Introducción a la Arquitectura de Computadores
La arquitectura de
computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de
un sistema que conforma una computadora. 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.
La arquitectura de
una computadora explica la situación de sus componentes y permite
determinar las posibilidades de un sistema informático, con una
determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las
que se va a utilizar. La arquitectura básica de cualquier ordenador completo
está formado por solo 5 componentes básicos: procesador, memoria RAM, disco
duro, dispositivos de entrada/salida y software.
Un computador es
un sistema secuencial síncrono complejo que procesa información, esta se trata
de información binaria, utilizando solamente los dígitos de valores lógicos ‘1’
y ‘0’. Estos valores lógicos binarios se corresponden con valores de tensión eléctrica,
de manera que un ‘1’ lógico corresponde a un nivel alto a 5 voltios y un ‘0’
lógico corresponde a un nivel bajo de tensión cercano a 0 voltios; estos
voltajes dependen de la tecnología que utilicen los dispositivos del
computador.
Es
el cerebro del sistema, encargado de procesar todos los datos e informaciones.
A pesar de que es un dispositivo muy sofisticado no puede llegar a hacer nada
por sí solo. Para hacer funcionar a este necesitamos algunos componentes más
como lo son memorias, unidades de disco, dispositivos de entrada/salida y los
programas. El procesador o núcleo central está formado por millones de
transistores y componentes electrónicos de un tamaño microscópico. El
procesamiento de las tareas o eventos que este realiza va en función de los
nanosegundos, haciendo que los miles de transistores que contiene este trabajen
en el orden de los MHz.
CPU
La
unidad central de proceso es el corazón del computador. Controla el flujo de
datos, los procesa, y gobierna el secuenciamiento de las acciones en todo el
sistema. Para ello necesita un oscilador externo o reloj que sincroniza las
operaciones y marca la velocidad de proceso, este va marcando la
evolución del CPU y mide su velocidad de funcionamiento; en forma no afortunada
la frecuencia del reloj del CPU viene limitada por la tecnología del CPU y del
computador completo ya dependiendo de los periféricos, sus tarjetas graficas,
memorias, etc. Por lo tanto, el uso excesivo de los recursos que tenga la
computadora puede resultar un sobrecalentamiento que deteriore parcial o
totalmente la CPU.
Controla
el funcionamiento de los elementos de un computador. Desde que el sistema es
alimentado por una corriente, este no deja de procesar información hasta que se
corta dicha alimentación. La CPU es la parte más importante del procesador,
debido a que es utilizado para realizar todas las operaciones y cálculos del
computador. La CPU tiene a su vez otra estructura interna que se muestra en la
Unidad de Control (UC): La unidad de
control se encarga de leer de la memoria las instrucciones que debe de ejecutar
y de secuenciar el acceso a los datos y operaciones a realizar por la unidad de
proceso. La UC genera las señales de control que establecen el flujo de datos
en todo el computador e interno en la CPU. Una instrucción no es más que una
combinación de unos y ceros. Consta de un código de operaciones binarias para
ejecutar la instrucción, la UC la almacena en un registro especial, interpreta
su código de operación y ejecuta la secuencia de acciones adecuada, en pocas
palabras decodifica la instrucción.
Unidad Aritmética Lógica o ALU (por su acrónimo en ingles Arithmetic
Logic Unit): Es la parte de la CPU encargada de realizar las
transformaciones de los datos. Gobernada por la UC, la ALU consta de
una serie de módulos que realizan operaciones aritméticas y lógicas. La UC se
encarga de seleccionar la operación a realizar habilitando los caminos de datos
entre los diversos operadores de la ALU y entre los registros internos.
Registros Internos: el almacenamiento de los
resultados a la ejecución de las instrucciones en la memoria principal podría
ser lento y excesivamente tendría muchos datos en el sistema de interconexión
con la memoria, con lo que el rendimiento bajaría. De la misma manera también
se almacenan en registros internos la configuración interna del CPU o la
información durante la última operación de la ALU. Los principales registros de
un CPU son:
1. Contador de programa.- se
encarga de almacenar la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
2. Registro de Instrucción.- se
almacena la instrucción capturado en memoria y la que se está ejecutando.
3. Registro de Estado.- compuesto
por una serie de bits que informan el resultado obtenido en la última operación
de la ALU.
4. Registro Acumulador.- algunos
CPU’s realizan operaciones aritméticas en un registro llamado acumulador, su
función es la de almacenar los resultados de las operaciones aritméticas
y lógicas.
Es
el componente principal, por lo tanto este se tiene que escoger con el más sumo
cuidado para que el ordenador tenga una calidad excelente al igual que su
rendimiento en la ejecución de tareas. Al comprar la placa base debemos ver
qué tipo de procesador soporta, si posee slots de expansión suficientes para
los periféricos que deseemos instalar.
Si la computadora
tiene poca memoria RAM, nuestro sistema deberá utilizar nuestro disco duro para
almacenar aquellos programas que no caben en RAM esta es la llamada Memoria
Virtual; la cual por sobrecarga puede llegar a volver muy lento nuestro
sistema. Por otro lado, al instalar mas memoria RAM será un desperdicio pues no
hará al sistema más rápido se notara que se debe instalar más cuando el sistema
se encuentre lento.
Disco Duro
Es importante
saber el tiempo de acceso, la velocidad de rotación y la densidad del disco
duro. El tiempo de acceso determina cuanto tiempo tarda el cabezal de lectura
en encontrar el dato que debe leerse. La velocidad de rotación se mide en rpm,
revoluciones por minuto. La densidad o cantidad de datos que caben en cada
disco duro, también determina su rendimiento, pues los datos estarán más
expuestos entre sí, serán localizados más rápidamente.
Existen
tarjetas de 2D y 3D. También existen tarjetas aceleradoras de 3D que deben
usarse con una tarjeta de 2D común. También existen las tarjetas gráficas
“combo”, que realizan funciones de 2D y 3D. Al día de hoy, incluso las tarjetas
gráficas on board (se refiere a dispositivos que vienen integrados en la placa
madre) vienen con recursos 3D, aunque su rendimiento no se compara en lo
absoluto con el de una tarjeta gráfica de calidad.
No tiene ninguna
influencia con el rendimiento del equipo, solamente determina la calidad de
audio. Para uso normal, se utilizan las Sound Blaster generalmente con chipsets
Yamaha. Las tarjetas de sonido más caras marcan la diferencia si pretendemos
trabajar en la edición musical, o queremos oír música MIDI en máxima calidad.
También existen las tarjetas de sonido 3D, como la Sound Blaster Live, que
generan sonidos que parecen venir de todas direcciones. Este efecto es muy
utilizado en teatros en casa, para escuchar el sonido de forma más real.
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