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Arquitectura de las

Computadoras

La arquitectura de una computadora es la forma y diseño que tiene dicha computadora y se puede clasificar en la energía que usa la computadora y la forma de representar, procesar y mover los datos físicamente.

Casi todos los componentes internos de las computadoras reciben el nombre de "chips", "microchips" o "microprocesadores". Estos son piezas delgadas de cristal que contiene miles de elementos microscópicos de circuito, tales como los conductores, transistores, capacitores y resistores. Cada chip puede contener más de 100,000 de estos elementos.

Todos los chips de una computadora van conectados por medio de clavijas o pines a una tarjeta de circuito llamada "tarjeta madre". Esta a su vez se conecta con dispositivos periféricos.

Representación Digital de los Datos

Las computadoras trabajan con datos digitalmente. Esto quiere decir que se trabaja con números o dígitos distintos, como 0 y 1, que son la base del sistema de numeración binario.

Las computadoras usan este sistema de numeración para denotar los datos en forma de bits. Cada 1 ó 0 se le llama bit. Una serie de 8 bits es un byte.

La computadora puede representar los datos en forma numérica o en forma de caracteres alfanuméricos.

Cuando están en forma numérica, se refiere a los datos que son cifras y serán usados en operaciones aritméticas. Y si están en forma de caracteres, quiere decir que son letras, números o símbolos que no se usarán en dichas operaciones. Por lo general, las datos alfanuméricos o de caracteres se representan mediante el código ASCII (American Standard Code for Information Interchange).

El Bus

Los datos van de una parte de la computadora a otra por medio de un trayecto o circuito llamado "bus". Funciona de la misma forma que un autobús: Recoge pasajeros (datos) los lleva de un lugar a otro y los deja. Después recoge otros pasajeros y así sucesivamente.

El bus se divida en dos tipos de líneas:

  1. Las líneas de datos
  2. Las líneas de direccionamiento

Las líneas de datos son las que llevan los datos de un lugar a otro y las líneas de direccionamiento llevan la ubicación de los datos para que la computadora sepa donde están.

El bus tiene su velocidad, y se mide en Mhz. Hay varios tipos de bus, y se listan a continuación junto con sus velocidades correspondientes:

Nombre

Bits que transporta

Velocidad (Mhz)

Bus XT

8

4.77

Bus ISA

16

8

Bus EISA

32

6 - 8.33

Bus Microcanal

16 ó 32

10

Bus Local VESA

32

33 - 66

Bus Local PCI

32 ó 64

33 - 66

Memoria

La memoria sirve para guardar datos cuando no son trasladados de un lugar a otro. Hay cuatro tipos de memoria en las computadoras:

  1. De acceso aleatorio
  2. Virtual
  3. De sólo lectura
  4. CMOS

1) Memoria de Acceso Aleatorio o RAM

Este tipo de memoria sirve para guardar datos temporalmente y sólo guarda los datos mientras la computadora esté encendida, una vez que se apaga desaparecen los datos almacenados en RAM.

En los chips de RAM hay pequeños capacitores que al estar encendidos representan un 1 y al estar apagados un 0. Por lo que es lógico pensar que los capacitores están en grupos de ocho.

La RAM se mide actualmente en Mb, por lo que los datos se guarda por millones.

La arquitectura física de la RAM es denominada como SIMM (Single In-Line Memory Module) y es una pequeña tarjeta de circuito que tiene conectados de tres a nueve DIPs. Un DIP es un módulo que almacena 256 kilobits.

2) Memoria Virtual

La memoria virtual es usada por la computadora para guardar datos simulando la memoria RAM en el almacenamiento del disco. Esta es una gran ayuda, ya que una máquina con poca memoria RAM puede ejecutar programas grandes gracias a la memoria virtual.

El problema de la memoria virtual es que es más lenta que la RAM, y las computadoras que la usan tardan mucho en recuperar datos guardados en memoria virtual ya que el disco es un dispositivo mecánico.

3) Memoria de Sólo Lectura o ROM

Esta se encuentra en los chips de ROM y son instrucciones permanentes que usa la computadora para preparar tareas de procesamiento. En ella están las instrucciones que le dicen a la computadora cómo llegar a las unidades de disco y buscar el sistema operativo. Al encender la computadora, ésta sigue las instrucciones del ROM para inicializarse.

4) Memoria CMOS

Esta permite que lagunas instrucciones de inicialización no sean permanentes al emplear corriente de una batería para guardar información del sistema vital, como las especificaciones del disco duro.

Al cambiar la configuración del sistema, se debe actualizar la información en el CMOS, por ejemplo: al cambiar un disco duro.

El CPU

Este se encarga de procesar los datos, lleva a cabo operaciones aritméticas y lógicas, clasifica listas, etc.

Hay tres tipos de familias de microprocesadores:

  1. x86 de Intel
  2. 68000 de Motorola
  3. Power PC de Apple

La computadora tiene un reloj integrado llamado reloj de sistema. Este emite pulsos que sincronizan todas las operaciones del CPU. Este tipo de reloj trabaja de forma diferente a la de un reloj que da la hora. Su velocidad se mide en Mhz, que son millones de ciclos por segundo, y por consiguiente millones de instrucciones que realiza la computadora por segundo.

Un CPU puede manipular un número de bits al mismo tiempo. A esto se le llama tamaño de palabra del CPU. Las computadoras más rápidas manipulan 32 o 64 bits.

El microprocesador se puede valer de un tipo de memoria especial llamada caché para recurrir a datos más rápido que en la RAM. El caché es una memoria especial de alta velocidad que asegura que los datos estén disponibles cuando los pida el microprocesador. Cuando hay más caché, hay mayor velocidad de procesamiento.

Hay dos tipos de tecnologías para llevar a cabo las instrucciones que da el microprocesador. La tecnología CISC, que usa instrucciones grandes y complejas y la RISC, que usa instrucciones reducidas que por teoría ahorran tiempo de procesamiento. Pero se cree que lo ideal es una combinación de las dos tecnologías.

Cuando varios CPUs trabajan juntos en una computadora se le llama procesamiento en paralelo.

El CPU tiene dos partes principales: la unidad lógica y aritmética y la unidad de control. Dada una realiza tareas específicas de procesamiento de datos.

La Unidad Lógica y Aritmética o ALU

Este es un conjunto de circuitos que se encarga de realizar operaciones lógicas como comparar números, o realiza operaciones aritméticas como sumar o restar. Para conservar los datos que usa, la ALU usa registros y guarda los resultados en el acumulador.

La Unidad de Control

En ella se coordina todo el procesamiento. Se encarga de recuperar las instrucciones en secuencia de la RAM, después interpreta las instrucciones para determinar qué hacer. Le manda los datos a la ALU y le dice qué hacer con ellos. También le dice al bus que datos traer de la RAM.

El Proceso de Inicialización

Primero, al encender la computadora, la energía pasa al ventilador interno y a la tarjeta madre. Después el microprocesador ejecuta la serie de instrucciones que se encuentran al el ROM. Posteriormente la computadora realiza pruebas de autodiagnóstico de la RAM, el teclado, tarjetas de expansión y unidades de disco para ver que funcionen correctamente. El SO se copia a la memoria RAM. El CPU lee los datos de configuración del CMOS y ejecuta las rutinas de configuración personalizada.

Ranuras y Tarjetas de Expansión

Las computadoras vienen hechas de tal forma que se les pueda aumentar las funciones que realizan mediante la instalación de hardware adicional. Esto se puede gracias a las tarjetas y ranuras de expansión.

Las ranuras de expansión son receptáculos en los que se insertan las tarjetas de expansión. Las computadoras comunes tienen de 4 a 8 de estas ranuras.

Las tarjetas de expansión son tarjetas con pequeños circuitos que conecta un dispositivo a la computadora. Las tarjetas dan posibilidades de agregar desde sonido hasta telecomunicaciones a una computadora.

Puertos

Hay varios tipos de puertos, que son una especie de ranuras que van conectada a la tarjeta madre y permiten la instalación y funcionamiento de impresoras, módems, etc. Los puertos varían según sus funciones y son:

1) Puerto de expansión

Este puerto es un lugar por el cual pasan datos de la computadora al periférico o viceversa. En sí son ranuras de expansión.

2) Puerto Paralelo

Este tipo de puerto proporciona una conexión para transmitir datos en grupos de ocho bits al mismo tiempo. Como los 8 bits se mandan simultáneamente, la transmisión es relativamente rápida. Por lo general se usan para conectar impresoras.

3) Puerto SCSI

Este sirve para conectar uno a más periféricos, a diferencia de los paralelos que solo permiten conectar un dispositivo. En el puerto SCSI se pueden conectar muchos periféricos en cadena. Se usan especialmente en las Macintosh.

4) Puerto Serial

Este tipo de puerto permite transmitir datos bit por bit. Sirven para los módems, que necesitan la transmisión de datos en dos sentidos o el ratón, que envía los datos en un solo sentido.

5) Puerto MIDI

Sirve para conectar la computadora con aparatos e instrumentos musicales.

6) Ranuras PCMCIA

Se usan principalmente en las computadoras portátiles, y estas permiten la expansión de las capacidades de la computadora. Pueden ser módems, o más memoria RAM, o unidades de disco duro. Dependiendo de las tareas que se quieran realizar se puede usar una u otra tarjeta PCMCIA.

 

Conclusión

La arquitectura de las computadoras me parece un tema muy interesante, que, aunque ya sabía muchas de las cosas que vienen en este trabajo, hubieron bastantes que fueron totalmente nuevas para mí, por lo que he aprendido algo nuevo de las computadoras.

Bibliografía

Conceptos de Computación, June Jamrich Parsons, Edición Estándar, Ed. Libro Visual

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