Arquitectura de la computadora

¿Alguna vez te has preguntado cómo funciona una computadora, qué partes la integran y cómo es que cada una de estas funciona?

A continuación, te voy a explicar algunas de sus partes más importantes y para que sirve cada una de ellas:

Unidad Central de Procesamiento (CPU): circuitería que controla el tratamiento de los datos, se conoce como “procesador”, está montado sobre la tarjeta madre (tarjeta de circuito principal, con un tamaño de 2.5cm2. El procesador está compuesto por cuatro partes:

· Unidad aritmética/lógica: contiene los circuitos que realizan las operaciones con los datos (Ej. Sumas y restas)

· Unidad de control: coordina las actividades de la máquina y la unidad de registros, que contiene celdas de almacenamiento de datos (similares a las celdas de la memoria principal), denominadas registros.

· Unidad de registros: se emplean para almacenar temporalmente la información dentro del procesador.

· Bus de datos: conjunto de hilos de conexión que conectan con la memoria principal. A través de este bus, el procesador extrae datos de la memoria principal, suministrando la dirección de la celda de memoria pertinente, junto con una señal electrónica que le indica a los circuitos de memoria que debe extraer los datos contenidos en la celda indicada.

Programa almacenado

Un programa puede codificarse como un patrón de bits y almacenarse en la memoria principal como si fuera cualquier tipo de dato. De la memoria, el CPU puede extraer las instrucciones y ejecutarlas.

Lenguaje máquina:

Los procesadores están diseñados para reconocer instrucciones codificadas como patrones de bits. Este conjunto de instrucciones junto con el sistema de codificación utilizado forma lo que se conoce como lenguaje máquina. Una instrucción expresada en este lenguaje se denomina instrucción de nivel máquina.

· RISC (reduced instruction set computer): procesador diseñado para ejecutar un conjunto mínimo de operaciones. Es eficiente, rápido y más barato. (Ej. PowerPC)

· CISC (Complex Instruction set computer): procesador diseñado para ejecutar un gran número de operaciones complejas. Preparado para la evolución de software complejo. Con esta arquitectura, los programas pueden aprovecharse de la existencia de un conjunto rico y potente de instrucciones. (Ej. Intel/AMD)

Independientemente de la elección que se haga entre RISC y CISC, las instrucciones de una máquina pueden clasificarse en tres grupos:

1) Transferencia de datos: copiar datos de un lugar a otro

2) Aritmético/lógico: usar patrones de bits para computar un nuevo patrón de bits.

3) Control: ejecución directa de un programa

Ejecución de programas:

Las computadoras ejecutan un programa almacenado en su memoria copiando las instrucciones desde la memoria al procesador según va siendo necesario. Una vez que están en el procesador, cada instrucción se decodifica y se hace lo que la instrucción ordene. El orden en el que las instrucciones se extraen de la memoria se corresponde con el orden en el que están almacenadas en la memoria, a no ser que ese orden se altere mediante una instrucción JUMP.

El procesador tiene dos funciones principales:

1) Registro de instrucciones: almacena la instrucción que está ejecutando.

2) Contador de programa: contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.

El procesador repite este proceso que se llama ciclo de máquina (decodificación, ejecución, captación).

Comunicación con otros dispositivos:

La comunicación entre una computadora y otros dispositivos suele gestionarse mediante un aparato intermedio denominado controladora.

Controladora: esta se conecta mediante cables a dispositivos periféricos situados dentro de la carcasa de la computadora o a conectores, denominados puertos. Una controladora traduce los mensajes y los datos entre un formato compatible con las características internas de la computadora y el formato compatible con el dispositivo periférico al que está conectada. Por ejemplo:

· USB y FireWire permiten que una misma controladora pueda gestionar diversos tipos de dispositivos.

· E/S Mapeada en memoria: el procesador se comunica con los dispositivos como si fueran celdas en la memoria principal.

Acceso directo a memoria (DMA, Direct Memory Access): capacidad de una controladora de efectuar sus propias comunicaciones con la memoria principal durante los nanosegundos que el procesador no está utilizando el bus. El DMA puede presentar un cuello de botella de von Neumann en el bus de datos.

Handshaking: el proceso de coordinación bidireccional de transferencia de datos entre la computadora y el dispositivo periférico. Intercambian información acerca del estado del dispositivo y coordinan sus actividades.

Medios de comunicación populares:

1. Comunicación paralela: varias señales se transmiten al mismo tiempo por una línea separada.

2. Comunicación serie: transfiere señales una detrás de otra por una única línea.

Modem: transforma los tonos que llegan por las líneas telefónicas en patrones de bits.