Funcionamiento de un Ordenador
2.1.
Arquitectura de Von Nemam
Von Nemam
describió el fundamento teórico de la construcción de un ordenador electrónico
con programa almacenado. La idea era conectar permanentemente las unidades del
ordenador de manera que su funcionamiento estuviera coordinado bajo un control
central
A) Unidad central de procesos ( CPU)
La CPU es el
cerebro del ordenador y se trata de un circuito integrado que interpreta y
ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en memoria y además toma
los datos de las unidades de entrada los procesa y lo envía a las unidades
periféricos de salida. A los CPU también los podemos llamar procesador.
Está formado
por: la unidad de control (UCE) que interpreta y ejecuta las instrucciones
maquinas almacenadas en la memoria principal.
B) Unidad Aritmético- Lógica (ALU): Que
recibe los datos sobre lo que efectúa operaciones de cálculo y comparaciones,
toma decisiones lógicas (mediante las reglas del algebra Boole) y devuelve
luego el resultado todo ello bajo la supervisión de la unidad de control.
C) Registros de trabajo donde se
almacena la información temporal.
Para aceptar
ordenes del usuario, acceder a los datos y mostrar los resultados la CPU se
comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus
conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento, a los de entrada y a los
dispositivos de salida.
Los Buses
son los caminos a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan
entre las distintas unidades del ordenador.
D) Los Registros internos del
microprocesador:
En el
interior del procesador existen unas celdas de memoria de alta velocidad que
permiten a los CPU almacenar datos temporalmente mientras se efectúa alguna
operación. Son los llamados registros internos que constituyen la memoria
interna del procesador. Están formados por un conjunto de bits que se manipula
en bloque y siempre son múltiplos de 8.
El tamaño
del registro indica el número de bits que puede manipular a la vez el procesador;
cuanto mayor sea más potente será el nitro, podrá trabajar con más cantidad de
información a la vez.
·
Registros
visibles al Usuario: Son
aquellos que pueden ser referenciados por lenguaje cercano al ordenador con el
fin de optimizar el uso de recursos, se distinguen en tres categorías: Registro
de dirección: contienen las direcciones de memoria donde se encuentran los
datos.
Registro de
datos: Se usan para contener datos
Registro de
condición: Que son bits fijados mediante el hardware que indica por ejemplo si
una operación devuelve el resultado positivo, negativo o nulo etc.
·
Registros de
control y de estado: Son los que
intervienen en la ejecución de las instrucciones. Distinguimos los siguientes
tipos:
Contador de
programa (CP): También llamado contador de instrucciones contiene la dirección
de la siguiente instrucción a ejecutar.
Registro de
instrucción (RI): Contiene el código de la instrucción actual.
Registro de
dirección de memoria (RDM): Contiene la dirección de una posición de memoria
donde se encuentra o va a ser almacenada la información.
Registro de intercambio de memoria (RIM): Recibe o
envía la información o el dato contenido en la posición apuntada por el
registro de dirección de memoria; el intercambio de datos con la memoria se
realiza a través del bus de datos.
E) Buses de Comunicación.
·
El bus de
datos: Permite
establecer el intercambio de datos entre las CPU y el resto de unidades. Para
instrucción de un programa y cada byte de datos viaja por este bus. La
velocidad del bus de datos se mide en megahercios o en gigahercios. Otras de
las características de la CPU es el numero de bit que transfiere
simultáneamente a través de este bus, el tamaño del bus se mide en bit. La CPU
de los primeros ordenadores tenían un bus de 8 bit y solo podía transferir un
byte por cada ciclo del reloj. Los actuales micros tienen un bus de datos de 64
bits por lo que puede transferir en un ciclo del reloj hasta 8 bytes.
·
Bus de
direcciones: Transportan
las direcciones de la memoria en las que se pueden leer o escribir datos por
tanto transmiten direcciones entre la CPU y la memoria y funciona sincronizado por
el bus de datos.
·
Bus de
control: Transmite
la instrucciones dadas por la CPU a los distintos dispositivos.
La unidad de
control
Componentes
de la unidad de control.
Para
realizar sus funciones la unidad de control además del contador de programa y
del registro de instrucción, cuenta con los componentes siguientes:
1- Descodificador de instrucción.
Se encarga
de extraer y analizar el código de la operación de la instrucción en curso
contenida en el registro de instrucción.
2- El reloj.
Va marcando
los tiempos de ejecución de los pasos a realizar `para cada instrucción. Además
se encarga de sincronizar todo el sistema. La velocidad del reloj interno del
procesador establece la rapidez con que el procesador puede procesar los datos.
La velocidad del reloj se mide en GHz
3- El secuenciador.
Este
dispositivo genera ordenes que sincronizadas con los impulsos de reloj hacen
que se ejecuten paso a paso y de manera ordenada la instrucción cargada en él.
Unidad
aritmético-lógica.
Su función
es operar con los datos que recibe siguiendo las ordenes de la unidad de
control. Se realizan tanto operaciones aritméticas como operaciones basadas en
la lógica booleana (toma de decisiones).
La ALU
necesita para llevar a cabo una operación aritmética el código de operación que
indique la operación a efectuar, por ejemplo, si queremos efectuar una suma hay
que indicar el código de la suma, las direcciones de las celdas de memoria en
las que se encuentran almacenados el primero y el segundo operando, y la celda
en que se almacenará el resultado de la suma.
A) Memoria principal o RAM
En la
memoria principal o RAM (memoria de acceso aleatorio) se almacenan dos tipos de
información, el programa o secuencia de instrucciones a ejecutar y los datos
que manejan dichas instrucciones. La manipulación de los programas y los
datos está dirigida por la CPU y más concretamente por la unidad de control.
La RAM está
formada por un conjunto de casillas o posiciones de memoria capaces de
almacenar un dato o una instrucción, cada casilla contiene 8 bits (1 byte).
En la
memoria RAM se almacenan los datos y los programas que se ejecutan en ese
momento en el ordenador. Cuando se apaga el ordenador el contenido de la RAM
desaparece, por eso se dice que la RAM es una memoria volátil. Cada una de las
casillas que forman la memoria se identifica con un número, es lo que se conoce
como dirección de memoria.
Registros de
la CPU: Son memorias
de baja capacidad pero de muy alta velocidad. Están integradas en el procesador
y permite guardar y acceder valores muy usados (generalmente en operaciones
matemáticas). El tiempo de acceso es inferior al nanosegundo (10^-9 seg).
Memoria
caché: De baja
capacidad y muy rápida con tiempos de acceso inferiores a los 5 nanosegundos.
Se interponen entre el procesador y la memoria RAM. Cuando se accede por
primera vez a un dato se hace una copia en la caché; los accesos posteriores a
ese dato se realizan a la copia que hay en la caché logrando que el tiempo de
acceso al dato sea menor.
Memoria
principal(RAM): Es más lenta que las anteriores pero de mayor capacidad.
Memoria
secundaria o de disco: Estas son de alta capacidad y oscilan entre varios
GB o TB. El tiempo de acceso se mide en milisegundos (10^-6). Lo forman los
discos duros del ordenador tanto internos como externos que es donde se
almacenan todos los archivos para un uso posterior(los discos duros no son
volátiles).
F) Unidades de entrada y salida: los
periféricos.
Los periféricos son dispositivos que se conectan al
ordenador y permiten almacena información y comunicar al ordenador con el
mundo exterior. Se pueden clasificar en:
- Periféricos de entrada: Son los que introducen
datos externos al ordenador para su posterior tratamiento por parte de la
CPU. Los periféricos de entrada más habituales son: teclado, ratón,
escáner, cámara web, micrófono, pantalla táctil, etc
- Periféricos de salida: Son los que recibe
información que es procesada por la CPU y la reproduce para que sea
perceptible para el usuario. Por ejemplo: monitor, impresora, altavoces,
auriculares, fax, etc.
- Periféricos de almacenamiento:
Se encargan de guardar los datos de forma que permanezca para usos
posteriores. Pueden ser internos, como un disco duro; o externos, como un
CD. Los más comunes son: discos duros, grabadora lectora de CD-DVD,
blu-ray, memoria flash, etc.
-
Periféricos de comunicación: Facilitan la
interacción entre dos o más ordenadores o entre un ordenador y otro
periférico externo. Entre ellos se encuentran: modem, tarjeta de red,
controladores de puertos (serie, paralelo, infrarrojo, etc), hub, switch,
etc.
No hay comentarios:
Publicar un comentario