Componentes Esenciales del Hardware: Memoria, Módulos E/S y Buses

Componentes Esenciales de un Computador

La Memoria: Almacenamiento y Tipos

La memoria es un elemento pasivo que almacena datos e instrucciones, sin alterarlos, en un conjunto de celdas direccionables por el procesador, para lectura o escritura.

Encontramos memorias en el interior de la CPU (registros), junto a ella en la misma placa (memoria principal) y en otros dispositivos de almacenamiento (memoria secundaria).

Clasificación según su Volatilidad

La volatilidad se refiere a la pérdida de información cuando desaparece la alimentación eléctrica:

• Volátiles: Pierden su contenido al desconectar la energía.
  • RAM estática (SRAM): Utilizadas en memorias caché dentro de los chips de los procesadores para ganar en rapidez y eficiencia. Suelen tener varios Kbytes de capacidad.
  • RAM dinámicas (DRAM): Existen varios tipos, como la SDRAM y la DDR-SDRAM (o DDR). Su capacidad puede ser de varios Mbytes o incluso Gbytes.
• No Volátiles: Mantienen su contenido incluso sin alimentación eléctrica.
  • ROM (Read-Only Memory): Programadas (escritas) en fábrica.
  • PROM (Programmable Read-Only Memory): Programables una sola vez.
  • EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): Borrables mediante luz ultravioleta.
  • EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Borrado eléctrico (ejemplo: BIOS).
  • FLASH EPROM: Similares a las EEPROM, pero con un borrado más fácil y rápido.

Capacidad de la Memoria

La capacidad de una memoria se define como el número de palabras o bytes (8 bits, 16 bits, 32 bits, etc.) que pueden almacenarse.

Se calcula con la fórmula M = 2^n (donde 'n' es el número de bits de dirección), expresada en Kbytes (2^10 bytes), Megabytes (2^20 bytes) o Gigabytes (2^30 bytes).

Es importante destacar que la memoria es siempre más lenta que el procesador o CPU.

En el diseño de un computador, el uso de los diferentes tipos de memoria depende fundamentalmente de 4 parámetros clave: velocidad, coste, capacidad y número de accesos.

Módulo de E/S o Controlador (Adaptador)

El módulo de E/S (Entrada/Salida) o controlador actúa como un adaptador que permite la comunicación entre la CPU y los periféricos.

Un módulo de E/S puede gestionar dispositivos externos de varios fabricantes, sirviendo como la interfaz entre la CPU y dichos dispositivos. A veces, pueden ser incluso auténticos procesadores dedicados a esta tarea.

Estructura Interna de un Módulo de E/S

• Registro de datos: Para leer o escribir datos.
• Registro de control: Para enviar órdenes al periférico.
• Registro de estado: Para obtener información sobre el estado del periférico.

Los Buses: Vías de Comunicación del Sistema

Los buses son puentes de comunicación esenciales entre la CPU, la memoria y los dispositivos de E/S.

Son un conjunto de líneas (cables, pistas...) que transmiten señales (nivel alto o bajo de tensión, 5 o 0 voltios) con funciones específicas.

Tipos Principales de Buses

• Bus de datos: Conecta los componentes de un computador. Su anchura (número de líneas eléctricas) suele ser una potencia de dos: 8 (2^3), 16 (2^4), 32 (2^5), 64 (2^6), etc.
• Bus de direcciones: Designan la posición (dirección) de los datos. Son salidas de la CPU y determinan su capacidad de direccionamiento.
• Bus de control: Controlan el acceso y uso de los buses anteriores y del resto de dispositivos.

Clasificación Adicional de los Buses

• Serie (transmiten bit a bit) vs. Paralelo (transmiten varios bits a la vez)
• Multiplexados (realizan diferentes tareas) vs. No Multiplexados o Dedicados (Ejemplo: un bus compartido para direcciones y datos permite un ahorro en hardware y en costes).
• Centralizados (un dispositivo gestiona el uso del bus) vs. Distribuidos (El distribuido requiere un proceso de arbitraje para resolver conflictos cuando dos dispositivos quieren utilizar el bus al mismo tiempo).
• Síncronos (se transmite el reloj para sincronizar emisor-receptor) vs. Asíncronos (Los asíncronos requieren que los relojes de todos los dispositivos que intervienen en la comunicación trabajen a la misma frecuencia, así como un protocolo previo para sincronizarlos).