Arquitectura d'un Ordinador: Components i Funcionament Essencial

Arquitectura d'un Ordinador: Conceptes Fonamentals

Definicions Clau

La informàtica és la disciplina que estudia el tractament automàtic de la informació.

Un ordinador és una màquina capaç de rebre informació i, a través d'un conjunt d'instruccions que també se li proporcionen, de processar-la per aconseguir uns resultats determinats.

Estructures Fonamentals de l'Ordinador

Un ordinador està format per dues estructures fonamentals:

• Estructura física: Components i perifèrics que conformen el maquinari de l'ordinador.
• Estructura funcional: Agrupament d'elements físics o part d'aquests que permeten a l'ordinador realitzar una tasca concreta.

Elements Funcionals Principals d'un Ordinador

A) Memòria Central o Principal

Un ordinador incorpora diversos tipus de memòria (memòria principal, registres de la CPU, alguns perifèrics, etc.).

Funció de la Memòria Principal

La funció de la memòria central o principal és l'emmagatzematge de la informació en format digital binari.

Tipus de Dades Emmagatzemades

La memòria emmagatzema diferents tipus de dades:

• Dades d'entrada: Introduïdes per l'usuari mitjançant els dispositius d'entrada o captades de forma automàtica per l'ordinador sense la intervenció d'aquest.
• Dades intermèdies: Processades per una instrucció. No corresponen a resultats finals (s'utilitzen en instruccions posteriors per arribar a resultats finals). S'emmagatzemen en petites memòries (registres) de poca capacitat, però de molt ràpid accés.
• Dades de sortida: Dades processades que donen lloc als resultats que s'esperen a partir de les instruccions executades.

B) Unitat Central de Procés (CPU o Processador)

Funció i Importància de la CPU

És el component de l'ordinador absolutament necessari. Interpreta les instruccions que conformen el codi executable i processa les dades configurades a la màquina, permetent programar l'ordinador.

Etapes del Processament d'Instruccions

El processament o execució d'una instrucció es pot considerar en dues etapes:

• La CPU llegeix (cerca o agafa) la instrucció de la memòria principal i després l'executa.
• La CPU interpreta un llenguatge de baix nivell que s'anomena llenguatge de màquina.

C) Rellotge Intern del Sistema

Funció del Rellotge del Sistema

És l'element funcional que marca el ritme de funcionament de tota la resta d'elements. És un generador d'impulsos d'alta freqüència (actualment d'alguns GHz) que sincronitza el funcionament de tot el sistema.

D) Busos de Comunicació del Sistema

Interconnexió i Tipus de Transferències

Els busos interns del sistema són els elements funcionals que interconnecten entre si tota la resta d'elements funcionals fonamentals de l'ordinador. Permeten els següents tipus de transferències:

• Memòria a CPU: La CPU llegeix una instrucció o dada a la memòria.
• CPU a Memòria: La CPU escriu una dada a la memòria.
• E/S a CPU: La CPU llegeix dades d'un dispositiu d'Entrada/Sortida.
• CPU a E/S: La CPU envia dades al dispositiu d'Entrada/Sortida.
• Memòria a E/S i viceversa: Un mòdul d'E/S pot intercanviar dades directament amb la memòria sense haver de passar a través de la CPU, utilitzant l'accés directe a memòria (DMA).

Classificació dels Busos Interns

Els busos es poden classificar de diverses maneres:

• Paral·lels: Transporten diversos bits en cada cicle de bus (tants bits com nombre de línies tingui el bus). El principal avantatge és la rapidesa.
• Sèrie: Transfereixen un únic bit en cada cicle de bus, ja que només tenen una única via física de connexió. El principal avantatge és l'estalvi de material i espai a l'hora d'implementar-lo.

També es classifiquen segons la seva funció:

• Bus de dades: Que transfereixen dades.
• Bus d'adreces: Que transfereixen adreces de memòria.
• Bus de control: Que transfereixen senyals de control per sincronitzar els diferents elements funcionals.

E) Unitats d'Entrada/Sortida (E/S)

Funció de les Unitats d'E/S

Les unitats d'Entrada/Sortida permeten la transferència d'informació entre els dispositius externs (perifèrics) i la CPU, mitjançant la memòria central.