La
operación de la mayoría de los sistemas de computación, incluyendo los IBM PCs
y compatibles, están basados en un sencillo concepto: almacenar instrucciones y
datos en memoria y usar el CPU para ejecutar repetitivamente estas
instrucciones y manipular la información almacenada. Las computadoras basadas
en este principio son conocidas como máquinas de Von Neumann. De esto se
deduce, que el CPU y la memoria son los componentes más importantes de un
computador.
En
un computador, usualmente vamos a encontrar dos tipos de memoria: memoria de
acceso al azar (RAM) la cual permite operaciones de escritura y lectura en
cualquier posición de la misma, y memoria de sólo lectura (ROM), la cual
contiene información que puede ser leída pero no alterada. La ROM es usada para
almacenar rutinas de bajo nivel diseñadas para la ejecución de tareas
específicas, tales como el manejo de los dispositivos de E/S. La RAM es usada
por el sistema operativo y los programas del usuario.
El
sistema operativo es un componente crucial en un sistema. Este programa se
encarga de cargar y ejecutar otros
programas, proveer acceso a los archivos del sistema, controlar los
periféricos e interactuar con el usuario. El sistema operativo es quien le da a
un sistema su personalidad. El MS-DOS, UNIX y OS/2 son ejemplos de sistemas
operativos para la familia de PCs.
Los
componentes del hardware de un sistema están interconectados. El CPU, la
memoria y los dispositivos de E/S están unidos por un conjunto de conductores
llamados buses. El propósito de cada conductor está claramente definido. Los
buses establecen estándares acerca de los niveles y sincronización de las
señales, que son entendidos por el CPU y la circuitería de soporte. Los buses
puede ser divididos según su propósito en tres: bus de dato, bus de direcciones
y bus de control.
Arquitectura
fundamental de un computador.
Todo
computador digital consta de cuatro partes bien definidas: Unidad Central de
Procesamiento (CPU), Memoria, Periféricos y Buses.
Arquitectura
fundamental de un computador.
La
CPU es quien crea y controla el flujo de datos, que circula por el computador a
partir de las instrucciones recibidas de la memoria, que sirven para indicar
las operaciones o tratamiento a realizar sobre los datos recibidos desde el
exterior o previamente almacenados en la memoria. La misma consta de dos
partes: la Unidad de Control y la Unidad Aritmético-Lógica (ALU).
Unidad
de Control.
La
Unidad de Control recibe secuencialmente las instrucciones desde la memoria, a
través del bus de datos, almacenándolas en el registro de instrucciones (IR).
Desde IR las instrucciones pasan al decodificador de instrucciones, el cual se
encarga de interpretarlas y producir una serie de impulsos de gobierno y
control.
Estos
impulsos regulan a los elementos de la máquina, que participan en la ejecución
de la instrucción.
La
Unidad de Control, además de descodificar las instrucciones y de generar los
impulsos de control, incrementa sincrónicamente un contador, llamado contador
de programa (PC) cada vez que se ejecuta una instrucción, con objeto de que
quede señalando a la siguiente instrucción.
Estructura
interna de la Unidad de Control.
Unidad aritmético-lógica.
La
Unidad aritmético-lógica (ALU) es la
encargada del procesamiento lógico y aritmético de los datos, según el carácter
que determine cada instrucción.
Esquema
interno de la Unidad Aritmético-Lógica.
Memoria.
El
programa o secuencia de instrucciones, que debe seguir la máquina para realizar
el procesamiento de los datos, está almacenado en una parte de la memoria,
denominada memoria o segmento de
instrucciones para diferenciarla del resto de la misma, que se emplea para
guardar datos y resultados en forma temporal.
La
información, que recibe la memoria a través del bus de direcciones, es un
conjunto de bits lógicos, tantos como líneas tenga el bus, que seleccionan la
posición de memoria a la que se accede. El decodificador de direcciones se
encarga de elegir una posición de la matriz de la memoria, descodificando la
información que ha llegado por el bus de direcciones. Como generalmente la
memoria está constituida físicamente por mas de un chip, será tarea del
decodificador de direcciones habilitar al chip correspondiente.
En
una computadora encontraremos dos tipos de memoria: de sólo lectura (ROM) y de
acceso al azar (RAM).
Memoria ROM.
La
memoria ROM (Read Only Memory) o memoria
de sólo lectura también permite el acceso directo a cada uno de los elementos
que la componen, pero la información en ella contenida puede ser leída pero no
alterada. Debido a que conserva la información, aún en el caso de ausencia de
energía, se usa para almacenar las rutinas de mas bajo nivel, que sirven para
el arranque del sistema.
La
memoria RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso al
azar debe su nombre al hecho de permitir el acceso a cualquiera de las
localidades de memoria en forma directa, en contraste con las memorias de
acceso secuencial en las cuales para acceder al N-ésimo elemento, era necesario
acceder previamente a los N-1 elementos anteriores; pero su característica más
importante es la de que la información contenida en cada una de las localidades
puede ser leída y/o alterada. En ella se va a almacenar, por lo tanto, el
sistema operativo y los programas del usuario, así como la información temporal
que estos manejen.
A
la memoria RAM se le suele llamar memoria volátil, por el hecho de que la
información en ellas almacenada, se pierde en ausencia de energía.
Periféricos.
Son
los encargados de enviar y/o recoger información del mundo externo a la
computadora e intercambiarla con la unidad central de procesamiento a través de
la unidad de entradas y salidas.
Buses.
Los
buses no son más que los conductores que interconectan cada una de la partes
que componen al computador. A través de ellos viaja información que según su
función permite clasificarlos en tres tipos: bus de Datos, bus de Direcciones y
bus de Control.
Bus de datos.
El
bus de datos se encarga de transferir información entre el CPU, la memoria y
los periféricos. Es bidireccional, ya que la información puede fluir en ambos sentidos, es decir,
desde o hacia el microprocesador.
Bus de direcciones.
El
bus de direcciones permite seleccionar la localidad de memoria o el periférico
que el CPU desea accesar. Este bus es unidireccional ya que la información a
través de él siempre fluye desde el microprocesador.
Bus de control.
En
el Bus de Control se encuentran las diferentes señales encargadas de la
sincronización y control del sistema. Su naturaleza es unidireccional aun
cuando existen señales que salen del microprocesador así como otras que entran
al microprocesador. Ejemplos de las señales de control son:
WR (escritura)
RD (lectura)
WAIT (espera)
READY (listo), etc.
WR (escritura)
RD (lectura)
WAIT (espera)
READY (listo), etc.
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