Arquitectura de Ordenadores: Tipos y Componentes Esenciales

Arquitectura de un Ordenador

La arquitectura de un ordenador es el conjunto de las partes que lo componen, su función y las comunicaciones entre dichas partes que posibilitan su funcionamiento de forma conjunta y coordinada.

Arquitectura de Von Neumann

Antecedentes: La arquitectura de Von Neumann guarda el programa en memoria, junto con los datos. El ordenador lee estos datos de la memoria y los interpreta como programa o como datos. El tener un único bus hace que el microprocesador sea más lento en su respuesta, ya que no puede buscar en memoria una nueva instrucción mientras no finalicen las transferencias de datos de la instrucción anterior.

Principales Limitaciones de la Arquitectura Von Neumann:

• La limitación de la longitud de las instrucciones por el bus de datos, que hace que el microprocesador tenga que realizar varios accesos a memoria para buscar instrucciones complejas.
• La limitación de la velocidad de operación a causa del bus único para datos e instrucciones que no deja acceder simultáneamente a unos y otras, lo cual impide superponer ambos tiempos de acceso.

Arquitectura de Harvard

Este modelo, que utilizan los microcontroladores PIC, tiene la unidad central de proceso (CPU) conectada a dos memorias (una con las instrucciones y otra con los datos) por medio de dos buses diferentes. Ambos buses son totalmente independientes, lo que permite que la CPU pueda acceder de forma independiente y simultánea a la memoria de datos y a la de instrucciones. Al ser independientes, estos buses pueden tener distintos contenidos en la misma dirección y también distinta longitud.

Ventajas de esta Arquitectura:

• El tamaño de las instrucciones no está relacionado con el de los datos, y por lo tanto puede ser optimizado para que cualquier instrucción ocupe una sola posición de memoria de programa, logrando así mayor velocidad y menor longitud de programa.
• El tiempo de acceso a las instrucciones puede superponerse con el de los datos, logrando una mayor velocidad en cada operación.

Arquitectura Multiprocesador

Objetivo: Aumentar la capacidad de proceso de los ordenadores.

Solución: Utilizar varios procesadores para poder repartir tareas y procesos.

En un ordenador en el cual hay más de un procesador se le denomina que está en arquitectura multiprocesador.

Funcionamientos en Multiprocesador:

• Modo Independiente: Cada microprocesador ejecuta un programa diferente. Hay una simple interconexión entre los sistemas.
• Modo Paralelo: Varios microprocesadores colaboran en la ejecución de un programa. El sistema comparte sus componentes.

Componentes Básicos del Ordenador

• Placa Base: Es el circuito principal sobre el que se construye el ordenador. Alberga la CPU y los sistemas directamente conectados a esta.
• CPU (Unidad Central de Procesamiento): Es el microprocesador principal que controla el funcionamiento del sistema. El ordenador puede disponer de una o de varias.
• Memoria RAM: Memoria de Acceso Aleatorio. Almacena las instrucciones y los datos que se utilizan en un programa. Es una memoria volátil.
• Disco Duro: Todos aquellos dispositivos integrados en el ordenador que permiten guardar información.
• Ranuras de Expansión: Conexiones de la placa base que permiten la conexión / ampliación del sistema. Pueden servir también para comunicar diferentes procesadores.
• Entradas/Salidas: Conexiones accesibles al exterior que permiten conectar dispositivos muy diversos.
• Fuentes de Alimentación: Es el dispositivo o conjunto de ellos dedicado a transformar la corriente de la red eléctrica en las necesarias para alimentar los diferentes dispositivos que forman el sistema.
• Sistema de Refrigeración.
• Unidades de Almacenamiento Extraíble.
• Teclado, Ratón, Monitor.
• Comunicaciones y Periféricos: Módems, tarjeta de red, impresoras, etc.