Fundamentos de Arquitectura de Computadores: Microprocesadores, Buses y Memoria RAM

Conceptos Fundamentales de Arquitectura de Computadores

¿Qué es un Microcontrolador y un Microprocesador?

Microcontrolador

Es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes esenciales de un computador (CPU, memoria, periféricos). Se emplea específicamente para controlar el funcionamiento de una tarea determinada, operando como un sistema cerrado.

Microprocesador

Es el cerebro de la computadora (u ordenador). Lleva a cabo o ejecuta los programas, y es imprescindible para el funcionamiento general del sistema.

Diferencias Clave entre Microprocesador y Microcontrolador

• El Microprocesador es un sistema abierto, con el que pueden construirse un computador con las características deseadas, acoplándole los módulos necesarios (RAM, ROM, periféricos externos).
• El Microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador completo y de prestaciones limitadas, las cuales generalmente no se pueden modificar o expandir fácilmente.

El Sistema de Buses y Sincronización

¿Qué es un Bus y Tipos Principales?

El Bus (o canal) es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras.

Los buses principales son:

• Bus de Control
• Bus de Datos
• Bus de Dirección

Funciones Detalladas de los Buses del Sistema

• Bus de Control: Gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones, coordinando las operaciones.
• Bus de Dirección: Es un canal del microprocesador totalmente independiente del Bus de Datos. Se utiliza para establecer la dirección de memoria del dato en tránsito (lectura o escritura).
• Bus de Datos: Permite el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades. Además, controla el uso y acceso al bus de datos y al bus de direcciones.

¿Qué es el Reloj (Clock)?

El Reloj es la parte de la CPU que proporciona una sucesión de impulsos eléctricos (llamados ciclos) a intervalos constantes. Cada sucesión marca el instante en que debe comenzar un paso de una instrucción, sincronizando todas las operaciones del sistema.

Arquitectura y Componentes Internos

Arquitectura de los Microcontroladores PIC

La arquitectura del microprocesador sigue el modelo de Harvard, que permite a la CPU acceder simultáneamente a las dos memorias (memoria de programa y memoria de datos).

El texto también menciona el modelo de Von Neumann. En esta arquitectura, los datos y las instrucciones circulan por el mismo bus, ya que ambos son guardados en la misma memoria.

Función de la ALU (Unidad Aritmético Lógica)

La ALU (Unidad Aritmético Lógica) es un circuito digital que realiza las principales operaciones aritméticas (suma, resta, etc.) y las operaciones lógicas (AND, OR, NOT, etc.) requeridas por el procesador.

¿Qué es un Registro?

Los Registros son un espacio de memoria muy reducido, pero necesario para cualquier microcontrolador. De aquí se toman los datos que son necesarios para las operaciones que vayan a realizar los demás circuitos del procesador. Los registros sirven para almacenar los resultados de la ejecución de las instrucciones.

¿Qué es la Unidad de Control (UC)?

La Unidad de Control es el circuito que controla el funcionamiento de todos los componentes del procesador. Controla el movimiento de datos e instrucciones dentro y fuera del procesador y también las operaciones de la ALU.

Memoria y Datos

Definición de Memoria RAM

La Memoria RAM (Random Access Memory) es una memoria Volátil. Es decir, es el espacio donde el computador guarda temporalmente los datos que está utilizando en el momento presente para su ejecución.

Funcionamiento de la Memoria RAM

Para acceder a la memoria RAM, el sistema:

1. Primero localiza la posición de memoria.
2. Luego, va viendo celda por celda de memoria donde se encuentra alojado el dato. Si este corresponde a la dirección de memoria descrita, lo lee.
3. Si se quiere escribir un dato, hace lo mismo en su respectiva posición de memoria.

¿Qué es un Bit y su Representación Eléctrica?

Un Bit es la unidad de información más básica que se puede manejar en un ordenador, pudiendo tomar uno de los dos posibles estados: “1” o “0”. (El estado “1” se representa eléctricamente con un nivel de voltaje alto, y el “0” con un nivel de voltaje bajo).