1. Introducción a la Arquitectura
de Computadores.
La
arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura
operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. 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.
La arquitectura de
una computadora explica la situación de sus componentes y permite
determinar las posibilidades de un sistema informático, con una
determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las
que se va a utilizar. La arquitectura básica de cualquier ordenador completo
está formado por solo 5 componentes básicos: procesador, memoria RAM, disco
duro, dispositivos de entrada/salida y software.
1 Procesador
Es el cerebro del sistema, encargado de procesar
todos los datos e informaciones. A pesar de que es un dispositivo muy
sofisticado no puede llegar a hacer nada por sí solo. Para hacer funcionar a
este necesitamos algunos componentes más como lo son memorias, unidades de
disco, dispositivos de entrada/salida y los programas. El procesador o núcleo
central está formado por millones de transistores y componentes electrónicos de
un tamaño microscópico. El procesamiento de las tareas o eventos que este
realiza va en función de los nanosegundos, haciendo que los miles de
transistores que contiene este trabajen en el orden de los MHz.
Memoria: es
la responsable del almacenamiento de datos.
·
Unidad de
Control (UC): La unidad de
control se encarga de leer de la memoria las instrucciones que debe de ejecutar
y de secuenciar el acceso a los datos y operaciones a realizar por la unidad de
proceso. La UC genera las señales de control que establecen el flujo de datos
en todo el computador e interno en la CPU. Una instrucción no es más que una
combinación de unos y ceros. Consta de un código de operaciones binarias para
ejecutar la instrucción, la UC la almacena en un registro especial, interpreta
su código de operación y ejecuta la secuencia de acciones adecuada, en pocas
palabras decodifica la instrucción.
· Unidad
Aritmética Lógica o ALU Es la parte de la CPU encargada de
realizar las transformaciones de
los datos. Gobernada por la UC, la ALU consta de una serie de módulos que
realizan operaciones aritméticas y lógicas. La UC se encarga de seleccionar la
operación a realizar habilitando los caminos de datos entre los diversos
operadores de la ALU y entre los registros internos.
Memoria
En la memoria se almacena el
programa y los datos que va a ejecutar el CPU. Las instrucciones son códigos
binarios interpretados por la unidad de control, los datos de igual manera se
almacenan de forma binaria.
a) RAM estática
asíncrona.
Es una memoria volátil, de acceso
rápido que puede almacenar y leer información su característica es que la hace
ideal para ser memoria principal en los ordenadores, la celda de almacenamiento
de la SRAM contiene 4 transistores MOS que almacenan 1 y 0 mientras se mantenga
la alimentación del circuito.
b) RAM
estática síncrona
Utiliza la misma tecnología
que las SRAM, con lo que son volátiles y de rápido acceso. La diferencia es que
existe una señal de reloj que sincroniza el proceso de lectura y escritura. Las
memorias cache externas de algunos microprocesadores son de este tipo para
facilitar el acceso de datos en modo ráfaga y acelerar el proceso de acceso a
bloques de memoria.
c) RAM
Dinámica.
La DRAM tiene capacidades que accede
con un solo transistor, en vez de celdas con varios transistores. El problema
es que las capacidades se descargan mediante la corriente de pérdidas de
transistores y aparte son lentas comparadas con la SRAM; tienen una estructura
de forma de matriz, estando multiplexadas las direcciones en forma de filas y
columnas, tienen modos de acceso más rápido en lo que suministra la parte alta
de dirección; este modo de acceso se denomina modo pagina y acelera el acceso
al no tener que suministrar para cada acceso la dirección de página completa.
d) Memorias
ROM.
Las memorias de solo lectura
una vez que han sido escritas o programadas solo se puede leer el contenido de
las celdas, se suelen utilizar para almacenar el código que permite arrancar a
los sistemas; estas se fabrican para aplicaciones masivas con mascaras de
silicio. Hay 3 tips de memorias ROM que pueden ser programadas en el
laboratorio, algunas pueden ser borradas.
Memoria
PROM: son memorias
ROM programables eléctricamente mediante un programador especial que genera
picos de alta tensión, que funden físicamente unos fusibles grabando en el
dispositivo de forma permanente. Tienen el inconveniente que no pueden ser
borradas y para su lectura requieren una tarjeta especial.
