Fundamentos de Arquitectura de Computadores: CPU y Sistemas de Memoria
Arquitecturas de Procesamiento
- Arquitectura de Harvard: Los datos y las instrucciones de procesamiento se almacenan en memorias diferentes: la memoria para datos y la memoria para instrucciones. Esto significa que un bus accede a la memoria de datos y otro a la memoria de instrucciones.
- Arquitectura de Von Neumann: Los datos y las instrucciones se almacenan en la misma memoria. El bus de datos y el de direcciones acceden a la misma memoria; es decir, la memoria está compartida por esos buses.
La CPU: Núcleo del Sistema
La CPU controla y supervisa todo el funcionamiento del sistema gracias a los bloques que la componen. Es el microprocesador en los ordenadores actuales.
Bloques de la CPU
- Unidad de Control (UC): Lee las instrucciones de la memoria y las ejecuta.
- Unidad Aritmético-Lógica (ALU): Realiza las operaciones aritméticas y las lógicas.
- Registros específicos: Almacenamiento interno de alta velocidad.
La Memoria
Almacena los datos y las instrucciones de los programas que van a ejecutarse. La unidad de control obtiene esos datos e instrucciones.
Características de la memoria principal
- Es volátil.
- Es de acceso directo o aleatorio.
Estructura de la memoria
- Registro de Dirección de Memoria (RDM): Almacena temporalmente la posición o dirección a la que se quiere acceder dentro de la matriz de celdas de memoria. Este registro se conecta con el bus de direcciones.
- Matriz de celdas de memoria: Cada celda contiene un bit.
- Decodificador de direcciones: Permite acceder a la posición o palabra concreta de la matriz de memoria.
- Registro de Intercambio de Memoria (RIM): Gestiona la transferencia de datos.
- Señales de control: Lectura (LEC) y escritura (ESC), que indican la operación a realizar.
Funcionamiento y tipos
La memoria RAM realiza dos funciones principales: la lectura y la escritura.
Tipos de memorias: ROM, PROM, EPROM, EEPROM, RAM, SRAM, DRAM, FLASH.
Jerarquía de Memoria
La jerarquía se organiza de la siguiente manera: banco de registros, caché de primer nivel (L1), caché de segundo nivel (L2), memoria principal y memoria secundaria.
Niveles de Caché
- Caché L1: Memoria incluida en el interior del núcleo de la CPU. Comunica directamente con la UC. Está dividida en dos partes: una para datos y otra para instrucciones.
- Caché L2: Integrada también en la CPU, pero no en el núcleo. Tiene las mismas ventajas que la caché L1 pero es más lenta y no está dividida.
- Caché L3: Integrada en la CPU o placa base. Se comunica directamente con la RAM.
Nota técnica: 1 Byte = 8 Bits.