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.
Concepto Básico sobre la Arquitectura de Computadores
Un computador es un sistema secuencial síncrono complejo que procesa información, esta se trata de información binaria, utilizando solamente los dígitos de valores lógicos ‘1’ y ‘0’. Estos valores lógicos binarios se corresponden con valores de tensión eléctrica, de manera que un ‘1’ lógico corresponde a un nivel alto a 5 voltios y un ‘0’ lógico corresponde a un nivel bajo de tensión cercano a 0 voltios; estos voltajes dependen de la tecnología que utilicen los dispositivos del computador.
ESTRUCTURA INTERNA BÁSICA DE UNA COMPUTADORA.
CPU.-
(por el acrónimo en inglés de central processing unit)
: La unidad central de proceso es el corazón del computador.
Controla el flujo de datos, los procesa, y gobierna el secuenciamiento de las
acciones en todo el sistema.
Para ello necesita un oscilador externo o reloj que sincroniza las operaciones
y marca la velocidad de proceso, este va marcando la evolución
del CPU y mide su velocidad de funcionamiento; en forma no afortunada la
frecuencia del reloj del CPU viene limitada por la tecnología del CPU y del
computador completo ya dependiendo de los periféricos, sus tarjetas gráficas,
memorias, etc. Por lo tanto, el uso excesivo de los recursos que tenga la
computadora puede resultar un sobrecalentamiento que deteriore parcial o
totalmente la CPU.
Memoria: es la responsable del almacenamiento de
datos.
Entrada/Salida: transfiere datos entre
el entorno exterior y el computador. En él se encuentran los controladores de
periféricos que forman la interfaz entre los periféricos, la memoria y el
procesador.
Sistema de interconexión: Buses; es el mecanismo que permite el flujo de datos entre la CPU, la memoria y
los módulos de entrada/salida. Aquí se propagan las señales eléctricas que son
interpretadas como unos y ceros lógicos.
Unidad Central de Procesamiento
Controla el funcionamiento de los elementos de un computador. Desde que el sistema es alimentado por una corriente, este no deja de procesar información hasta que se corta dicha alimentación. La CPU es la parte más importante del procesador, debido a que es utilizado para realizar todas las operaciones y cálculos del computador. La CPU tiene a su vez otra estructura interna que se muestra en la Figura 1.2.
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 (por su acrónimo en ingles Arithmetic
Logic Unit): 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.
Registros Internos: el almacenamiento de los
resultados a la ejecución de las instrucciones en la memoria principal podría
ser lento y excesivamente tendría muchos datos en el sistema de interconexión
con la memoria, con lo que el rendimiento bajaría. De la misma manera también
se almacenan en registros internos la configuración interna del CPU o la
información durante la última operación de la ALU. Los principales registros de
un CPU son:
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