La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadoras. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.
También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware, para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.
La computadora recibe y envía la información a través de los periféricos, por medio de los canales. La CPU es la encargada de procesar la información que le llega a la computadora. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y la CPU. Puede considerarse que todas aquellas unidades de un sistema, exceptuando la CPU, se denomina periférico, por lo que la computadora tiene dos partes bien definidas, que son:
- La CPU (encargada de ejecutar programas y que también se considera compuesta por la memoria principal, la unidad aritmético lógica y launidad de control),
- Los periféricos (que pueden ser de entrada, salida, entrada/salida, almacenamiento y comunicaciones).
La implantación de instrucciones es similar al uso de una serie de desmontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de muchas etapas de producción antes de tener el producto desarmado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes.
A estos procesadores se les conoce como pipeline processors. Estos están compuestos por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales. Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos o información para uso externo.
Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguientes aspectos:- Almacenamiento de operandos en la CPU: dónde se ubican los operadores aparte de la substractora informativa (SI).
- Cantidad de operandos explícitos por instrucción: cuántos operandos se expresan en forma explícita en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3.
- Posición del operando: ¿cualquier operando puede estar en memoria, o deben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU?. Cómo se especifica la dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles).
- Operaciones: qué operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones.
- Tipo y tamaño de operandos y cómo se especifican.
1 Componentes de un ordenador
El hardware del ordenador está dividido en diferentes componentes que trabajan de manera coordinada:
El procesador; en inglés, Central Processing Unit (CPU)
La memoria RAM, donde se almacenan de manera temporal los datos y programas en ejecución
El disco duro, donde se almacenan de manera permanente ficheros y programas
Otros dispositivos de entrada y salida (pantalla, teclado, altavaoces, webcam, micrófono, etc).
El hardware del ordenador está dividido en diferentes componentes que trabajan de manera coordinada:
El procesador; en inglés, Central Processing Unit (CPU)
La memoria RAM, donde se almacenan de manera temporal los datos y programas en ejecución
El disco duro, donde se almacenan de manera permanente ficheros y programas
Otros dispositivos de entrada y salida (pantalla, teclado, altavaoces, webcam, micrófono, etc).
1.1 Procesador
El procesador, también conocido como CPU o micro, es el cerebro del PC. Sus funciones principales incluyen el manejo del sistema operativo, la ejecución de las aplicaciones y la coordinación de los diferentes dispositivos que componen el equipo.
En el aspecto físico, no es más que una pequeña pastilla de silicio la cual está recubierta de lo que llamamos encapsulado. Este se inserta en la placa base sobre un conector que se denomina socket, aunque esto no siempre es así, en un laptop o portátil lo normal es que se suelde directamente.
En el aspecto físico, no es más que una pequeña pastilla de silicio la cual está recubierta de lo que llamamos encapsulado. Este se inserta en la placa base sobre un conector que se denomina socket, aunque esto no siempre es así, en un laptop o portátil lo normal es que se suelde directamente.
1.2 Memoria RAM
La memoria RAM es el dispositivo donde se guarda la información mientras el ordenador está funcionando. Contiene tanto los programas que se están ejecutando, como los datos que manejan esos programas. La memoria tiene varias posiciones donde se puede guardar información codificada en números binarios. Por ejemplo, una arquitectura de 64 bits puede guardar en cada posición números en binario con hasta 64 dígitos. Estas posiciones se conocen como direcciones de memoria. El procesador puede recuperar valores de direcciones de memoria específicas, y escribir también en otras posiciones de memoria. La cantidad de posiciones de memoria disponibles es el tamaño de la memoria RAM. Por tanto, una mayor memoria implica que se pueden tener más programas en ejecución, y que manejen más información. Ésta es la causa de que ampliar la memoria RAM de un ordenador incremente de manera notable la experiencia de usuario, al poder ejecutar más programas de manera simultánea.
El acrónimo RAM proviene de Random Access Memory, en español Memoria de Accesso Aleatorio. En Informática, el término acceso aleatorio hace referencia a que se puede acceder a posiciones de memoria concretas de manera directa, si se conoce su posición. Antiguamente, las memorias eran de accesso secuencial, y para acceder a una posición había que recorrer todas las posiciones anteriores. Por el contrario, las memorias de acceso aleatorio pueden saltar directamente a una localización de memoria sin necesidad de recorrer todas las posiciones anteriores.
Un problema habitual al usar un ordenador es que la memoria RAM no sea suficiente para ejecutar todos los programas. En los sistemas operativos primitivos, cuando esto ocurría el ordenador dejaba de funcionar (en términos coloquiales, se colgaba), ya que en la memoria RAM está toda la información que el ordenador necesita para seguir funcionando. Desde hace muchos años, los sistemas operativos intentan remediar esta situación con un proceso denominado swapping. Cuando el ordenador se queda sin memoria suficiente para mantener en memoria todos los programas en ejecución y la información que manejan, vuelva al disco duro algo del contenido de la memoria RAM, para hacer espacio para la información que necesite para seguir funcionando en ese momento. Si necesita alguna de la información que se ha eliminado de la memoria, la vuelve a recuperar del disco. Para esto, necesita hacer hueco y volcar otros contenidos en el disco duro. Este trasiego de información entre el disco y la memoria es muy lento, ya que el disco duro suele ser mucho más lento que la memoria RAM. El software que es encarga de, entre otras tareas, la comunicación entre la memoria y el procesador es el sistema operativo, por medio del kernel, el núcleo del sistema operativo. Por ejemplo, cuando escribimos el siguiente código en Octave UPM, el intérprete se encarga de comunicarse con el sistema operativo, que escribe el valor de la variable en una posición determinada. El programador no tiene que preocuparse por la posición concreta donde se escribe el número, ni sobre cómo se escribe.
1.3 Disco duro
El disco duro es un dispositivo donde se guardan de manera permanente datos y programas. A diferencia de la memoria RAM, si apagamos el ordenador la información contenida en el disco duro se mantiene. Existen diferentes tecnologías para discos duros. La tecnología más habitual es la de discos magnéticos, que se leen con un cabezal similar al de un tocadiscos. Más recientemente, se comercializan también discos de estado sólido, que son totalmente electrónicos. Estos discos duros no llevan partes mecánicas, por lo que son mucho más rápidos que los discos duros magnéticos. Sin embargo, también fallan con más facilidad, y duran menos ciclos de escritura y lectura.
Para poder escribir y leer en el disco duro, que es un dispositivo físico, el sistema operativo usa un programa denominado sistema de ficheros, que expone el disco duro a los programas como si fuera una estructura ramificada (un árbol, en términos informáticos) de directorios y ficheros. El sistema de ficheros se encarga de decidir en qué partes del disco duro se escribe un fichero, y en general, de organizar y distribuir la información físicamente en el dispositivo.
El disco duro no es un componente con demasiada influencia en la programación de ordenadores. El sistema de ficheros siempre expondrá el disco duro a nuestros programas de la misma manera. No podemos optimizar nuestros programas de ninguna manera, más allá de minimizar las posibles escrituras y lecturas en el disco duro, que es siempre uno de los elementos más lentos del ordenador.
La memoria RAM es el dispositivo donde se guarda la información mientras el ordenador está funcionando. Contiene tanto los programas que se están ejecutando, como los datos que manejan esos programas. La memoria tiene varias posiciones donde se puede guardar información codificada en números binarios. Por ejemplo, una arquitectura de 64 bits puede guardar en cada posición números en binario con hasta 64 dígitos. Estas posiciones se conocen como direcciones de memoria. El procesador puede recuperar valores de direcciones de memoria específicas, y escribir también en otras posiciones de memoria. La cantidad de posiciones de memoria disponibles es el tamaño de la memoria RAM. Por tanto, una mayor memoria implica que se pueden tener más programas en ejecución, y que manejen más información. Ésta es la causa de que ampliar la memoria RAM de un ordenador incremente de manera notable la experiencia de usuario, al poder ejecutar más programas de manera simultánea.
El acrónimo RAM proviene de Random Access Memory, en español Memoria de Accesso Aleatorio. En Informática, el término acceso aleatorio hace referencia a que se puede acceder a posiciones de memoria concretas de manera directa, si se conoce su posición. Antiguamente, las memorias eran de accesso secuencial, y para acceder a una posición había que recorrer todas las posiciones anteriores. Por el contrario, las memorias de acceso aleatorio pueden saltar directamente a una localización de memoria sin necesidad de recorrer todas las posiciones anteriores.
Un problema habitual al usar un ordenador es que la memoria RAM no sea suficiente para ejecutar todos los programas. En los sistemas operativos primitivos, cuando esto ocurría el ordenador dejaba de funcionar (en términos coloquiales, se colgaba), ya que en la memoria RAM está toda la información que el ordenador necesita para seguir funcionando. Desde hace muchos años, los sistemas operativos intentan remediar esta situación con un proceso denominado swapping. Cuando el ordenador se queda sin memoria suficiente para mantener en memoria todos los programas en ejecución y la información que manejan, vuelva al disco duro algo del contenido de la memoria RAM, para hacer espacio para la información que necesite para seguir funcionando en ese momento. Si necesita alguna de la información que se ha eliminado de la memoria, la vuelve a recuperar del disco. Para esto, necesita hacer hueco y volcar otros contenidos en el disco duro. Este trasiego de información entre el disco y la memoria es muy lento, ya que el disco duro suele ser mucho más lento que la memoria RAM. El software que es encarga de, entre otras tareas, la comunicación entre la memoria y el procesador es el sistema operativo, por medio del kernel, el núcleo del sistema operativo. Por ejemplo, cuando escribimos el siguiente código en Octave UPM, el intérprete se encarga de comunicarse con el sistema operativo, que escribe el valor de la variable en una posición determinada. El programador no tiene que preocuparse por la posición concreta donde se escribe el número, ni sobre cómo se escribe.
1.3 Disco duro
El disco duro es un dispositivo donde se guardan de manera permanente datos y programas. A diferencia de la memoria RAM, si apagamos el ordenador la información contenida en el disco duro se mantiene. Existen diferentes tecnologías para discos duros. La tecnología más habitual es la de discos magnéticos, que se leen con un cabezal similar al de un tocadiscos. Más recientemente, se comercializan también discos de estado sólido, que son totalmente electrónicos. Estos discos duros no llevan partes mecánicas, por lo que son mucho más rápidos que los discos duros magnéticos. Sin embargo, también fallan con más facilidad, y duran menos ciclos de escritura y lectura.
Para poder escribir y leer en el disco duro, que es un dispositivo físico, el sistema operativo usa un programa denominado sistema de ficheros, que expone el disco duro a los programas como si fuera una estructura ramificada (un árbol, en términos informáticos) de directorios y ficheros. El sistema de ficheros se encarga de decidir en qué partes del disco duro se escribe un fichero, y en general, de organizar y distribuir la información físicamente en el dispositivo.
El disco duro no es un componente con demasiada influencia en la programación de ordenadores. El sistema de ficheros siempre expondrá el disco duro a nuestros programas de la misma manera. No podemos optimizar nuestros programas de ninguna manera, más allá de minimizar las posibles escrituras y lecturas en el disco duro, que es siempre uno de los elementos más lentos del ordenador.
1.4 Otros dispositivos
Cuando el usuario se comunica con los programas que se ejecutan en el ordenador, siempre lo hace a través de algún dispositivo de entrada o de salida. Escribimos texto usando el teclado, lo leemos en la pantalla, lanzamos programas apuntando con el ratón, hablamos a través de un micrófono, escuchamos sonidos a través de altavoces, etc. Desde el punto de vista del programador, no es necesario preocuparse por cómo funcionan estos dispositivos. El kernel del sistema operativo dispone de funciones que nos permiten escribir en los dispositivos de salida (por ejemplo, reproducir un sonido supone escribir en el dispositivo de salida de sonido) o leer desde los dispositivos de entrada. Normalmente, estas funciones del kernel del sistema operativo están trasladadas al lenguaje de programación que usamos. Por ejemplo, el siguiente código de Octave UPM lee información del teclado. El intérprete de Octave UPM llama a la función correspondiente del kernel, que se comunica con el teclado, y recoge las pulsaciones de las teclas. Todo este proceso es completamente transparente para el programador.
PROGRAMAS PC
Alba, esta información que me das no ten sentidiño ningún. 2
ResponderEliminarMellor, pero segue sendo un copia e pega de diferentes páxinas con diferente organización. 4
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