus interno para conectar sus componentesName=g12;
HotwordStyle=BookDefault; .
Es la parte de la unidad central de proceso que actúa como coordinadora de
todas las tareas que ha de realizar la computadora. Asimismo, se encarga de
manejar todas las órdenes que la computadora necesita para realizar la
ejecución de las operaciones requeridas por los programas de aplicación.
Sus funciones Básicas
son:
1. Manejar todas las operaciones de acceso, lectura y escritura a
cada una de las posiciones de la memoria principal donde se almacenan las
instrucciones necesarias para realizar un proceso.
2. Interpretar la instrucción en proceso.
3. Realizar las tareas que se indican en la instrucción.
Esta unidad también se ocupa de controlar y coordinar a las unidades
implicadas en las operaciones anteriormente mencionadas, de manera que se
eviten problemas internos
que se puedan producir entre los componentes de la computadora.
La unidad de control, finalmente, comunica entre sí y dirige las entradas y
salidas desde y hasta los periféricos, dando el oportuno tratamiento a la
información en proceso.
Para realizar su cometido, la unidad de control necesita manejar la
siguiente información:
• El registro puntero de instrucciones.
• La instrucción a ejecutar.
• Las señales de entrada/salida.
La salida que proporcionará la unidad de control será el conjunto de
órdenes elementales que servirán para ejecutar la orden solicitada.
Los pasos en que se divide este proceso son:
Extraer de la memoria principal la instrucción a ejecutar.
Tras reconocer la instrucción, la unidad de control establece la
configuración de las puertas lógicas (las interconexiones de los diferentes
componentes del circuito lógico) que se van a ver involucradas en la operación
de cálculo solicitada por la instrucción, estableciendo el circuito que va a
resolverla.
Busca y extrae de la memoria principal los datos necesarios para ejecutar
la instrucción indicada en el paso número 1.
Ordena a la unidad involucrada en la resolución de la instrucción en
proceso que realice las oportunas operaciones elementales.
Si la operación elemental realizada ha proporcionado nuevos datos, éstos se
almacenan en la memoria principal.
Se incrementa el contenido del registro puntero de instrucciones.
Su misión es
realizar las operaciones con los datos que recibe, siguiendo las indicaciones
dadas por la unidad de control.
El nombre de unidad aritmética y lógica se debe a que puede realizar
operaciones tanto aritméticas como lógicas con los datos transferidos por la
unidad de control.
La unidad de control maneja las instrucciones y la aritmética y lógica
procesa los datos.
Para que la unidad de control sepa si la información que recibe es una
instrucción o dato, es obligatorio que la primera palabra que reciba sea una
instrucción, indicando la naturaleza del
resto de la información a tratar.
Para que la unidad aritmética y lógica sea capaz de realizar una operación
aritmética, se le deben proporcionar, de alguna manera, los siguientes datos:
1. El código que indique la operación a efectuar.
2. La dirección de
la celda donde está almacenado el primer sumando.
3. La dirección del segundo sumando implicado en la operación.
4. La dirección de la celda de memoria donde se almacenará el resultado.
Es muy importante conocer acerca de cuales son los componentes de una computadora asi como nos lo explica la Arquitectura de la Computadora...
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