Organización Estructural de un Computador
Niveles de Organización
- Nivel de Componentes: Electrónica física. Componentes semiconductores: diodos, transistores, resistencias, condensadores, etc.
- Nivel de Circuito Electrónico: Puertas lógicas, biestables, osciladores, etc., a partir de los componentes anteriores.
- Nivel de Circuito Digital: Dispositivos combinacionales y secuenciales.
- Nivel TR (Transferencia entre Registros): Flujo de información que se envía de un registro a otro, encaminado o transformado por circuitos combinacionales. Buses, registros, bloques combinacionales, memorias, etc. Se estudia el camino de datos y el control.
- Nivel de Instrucciones Máquina: Programas en lenguaje máquina, que es el lenguaje capaz de entender la CPU. También se incluye la programación en ensamblador.
- Nivel del Sistema Operativo: Capa software con la que se rodea el hardware para facilitar su utilización. Uso de periféricos, gestión de memoria, etc.
- Nivel de Programas en Lenguaje de Alto Nivel: Concepto de compilación. Traducir el lenguaje de alto nivel a un lenguaje de bajo nivel que la máquina pueda entender. El resultado de dicha traducción recibe el nombre de código objeto.
- Aplicaciones: Paquetes de programas de aplicación en ciencia o gestión.
Unidad de Control
Realiza funciones organizativas (micro-operaciones) con respecto a los elementos del procesador para que participen en la ejecución de una instrucción.
Una micro-operación corresponde a acciones como: mover datos dentro de la CPU, transferencia de un dato a un bus, etc. Es IMPERIOSAMENTE necesario sincronizar estas etapas. Un ciclo de reloj es la unidad de tiempo atómico para la ejecución de las operaciones dentro del procesador. Las operaciones se realizan dentro del ciclo de reloj en múltiplos de estos ciclos de reloj.
Entradas de una Unidad de Control (UC):
- Reloj: Marca con ciclos de reloj la ejecución de las micro-operaciones.
- Registro de Instrucción: Contiene la instrucción que determina las micro-operaciones a realizar.
- Indicadores: Determinan el estado del microprocesador y resultados de operaciones anteriores.
- Señales de control del bus de control: Por ejemplo, señales de interrupción y de reconocimiento.
Salidas de una UC:
- Señales de control internas al procesador.
- Señales de control hacia el bus de control: hay de dos tipos, de memoria y de módulos de E/S.
La UC puede ser de dos tipos:
- Cableada: Diseñada específicamente sobre el silicio para un juego de instrucciones concreto.
- Microprogramada: Es genérica o prediseñada e implementa un juego de instrucciones u otro dependiendo de un microprograma.
Organización de los Registros
Registros visibles al usuario pueden ser referenciados por medio del lenguaje máquina que ejecuta la CPU y registros de control y estado controlan el funcionamiento de la CPU.
Microprocesador
Procesador fabricado en un circuito integrado, unidad central de proceso (unidad de control, unidad aritmético lógica e interconexiones). Precisa de un reloj para coordinar todas las operaciones y es abstracto (hace cálculos y mueve datos). Dos estructuras básicas: Von Neumann y Harvard.
Métodos de Acceso a la Memoria
Métodos de acceso: acceso secuencial (desde su posición actual a la deseada), directo (registro dirección única a una vecindad dada), aleatorio (cualquier posición se selecciona aleatoriamente).
Rendimiento y Temporización
Rendimiento y temporización: latencia (tiempo de acceso a la memoria), velocidad bus (nº de veces que un grupo de bits puede ser enviado/s) y ancho de banda (velocidad de transporte de datos entre memoria y dispositivos).
Jerarquía de Memoria
Jerarquía de memoria: según velocidades. Almacenamiento primario (registros del procesador, memoria caché y memoria principal). Almacenamiento secundario (discos magnéticos, discos ópticos y memorias flash).
Modificación de la Información
Modificación de la información: memoria de lectura/escritura (permite que la información sea reescrita), memoria solo lectura (retiene la información), memoria lectura rápida/escritura lenta, memoria volátil (energía constante para mantener información), memoria no volátil (retiene información incluso sin energía).
Memoria RAM
Memoria RAM – de acceso aleatorio, se usa en los registros, caché y memoria principal. Circuito integrado. Necesitan ser refrescadas (regenerar carga) y un tiempo de recarga (durante la operación el condensador se descarga).
Memoria Caché
Memoria caché: pequeña memoria de alta velocidad, se pretende que el microprocesador opere desde la caché. ¿Por qué funciona la caché? Localidad temporal y espacial. Integrada en el microprocesador.
Discos Duros Magnéticos
Discos duros magnéticos: Principal soporte de memoria secundaria, son permanentes y rápidos, guarda el S.O. y programas usados frecuentemente. Se dividen las pistas en sectores.
Memorias Flash
Memorias flash: Las más populares, graban memoria basadas en semiconductores. SSD.