Componentes y Funcionamiento de un Sistema Informático

1. Introducción a los Sistemas Informáticos

Un sistema informático (SI) es una herramienta que procesa información mediante el uso de datos de forma automática. La informática es la ciencia que estudia los ordenadores, facilitando el tratamiento de la información.

2. Software, Hardware y Firmware

• Software: Conjunto de programas que componen el sistema, también conocidos como «aplicaciones».
• Hardware: Componentes físicos que integran el SI.
• Firmware: Programa que modifica el hardware. Un ejemplo es la BIOS, que reside en la memoria ROM.

3. Sistema Operativo y Tipos de Software

El sistema operativo es el software que gestiona los componentes físicos del sistema informático.

• Software básico: Parte del software sin la cual el PC no puede funcionar.
• Software de aplicación: Parte del software que sirve para procesar información (datos o programas).
• Software estándar: Diseñado para el uso general.
• Software a medida: Desarrollado para un uso particular, como el de una empresa específica.

4. Componentes Físicos y su Funcionamiento

Los principales componentes físicos de un ordenador son: placa base, tarjeta gráfica, disco duro, RAM, microprocesador, fuente de alimentación y cables. Los buses se encargan de la transmisión de información entre las diferentes partes del sistema.

4.1. CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU, también conocida como procesador, es el componente encargado del control y ejecución de las operaciones. Controla todas las tareas, las procesa y gestiona los datos de memoria desde o hacia los periféricos.

Dentro de la CPU, encontramos:

• Unidad de Control (UC): Gobierna y coordina el funcionamiento de las operaciones. Envía señales de control a los demás componentes, trae de la memoria principal las instrucciones de los programas y las ejecuta. Utiliza registros para almacenar temporalmente la información de las instrucciones en proceso.
• Registros de la UC:
  • Registro de instrucción: Almacena la instrucción que se está ejecutando.
  • Registro contador de programas: Almacena la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
  • Registro decodificador: Decodifica la instrucción actual.
• ALU (Unidad Aritmético-Lógica): Realiza operaciones aritméticas (+, -, *, /) y lógicas (<, >, …).
• Componentes de la ALU:
  • Circuito operacional: Realiza la operación.
  • Registro de entrada: Contiene los datos de entrada.
  • Acumulador: Almacena el resultado.
  • Registro de estado: Registra las condiciones de la operación anterior.

4.2. Memoria

La memoria almacena datos y programas.

Tipos de memoria:

• Memoria de almacenamiento externo: Pendrive, DVD, CD, disquete. Tienen mayor capacidad, menor velocidad y menor precio.
• RAM (Memoria Principal): Almacena y modifica la información que se está procesando. Es un componente esencial para el procesamiento de la información. Todo pasa antes o después por la RAM.
  • Registro de intercambio: Recibe datos en operaciones de lectura/escritura.
  • Registro de dirección: Contiene la dirección de memoria del dato al que se va a acceder.
  • Selector de memoria: Activa la celda de memoria para conectarla con el registro de intercambio.

  La RAM se compone de «celdillas» de memoria (biestables). Necesita un refresco o actualización periódica.

  Clasificación de la RAM:

  • DRAM: Necesita refresco de información cada cierto tiempo.
  • SRAM: No necesita refresco. Ambas son volátiles.
  • SDRAM: Intermedia entre ambas. Necesita refresco, pero a periodos de tiempo mayores. Se incorpora como RAM en la mayoría de los sistemas actuales.
• ROM: Solo lectura. Almacena programas especiales que sirven para iniciar el sistema y la información referente al hardware. Una vez cargados estos programas, se carga el sistema operativo, responsable de la iniciación del sistema.
  • PROM: Memoria programable después de haber sido montada.
  • EPROM: Permite cambiar la configuración (borrable).
  • CMOS: Consume muy poca energía.
• Otros tipos:
  • VRAM: RAM de vídeo.
  • SGRAM: Para el procesador gráfico.
  • CDRAM: RAM para dispositivos.

Direccionamiento: Acceso a la información deseada.

Direccionamiento de memoria: Situación del componente dentro de la memoria.

• Direccionamiento inmediato: La instrucción incluye el operando.
• Direccionamiento directo: Incluye la dirección de memoria donde está el dato.
• Direccionamiento indirecto: Incluye una dirección de memoria donde se almacena la dirección de memoria donde está el dato.
• Direccionamiento relativo: Incluye una dirección de memoria a la que hay que sumar una cantidad fija para acceder al dato.

4.3. Unidad de E/S y Buses

La unidad de E/S comunica el procesador y el resto de los componentes internos con los periféricos de entrada/salida.

Un bus es una vía de comunicación que establece una correcta interacción entre los diferentes componentes del ordenador. Existen tres tipos de buses:

• Bus de datos: Permite el intercambio de datos entre la CPU y el resto de las unidades. El intercambio se produce mediante un conjunto de líneas, un par por cada bit. Se transmiten todos a la vez, y la velocidad se mide en MHz y GHz.
• Bus de direcciones: Transmite direcciones entre la CPU y la memoria. Es empleado por la CPU para seleccionar la dirección de memoria o el dispositivo de E/S con el que interactuar. Sin él, el sistema sería mucho más lento.
• Bus de control: Transmite señales de control de la CPU a los demás componentes internos.

4.4 Registros Internos del Procesador

• Registros visibles al usuario: Pueden ser referenciados en lenguaje ensamblador, un lenguaje de programación con instrucciones básicas que interactúan directamente con el procesador.
• Registro de dirección: Contiene las direcciones de memoria donde se encuentran los datos.
• Registro de datos: Contiene los datos.
• Registro de condición: Flags, bits fijados mediante hardware con determinados valores.
• Registro de control y de estado:
  • Contador de programas: Almacena la dirección de memoria de la próxima instrucción.
  • Registro de instrucción: Contiene la instrucción que se está ejecutando.
  • Registro de dirección de memoria: Contiene la dirección de memoria donde se encuentra o va a ser almacenado el dato.
  • Registro de intercambio de memoria: Recibe o envía la información o el dato contenido en la dirección de memoria especificada en el registro de dirección de memoria.