Arquitectura de Computadoras

Introducción

Software: Parte lógica del sistema. Hardware: Parte física del sistema, constituido por los componentes electrónicos (transistores, conectores). Firmware: Parte intangible del hardware que hace que funcione el hardware y coordina con los distintos aparatos a los que conecta el ordenador. BIOS: Se encarga de arrancar el ordenador y gestiona el hardware.

Tipos de Usuarios

• Comunes
• Técnicos
• Administradores
• Desarrolladores

Microprocesador

Parte del ordenador donde se encuentra la CPU. Tiene un reloj que genera impulsos periódicos que pone en funcionamiento el ciclo de máquina (una instrucción necesita varios ciclos de máquina para ejecutarse).

1. Contador (indica la instrucción que se registra)
2. Dirección de memoria
3. Registro memoria
4. Registro de instrucción
5. Unidad de Control (sabe qué hacer con cada instrucción y ordena acciones a cada elemento)
6. Banco de registro
7. ALU
8. Vuelve al banco de registro, a dirección de memoria le da una dirección y ejecuta la escritura. El operando puede estar en instrucción, registro y en la dirección de memoria.

Procesador: Se encarga del control y ejecución de las operaciones que se ejecutan dentro del ordenador. Está formado por UC y UAL. Para funcionar necesita RAM, unidad de salida, entrada, periféricos, controladores y buses.

Memoria

Memoria Externa

Soportes de almacenamiento: discos duros, disquetes, pendrives. No volátil. Se encuentran dentro de la carcasa del ordenador, pero se llama así para diferenciarlo de la RAM.

Memoria Interna

RAM: Se almacena y modifica información. Se le conoce como memoria principal. Volátil.
ROM: Memoria de solo lectura. Su información no se puede modificar. Sirve para iniciar el sistema informático. No volátil.

Memoria RAM

Componente necesario para que se pueda procesar la información. Todo lo que se procesa pasa por la memoria central.

1. Registro de direcciones: contiene la dirección de la celda a la que se va a acceder.
2. Registro de intercambio: recibe datos en lectura y almacena datos de escritura.
3. Selector memoria: se activa cuando hay que leer o escribir, conecta la celda con el registro de intercambio.
4. Señales de control: indica si la operación es de escritura o lectura.

Composición y Caché

La memoria central almacena información en forma de 0 y 1 (sistema binario). Cada información se llama bit. Cuando se ejecuta un programa, los datos pasan de memoria externa (donde se almacenan permanentemente) a memoria central (operaciones de lectura).
Caché: Tipo de memoria interna entre RAM y procesador. Agiliza los cálculos que realizan los programas y almacena información que se utiliza con frecuencia.

Composición de la Memoria

Los componentes electrónicos que forman la memoria central se llaman celdillas. Actúan como pequeños condensadores de forma que una carga de energía se traduce como 1 y la ausencia como 0. La información se guarda en bloques.

Tipos de Memoria Interna

DRAM: Necesita refrescarse cada cierto tiempo para mantener las celdillas cargadas. Recupera las celdillas con bit 1. Lenta pero barata. Volátil.
SRAM: No necesita refrescarse. Son caras y rápidas. Volátiles. Se suele usar como memoria caché.
SDRAM: Capacidad DRAM + velocidad SRAM. Necesita refresco pero en un intervalo superior de tiempo.
DDRAM: Compuesta por memorias SDRAM. Es el doble de rápida que todas y refresca dos veces por impulso de reloj.
ROM: Carga e inicia el arranque del ordenador. En ella se encuentra almacenada toda la información de los componentes hardware. El software que integra la ROM forma la BIOS. Se encuentra físicamente en varias partes. Se programa en memoria ROM, por ello el único que puede modificar el sistema es el fabricante.
PROM: Memorias programadas solo una vez después de haber sido montadas.
BIOS: Localiza el SO en la RAM. Está instalada en una ROM de la placa base que permite que esta comience a funcionar.
EPROM: Se puede cambiar la configuración (complejo) pero no se realizan operaciones físicas. ROM, PROM, EPROM: no volátiles.
CMOS: Tipo de memoria interna. Consume poca energía.

La BIOS

Es un tipo de memoria que se utiliza para guardar datos básicos de hardware y configuración. Para que la información que mantiene no se borre, la CMOS debe tener siempre energía, por eso se ubica una pequeña pila en la placa base. La configuración se puede modificar presionando F12 cuando inicia el ordenador (esto depende del fabricante).

Memoria Gráfica

VRAM: Almacena imágenes que se van a visualizar en vez de hacerlo en la RAM.
SGDRAM: Elevada capacidad, alta velocidad, bajo consumo.
CDRAM: Entre procesador y periféricos. Están asociados a determinados dispositivos como CD-ROM.

Organización de la RAM

1. Convencional: de 0 a 64KB
2. Superior: de 64 a 1024KB
3. Extendida: de 1024 hasta el límite de la placa KB

Unidad de Control (UC)

Trae a la RAM las instrucciones necesarias para la ejecución de los programas y procesamiento de datos. Para realizar estas operaciones recibe la ayuda de registros (pequeños espacios de almacenamiento) y otros componentes:

1. Registro instrucción: almacena las instrucciones que se está ejecutando.
2. Registro controlador de programas: contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
3. Control y decodificador: interpreta la instrucción para su posterior proceso.
4. Secuenciador: genera microórdenes necesarias para ejecutar la instrucción.
5. Reloj: genera impulsos.

Unidad Aritmético-Lógica (ALU)

1. Circuito operacional: realiza operaciones con los datos de los registros de entrada.
2. Registro entrada: contiene operandos de las operaciones.
3. Acumulador: almacena los resultados de las operaciones.
4. Registro estado: registra las condiciones de las operaciones anteriores.

Unidad de Entrada/Salida (E/S)

Comunica el procesador y los componentes internos con los periféricos y memoria externa.

Bus

Elemento que establece conexiones entre los diferentes componentes de un ordenador.

Bus Único

Considera a la memoria y a los periféricos como posiciones de memoria y hace un símil de las operaciones de E/S y lectura.

Bus Dedicado

Datos: Transmite información entre la CPU y periféricos.
Direcciones: Identifica el dispositivo al que va destinada la información.
Control: Organiza y redirige hacia él las pertinentes informaciones que se tienen que transmitir.

Conectores

Conectores externos: Puertos fuera de la caja (USB, HDMI).
Conectores internos: Dentro de la placa base.
Drivers: Programa que permite al sistema operativo reconocer el periférico y utilizarlo de forma correcta.