Fundamentos de la arquitectura de computadoras
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El ordenador: una máquina de procesamiento de información
Un ordenador es una máquina electrónica que recibe y procesa datos. Está diseñado para procesar grandes cantidades de información.
Para procesar la información, un ordenador debe representarla mediante un método factible, que cumpla con las siguientes condiciones:
Poder representar cualquier tipo de información.
Ser compatible con la tecnología existente.
Representar la información sin errores.
El ordenador utiliza dos símbolos: el 0 y el 1, que representan los dos estados posibles (sistema de numeración binario).
Códigos y Alfabetos
Un código es la ley de correspondencia biunívoca entre los datos y su configuración binaria asociada.
Con dos bits se pueden representar hasta cuatro símbolos distintos: 00, 01, 10, 11.
Los 10 dígitos del sistema decimal.
Las letras del alfabeto.
Los signos de puntuación (, ; : ¿ + $ & *...).
Los caracteres de control (Esc, Intro...).
Los caracteres de control se usan para dar órdenes a los terminales, como por ejemplo, de arranque o parada.
Al conjunto de caracteres que se puede transmitir usando un determinado código se le llama alfabeto.
El código más utilizado hoy en día es el código ASCII.
Sistemas de Numeración
Un sistema de numeración emplea un conjunto de símbolos y reglas para representar cantidades numéricas.
Los sistemas de numeración más utilizados son los posicionales, con las siguientes características:
- Se emplea un número finito de símbolos (dígitos o cifras), lo que determina la base del sistema.
- Cada cantidad se expresa por una secuencia finita de símbolos.
- La cantidad total se obtiene sumando el valor de cada símbolo.
- El valor de cada símbolo depende de sí mismo y de su posición en la secuencia.
El sistema binario (base 2) también se llama binario natural.
En el sistema hexadecimal, la base es 16.
Medidas de Byte
- 1 kilobyte (KB) = 1024 bytes
- 1 Megabyte (MB) = 1024 kilobytes
- 1 Gigabyte (GB) = 1024 megabytes
- 1 Terabyte (TB) = 1024 gigabytes
- 1 Petabyte (PB) = 1024 terabytes
- 1 Exabyte (EB) = 1024 petabytes
Arquitectura del Ordenador
La arquitectura de un ordenador es la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.
El modelo conocido como “máquina de von Neumann” tiene los siguientes componentes básicos: CPU (Unidad aritmético-lógica y unidad de control), memoria y sistemas de entrada/salida.
CPU
La CPU (unidad central de proceso) interpreta las instrucciones de los programas y procesa los datos.
Memoria
En la memoria se almacenan las instrucciones y los datos.
Firmware
El firmware activa la máquina desde su encendido, prepara el entorno para la instalación del Sistema Operativo y responde a eventos externos e intercambio de órdenes entre componentes.
Lenguaje Máquina
El lenguaje máquina es la representación más directa del código máquina, legible por un programador, específico para cada arquitectura.
Núcleo
El núcleo es el programa que se encarga de:
- La comunicación entre los programas y el hardware.
- La gestión de los programas.
- La gestión del hardware.
Hardware
El hardware son las partes físicas y tangibles del ordenador: componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos; cables, cajas, periféricos, etc.
Chipset
El chipset es un conjunto de chips en la placa base que gestiona los periféricos, las ranuras de expansión y el control de transferencia de datos entre el microprocesador y la memoria.
Microprocesador
El microprocesador es el circuito integrado más importante, el "cerebro" del ordenador.
Contiene millones de transistores e incorpora una CPU y elementos lógicos para conectar otros dispositivos (memorias, puertos). Se ubica en un zócalo en la placa base y tiene un sistema de refrigeración. Ejecuta instrucciones almacenadas como números binarios en la memoria principal.
Memoria RAM
La memoria RAM es un componente esencial. Prepara las instrucciones y los datos para la CPU y almacena temporalmente los resultados de las operaciones. Es volátil.
Se asemeja a un panel con casillas (posiciones de memoria) para almacenar datos. Cada posición tiene una dirección y almacena un byte. Los módulos RAM pueden ser SIMM, DIMM y SO-DIMM.
Memoria Caché
Es una memoria RAM más rápida que la convencional.
- Caché de 1er nivel (L1): Integrada en el núcleo del procesador.
- Caché de 2º nivel (L2): Integrada en el procesador.
- Caché de 3er nivel (L3): Poco uso actualmente.
Memoria Virtual
Usa parte del disco duro para simular memoria RAM.
Memoria ROM-BIOS y CMOS
La BIOS (Basic Input Output System) contiene instrucciones para el chequeo inicial del equipo y datos técnicos de los componentes. La memoria CMOS almacena información del reloj y configuración de periféricos.
Conectores y Puertos
Los conectores son interfaces para conectar dispositivos mediante cables.
Un puerto es una interfaz para enviar y recibir datos.
Tarjetas de Expansión
Las tarjetas de expansión (normalmente conectadas a un puerto PCI) dotan al PC de algún elemento que le falta.
Periféricos de Entrada y Salida
Los dispositivos de entrada introducen información al ordenador (teclado, ratón, micrófono, escáner, joystick).
Los dispositivos de salida muestran resultados (monitores, impresoras, proyectores, pizarras electrónicas).
Algunos dispositivos son de entrada/salida, como los que leen o escriben en medios de almacenamiento.
Disco Duro
El disco duro almacena la información mediante discos apilados y una cabeza magnética. Se conecta a la fuente de alimentación y a la placa base. Sus características son: capacidad, velocidad de giro y capacidad de transmisión de datos. Las tecnologías más populares son IDE y SATA.
Lector de Tarjetas de Memoria
El lector de tarjetas de memoria lee o escribe en soportes de memoria flash (pequeños soportes que usan memoria flash para guardar información).