ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

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ERNESTO SOLANO HERNÁNDEZ - OLGA LUCIA MONROY V. pág. 1

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

Se le llama arquitectura del computador al diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema computacional; es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de un dispositivo. Lo primordial es la forma en que la CPU trabaja de forma interna y accede a las direcciones de memoria.

El sistema computacional recibe y envía la información a través de los dispositivos periféricos por medio de los canales o buses de datos. La Unidad Central de Procesamiento es la encargada de procesar la información que le llega al equipo. Muchas son las arquitecturas de computadoras existentes, entre ellas:

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Arquitectura de Harvard

El término Arquitectura Harvard hace referencia a las arquitecturas de computadoras que utilizaban dispositivos que físicamente separaban las instrucciones y los datos, este tipo de arquitectura se evidenció en la computadora Harvard Mark I, que guardaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.

En la arquitectura las instrucciones y los datos se almacenan en cachés separadas para mejorar el rendimiento; el inconveniente es tener que dividir la cantidad de caché entre los dos, por lo que funciona mejor sólo cuando la frecuencia de lectura de instrucciones y de datos es aproximadamente la misma. Esta arquitectura suele utilizarse en microcontroladores y en DSPs, o procesador de señal digital, usados habitualmente en productos para procesamiento de audio y video. La imagen muestra la arquitectura Harvard para un microcontrolador.

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-Arquitectura de Von Neumann

La arquitectura de Von Neumann es una familia de arquitecturas de equipos de cómputo que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard).

Gran parte de los sistemas computacionales modernos están basados en esta arquitectura, ésta puede incluir otros dispositivos adicionales, (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como ratón, teclado, etc).

Modelo Von Neumann

El modelo de Von Neumann es también conocido como Arquitectura Von Neumann o arquitectura Princeton es, un modelo conceptual que muestra cómo funciona una computadora y como se interconectan todos los componentes de hardware. Este modelo está basado en el explicado por el físico y matemático John Von Neumann desde año 1945.

Las computadoras con arquitectura Von Neumann se crean o desarrollan de acuerdo a tres elementos claves, que son:

• Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura - escritura.

• Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma.

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• La ejecución se produce siguiendo una estructura secuencial Gráficamente la arquitectura de Von Neumann se muestra a continuación:

1.

El procesador

: o microprocesador es el cerebro de un computador, está compuesto por un circuito integrado encapsulado en un chip de silicio que lo componen millones de transistores. Su función es procesar los datos, controlar el funcionamiento de gran parte de los dispositivos del computador, y lo más importante: se encarga de realizar las operaciones lógicas y matemáticas.

Fuente: https://www.profesionalreview.com/2018/10/30/que-es-un-procesador/

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Fuente:https://es.slideshare.net/ANALIROMERO/partes-de-uncomputador-8020625

La unidad aritmético-lógica o ALU:

Es el dispositivo digital encargado de efectuar las operaciones aritméticas y lógicas en los microprocesadores.

Los elementos que componen la ALU son:

• Circuito combinacional u operacional. Realiza las operaciones con los datos de los registros de entrada

• Registros de entrada. Contienen los operandos de la operación. • Registro acumulador. Almacena los resultados de las operaciones. • Registro de estado. Registra las condiciones de la operación anterior.

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La unidad de control:

Es el dispositivo encargado de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador. La unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controla y gobiernan todas las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de la instrucción). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:

• Registro de contador de programas (CP) • Registro de Instrucciones (RI)

• Decodificador (D) • Reloj (R)

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2.

La memoria:

Son circuitos integrados capaces de almacenar información digital, a los que tiene acceso el microprocesador del equipo de computación. Se utiliza para almacenar datos e instrucciones. La memoria se divide en gran número de piezas pequeñas llamadas células. Cada ubicación o celda tiene una dirección única.

Fuente:https://www.tutorialspoint.com/es/computer_fundamentals/computer_memory.htm La Memoria es principalmente de tres tipos:

• Memoria caché • Memoria principal • Memoria secundaria

Memoria Caché: memoria de muy alta velocidad que puede acelerar la CPU. Actúa

como un amortiguador entre la CPU y la memoria principal. Se utiliza para sostener las partes del programa y datos que se utilizan con mayor frecuencia por la CPU.

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Memoria principal: contiene sólo los datos y las instrucciones sobre las qué el

equipo está trabajando actualmente. Tiene una capacidad limitada y los datos se pierden cuando se apaga el suministro eléctrico.

Memoria secundaria: también se conoce como memoria externa o no volátil. Es más

lenta que la memoria principal. Esta se utiliza para almacenar información permanentemente. La CPU no accede directamente a estos datos, para esto utiliza rutinas de entrada / salida. El contenido de las memorias secundarias primero se transfiere a la memoria principal, y luego la CPU puede acceder a él.

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3.

Dispositivo de entrada/salida

Entrada: Son los que envían información a la unidad de procesamiento, en código

binario. Ejemplos: Teclados, sensores.

Salida: Son los dispositivos que reciben información que es procesada por la CPU y

la reproducen para que sea perceptible para la persona. Ejemplo: Monitores.

Buses de datos: Proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas

partes.

Un equipo computacional con arquitectura Von Neumann realiza o emula los siguientes cuatros pasos generando ciclos:

PRIMERO. Enciende el computador y obtiene la siguiente instrucción desde la

memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.

SEGUNDO. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para

apuntar a la siguiente.

TERCERO. Descodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga

de coordinar el resto de componentes del computador para realizar una función determinada.

CUARTO. Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del

programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el computador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.

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COMPONENTES DE UN SISTEMA COMPUTACIONAL

El hardware es la parte física de un computador o sistema computacional, está formado por los componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos, tales como circuitos de cables y circuitos de luz, placas, utensilios, cadenas y cualquier otro material, en estado físico, que sea necesario para hacer que el equipo funcione.

El hardware típico de un sistema computacional se enumera a continuación:

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Se utiliza para almacenar datos e instrucciones. La memoria de la computadora es el espacio de almacenamiento donde los datos van a ser procesados igualmente se almacenan las instrucciones necesarias para procesamiento. La memoria se divide en gran número de piezas pequeñas llamadas células. Cada ubicación o celda tiene una dirección única que varía desde cero hasta el tamaño de la memoria menos uno.

2. CPU.

Es el hardware dentro de un computador u otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones de un programa informático mediante la realización de las operaciones básicas aritméticas, lógicas y de entrada/salida del sistema.

Un computador puede tener más de una CPU o procesador; esto se llama multiprocesamiento. Todas las CPU modernas están constituidas por microprocesadores, por lo que contienen un solo circuito integrado (chip).

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Algunos circuitos integrados pueden contener varias CPU en un solo chip; estos son denominados procesadores multinúcleo.

3. Buses de datos y direcciones.

El bus es la vía de comunicación para los datos y señales de control en la estructura de un computador, entre la CPU y los diferentes elementos que la conforman. El bus está formado básicamente por tres: bus de datos, bus de direcciones y bus de control.

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4. Periféricos de Entrada y Salida.

En informática, un periférico de Un periférico de entrada/salida o E/S (en inglés: input/output o I/O) es aquel tipo de dispositivo adicional con el cual

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de forma bidireccional, es decir, que permite tanto que sea ingresada información desde un sistema externo, como emitir información a partir de ese sistema.

5. Dispositivos de almacenamiento.

Básicamente, una unidad de almacenamiento es un dispositivo capaz de leer y escribir información con el propósito de almacenarla permanentemente.

También llamado almacenamiento secundario, estos dispositivos pueden almacenar información en su interior, como en el caso de los discos rígidos, tarjetas de memoria y pendrives, o como en el caso de las unidades de almacenamiento óptico como las lectograbadoras de Blu-Ray, DVD o CD, grabándolas en un soporte en forma de disco.

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6. Fuente de alimentación.

Una fuente de alimentación convierte la corriente alterna (AC) en una forma continua de energía que los componentes del computador necesitan para funcionar, llamada corriente continua (DC).

La fuente de alimentación es a menudo abreviada como PSU y también se conoce como fuente de poder. Las placas base, cajas y fuentes de alimentación vienen en diferentes tamaños llamados “factores de forma”. Estos tres elementos deben ser compatibles para que funcionen correctamente juntos.

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7. Tarjeta madre o placa principal.

La placa madre, placa principal, placa base o tarjeta madre (del inglés: motherboard) es la tarjeta de circuito integrado principal del sistema

informático, a la que se acoplan los demás componentes que constituyen

el computador.

Es, por ende, una parte fundamental del mismo y se encuentra dentro de la carcasa del CPU, en donde presenta salidas al exterior que permiten la conexión de distintos periféricos y aditamentos.

En la placa base se encuentran además elementos indispensables del sistema, como el microprocesador, la memoria RAM, las ranuras de expansión o el circuito integrado auxiliar (chipset).

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8. Tarjetas de expansión.

La tarjeta de expansión es un tipo de dispositivo con diversos circuitos integrados (chips) y controladores, que insertada en su correspondiente ranura o slot de expansión sirve para expandir las capacidades de la computadora en la que se inserta. Estas tarjetas normalmente se conectan a un puerto PCI (Peripheral Component Interconnect).

Las tarjetas de expansión más comunes sirven para añadir memoria, controladoras de unidad de disco, controladoras de vídeo, puertos serie o paralelo y dispositivo de módem interno.

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Estructura interna

Puertos PCI: permiten la colocación de tarjetas de expansión en el computador.

Conectores SATA: utilizados para conectar unidades de almacenamiento a la placa base, como pueden ser varios tipos de discos duros incluyendo modelos de SSD, o unidades de disco como BluRay o DVD.

Northbridge: es un chip dentro de una computadora que conecta la unidad central

de procesamiento (CPU) a otros componentes primarios del sistema. Estos componentes incluyen RAM, el bus frontal (FSB), puertos PCI-Express, tarjeta gráfica AGP (Accelerated Graphics)

Southbridge: es un chip que conecta el puente norte a otros componentes dentro de

la computadora, incluyendo unidades de disco duro, conexiones de red, USB, el reloj del sistema y tarjetas PCI.

VGA: Un conector Video Graphics Array es un conector estándar que se utiliza para la salida de video de la computadora.

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