Arquitectura de Las Computadoras

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diseo conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripcin funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseo para varias partes de una computadora, con especial inters en la forma en que la unidad central de proceso (cpu) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

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Arquitectura de las computadoras

ARQUITECTURA DE LAS COMPUTADORASSe puede definir brevemente la arquitectura como la tcnica del diseo; los propios arquitectos lo definen como el arte de la creacin armnica; partiendo de esta definicin, se puede decir que la arquitectura de la computadora es la serie de procesos encaminados a lograr un diseo esttico y funcional, conjuntado con la mayor eficiencia, a un costo accesible.Esquema bsico

La arquitectura bsica en toda computadora siempre tendr tres componentes:

de hardware de entrada

de procesamiento central

de salida

Esta estructura bsica puede modificarse, por ejemplo, al

aadir secciones de control y lgica adicionales, con elobjeto de lograr procesos simultneos; sin embargo, no

es posible cambiar esta estructura en su forma elemental.Para profundizar en lo anterior, es necesario conocer los componentes fsicos y lgicos de una computadora.HARDWARESe llama hardware a las partes fsicas de la computadora, es decir: todo lo que se puede ver y tocar; el hardware se constituye por componentes elctricos, electrnicos, mecnicos y electromecnicos; esto es: gabinete, cables, CPU, monitor, perifricos, etc.

Componentes fsicosCPU

La Unidad Central de Proceso (CPU) de una computadora realiza los clculos y la toma de opciones; se llama procesamiento a la transformacin de datos de entrada en informacin til para el usuario; esta transformacin se logra a travs de dos componentes:* El Procesador

Es el conjunto de circuitos integrados (chips ordenados en tarjetas de circuitos), que interpreta la informacin y ejecuta las instrucciones recibidas; existen varios tipos de procesadores.* La Memoria

Todas las computadoras cuentan con la memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas en ingls, Random Access Memory), que almacenar informacin mientras la computadora est encendida; la memoria RAM se mide en bytes; como es bien sabido, un byte es la cantidad de memoria para almacenar un carcter.Tipos de Procesadores:

Procesadores dedicados, ejecutan tareas especficas, a travs de un algoritmoProcesadores de propsito general, ejecutan series de instrucciones, que pueden ser de entrada o salida, aritmticas, etc.; lo realizan mediante instrucciones almacenadas en una memoria secundaria

CISC (Complex Instruction Set Computing), realiza una gran cantidad de instrucciones ypermite operaciones mas complejas.

RISC (Reduced Instruction Set Computing)Permite un bajo nmero de instruccioneslimitadas, y un bajo promedio de ciclos porinstruccin.

Power PC. Representan un mejora respectode los dos anteriores; pueden copiar lascaractersticas de los CISC y los RISC, a finde ejecutar programas escritos para ellos.SIMD (Single Instruction Multiple Data) Cuenta con una cantidad importante de instrucciones y datos mltiples; tiene unidades funcionales que pueden responder a una orden comn.

Microprocesadores, son de uso general; necesitan dispositivos de memoria y de entrada y salida.

Microcontroladores, integran elementos de entrada y salida junto al microprocesador.

ASIC (Application Specific Integrates Circuits) Integra en un chip elementos digitales y de anlisis para efectuar una funcin.

DSP (Digital Signal Processors), de gran

velocidad, pero con poca memoria; ofrecenbuenos resultados al efectuar algoritmos de proceso de seal.

Procesadores Neuronales, equipados para interactuar entre sus similares; esto ayuda arealizar una funcin entre varios de ellos.

Procesadores Convencionales, ejecutan las instrucciones una detrs de la otra.Procesador con paralelismo interno, ejecutaexternamente las instrucciones como un pro-

cesador convencional, pero internamentetiene la opcin de realizar instrucciones en paralelo.Procesador con paralelismo externo, se encuentra en los sistemas que incluyen varios procesadores.Multiprocesador, incluye una memoria cach de gran capacidad para reducir el trfico con la memoria comn

Fuente de alimentacinEs un dispositivo que transforma la corriente alterna (por ejemplo, la do-

mstica) en corriente continua quehace funcionar los circuitos de cual-

quier aparato electrnico; se clasifi-

can en lineales y conmutadas. Lasprimeras son de diseo sencillo, y apesar de que pueden ser ms ela-

boradas conforme a la intensidad de

la corriente que deben transformar,son poco eficientes en la regulacinde la corriente; generalmente secomponen de un transformador, unfiltro y un regulador. Las segundas son siempre ms pequeas, pero la complejidad de su diseo las vuelven propensas a averas con una mayor frecuencia. Se componen de una serie de transistores en conmutacin; una desventaja de estas fuentes es que generan interferencia, debido al zumbido elctrico de alta frecuencia causado por la misma fuente.Tarjeta Madre

La tarjeta madre (o Motherboard) esel elemento ms importante de una computadora. Funciona como la pla-

taforma o circuito principal de unacomputadora, coordinando todos los dems elementos. Tambin es cono-

cida como placa base, placa central,placa madre, o mainboard.

Es un tablero que contiene todos losconectores necesarios para enlazar

las dems tarjetas del computador.Una tarjeta madre incluye a losconectores del procesador, la me-

moria RAM, BIOS (software elemen-

tal), puertas en serie, puertas en paralelo, expansiones de memoria, pantalla, teclado, disco duro, enchufes, etc. Cuando la tarjeta madre est equipada con los elementos mencionados, se le llama Conjunto de procesadores.

La tarjeta madre debe realiza las siguientes tareas:

Conexin fsica. Administracin, control y distribucin de energa elctrica. Comunicacin de datos. Temporizacin. Sincronismo. Control y monitoreo.

La memoria RAM.Se haba comentado que el procesamiento es la transformacin de datos de entrada en informacin; adems, que esto se lograba atravs de dos elementos: el procesador yla memoria; ampliando este ltimo con-

cepto, diremos que la memoria RAM es el lugar donde el computador guarda los datos que est utilizandoen el momento presente. El almace-

namiento es considerado temporal porque los datos y programas permane-

cen en ella mientras que la computadora

est encendida o no sea reiniciada.

Se le llama RAM porque es posible acceder a cualquier ubicacin de ella, de forma aleatoria y rpida. Fsicamente, estn constituidas por un conjunto de chips o mdulos de chips normalmente conectados a la tarjeta madre. Los chips de memoria son rectngulos negros que suelen ir soldados en grupos a unas plaquitas con "pines" o contactos:

La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o los discos duros, es que la RAM es mucho ms rpida, y que se borra al apagar el computador, contrariamente a lo que ocurre con los dispositivos de almacenamiento (disquetes o discos duros en donde la informacin permanece grabada).

Tipos de RAM

Existe una gran variedad de memorias RAM. Atendiendo al enfoque comercial, se puede afirmar que los principales tipos de memorias son: DRAM, Fast Page, EDO, SDRAM, etc. Trataremos estos cuatro, que son los ms importantes.DRAM: Dinamic-RAM, o RAM DINAMICA, es "la original", y por tanto la ms lenta. Usada hasta la poca del 386, su velocidad tpica es de 80 70 nanosegundos (ns), tiempo ste que tarda en vaciarse para poder dar entrada a la siguiente serie de datos. Por ello, es ms rpida la de 70 ns que la de 80 ns.

Fast Page (FPM): a veces llamada DRAM (o slo "RAM"), puesto que evoluciona directamente de ella, y se usa desde hace tanto que pocas veces se las diferencia. Algo ms rpida, tanto por su estructura (el modo de Pgina Rpida) como por ser de 70 60 ns. Usada hasta con los primeros Pentium, fsicamente aparece como SIMMs de 30 72 contactos (los de 72 en los Pentium y algunos 486).EDO o EDO-RAM, Extended Data Output-RAM. Evoluciona de la Fast Page; permite empezar a introducir nuevos datos mientras los anteriores estn saliendo (haciendo su Output), lo que la hace algo ms rpida (un 5%, ms o menos). Su uso es muy comn en los Pentium MMX y AMD K6, con velocidad de 70, 60 50 ns. Se instala sobre todo en SIMMs de 72 contactos, aunque existe en forma de DIMMs de 168.

SDRAM: Sincronic-RAM. Funciona de manera sincronizada con la velocidad de la placa (de 50 a 66 MHz), para lo que debe ser rapidsima, de unos 25 a 10 ns. Slo se presenta en forma de DIMMs de 168 contactos; es usada en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron.

PC100: o SDRAM de 100 MHz. Memoria SDRAM capaz de funcionar a 100 MHz, que utilizan los AMD K6-2, Pentium II a 350 MHz y computadores ms modernos; tericamente se trata de especificaciones mnimas que se deben cumplir para funcionar correctamente a dicha velocidad, aunque no todas las memorias vendidas como "de 100 MHz" cumplen dichas especificaciones. La PC133 o SDRAM de 133 MHz es la ms moderna y recomendable.

Bus del sistema.Es el conjunto de cables, pistas, dispositivos y circuitos integrados en un circuito impreso; este sistema digital es el que transfiere datos entre los componentes de la computadora. Tiene por objeto reducir el trfico de datos, al hacerlo fluir por un solo canal de comunicacin de datos.Se presentan en serie, y en paralelo; el bus en serie transmite un bit a la vez; el bus en serie permite la transmisin de varios bits de informacin de manera simultnea.

Dispositivos perifricos.

Se les llama Perifricos a los dispositivos independientes que se enlazan a la computadora de manera externa, y contactan a esta ltima con el exterior. No forman parte del ncleo de la computadora, pero