Arquitectura y Componentes Clave de Sistemas Informáticos: Hardware y Comunicación de Datos

Componentes Fundamentales de un Sistema Informático

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

• Unidad de Control: Contador de programa, decodificador de instrucciones.
• Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Registro de entrada, registro de estado, registro acumulador.

Memoria Central

• Compuesta por celdas.
• RAM: Para programa o datos.
• ROM: Memoria de solo lectura.

Buses del Sistema

• De direcciones.
• De datos.
• De control.

Componentes Físicos del Sistema Informático

• Unidad de Proceso: CPU y componentes internos.
• Periféricos: Dispositivos de entrada/salida.

Caja (Chasis)

Tipos comunes:

• Minitorre.
• Torre.
• Sobremesa.
• Cubo o barebone.
• Portátil.

Placa Base (Motherboard)

Elementos clave:

• Zócalo (Socket): Para el microprocesador.
• Slots de Expansión: Para tarjetas adicionales.
• Controlador de teclado.
• Bancos de memoria.
• Memoria caché.
• Conectores de periféricos.
• Chip ROM (BIOS/UEFI).
• Conectores de alimentación.

Chipsets (Puentes)

• Puente Norte (Northbridge): Conecta la CPU con componentes principales (RAM, tarjeta gráfica).
• Puente Sur (Southbridge): Conecta la CPU con periféricos de menor velocidad (discos, puertos USB, audio).

Tarjetas de Expansión

Se conectan a los slots de expansión:

• Gráfica de video.
• Controladora de discos y puertos.
• De sonido.
• De red.

Buses del Sistema: Características y Tipos

Características Generales

• Ancho: Cantidad de bits que puede transmitir simultáneamente.
• Frecuencia: Velocidad de reloj del bus.
• Velocidad de Transmisión: Cantidad de datos transferidos por unidad de tiempo.

Tipos de Buses de Expansión

PCI (Peripheral Component Interconnect)

• Transferencia de ráfagas lineales.
• Reducido tiempo de espera.
• Aspecto físico estandarizado.
• Autoconfiguración (Plug and Play).

PCI Express (PCIe)

• Sustituto del PCI.
• Transmisión en serie.
• Ancho de banda (BW) dedicado por dispositivo.
• Utiliza un único cable por línea de datos (vs. 32 en PCI).

El Microprocesador: Arquitectura y Funcionamiento

Características Clave del Microprocesador

• Longitud de Palabra: Cantidad de bits que procesa en una operación.
• Velocidad de Procesamiento: Medida en GHz.
• Capacidad de Memoria Direccionable: Cantidad máxima de RAM que puede gestionar.
• Repertorio de Instrucciones: Conjunto de operaciones que puede ejecutar.
• Número de Registros Internos de la CPU: Almacenamiento temporal de datos.
• Capacidad de Gestión de Periféricos: Habilidad para interactuar con dispositivos externos.
• Capacidad de Tratamiento de Interrupciones: Manejo de eventos asíncronos.
• Memoria Caché: Memoria rápida para acceso frecuente a datos.
• Número de Núcleos: Cantidad de unidades de procesamiento independientes.

Arquitecturas de Microprocesadores

CISC (Complex Instruction Set Computer)

• Basada en microprogramas almacenados en la ROM.
• Instrucciones complejas que realizan múltiples operaciones.

RISC (Reduced Instruction Set Computer)

• Utiliza microinstrucciones en lugar de microprogramas.
• Instrucciones muy simples y de longitud fija.
• Características adicionales:
  • Una instrucción por ciclo.
  • Pocas instrucciones.
  • Formato de instrucción fijo.
  • Eliminación de microcódigo.
  • Paralelismo intensivo (segmentación, superescalaridad, compiladores optimizados).

Comunicación y Transmisión de Datos

Puertos de Comunicación

• Serie.
• Paralelo.

Componentes de Control de Comunicación (Ejemplo)

• Registros (Datos, Control, Estado).
• Bloque de Decodificación de Direcciones.
• Elementos de Control.

Modos de Transmisión de Datos

• Simplex: Envío de información en un solo sentido.
• Semidúplex (Half-duplex): Transmisión en ambos sentidos, pero no simultáneamente.
• Dúplex Completo (Full-duplex): Ambos pueden transmitir y recibir simultáneamente.

Transmisión en Serie

Aspectos clave:

• Bits de inicio/parada y paridad.
• Nivel inactivo de la línea.
• Duración de bits.

Detección de Errores

• Verificación de bits de trama.
• Verificación del bit de paridad.

Transmisión en Paralelo

• Transmite 8 bits a la vez.
• Requiere un dispositivo controlador PPI (Programmable Peripheral Interface).

Tipos de Puertos Paralelos

• SPP (Standard Parallel Port): Únicamente capaz de enviar datos en una dirección.
• EPP (Enhanced Parallel Port): Medio de comunicación bidireccional.
• ECP (Extended Capabilities Port): Bidireccional y significativamente más rápido que el anterior.
  • Capacidad de usar los canales DMA (Acceso Directo a Memoria), que no requieren la intervención del microprocesador.
  • Búferes tipo FIFO (First-In, First-Out) para enviar y recibir datos incluso si el microprocesador está ocupado.
  • Compresor de datos en tiempo real.

Protección y Estabilidad Eléctrica

Perturbaciones Electromagnéticas

• Interferencias radiadas.
• Interferencias conducidas.

Perturbaciones Eléctricas

• Picos de tensión.
• Ruidos y distorsiones.
• Fluctuaciones en la corriente.

SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida)

Protección ante fluctuaciones e interrupciones de corriente.

Modos de Operación del SAI

• Modo Directo (Online): La red alimenta al SAI y este, a su vez, al equipo informático de forma constante.
• Modo Reserva (Offline): El SAI solo actúa en caso de corte de corriente.