Fundamentos de Arquitectura de Computadores y Sistemas de Bases de Datos

Arquitectura de Memoria

Memoria Principal

La Memoria Principal almacena los programas durante su ejecución, las instrucciones a ejecutar y los valores numéricos.

Tipos de Memoria RAM (Lectura y Escritura)

• SRAM: Rápida y cara. Conserva el contenido si tiene alimentación.
• DRAM: Necesita un circuito externo. Más lenta, pero de mayor capacidad.

Tipos de Memoria ROM (Solo Lectura)

• PROM: Programada una sola vez.
• EPROM: Puede borrarse y reprogramarse.
• EEPROM: No necesita ser desinstalada para programarse (la BIOS carga el sistema operativo aquí).
• Memoria Flash: Evolución de la EEPROM. Permite lectura y escritura por bloques (ej. USB).

Memoria Secundaria y Caché

Memoria Secundaria: Almacena datos de forma permanente (ej. DVD).

Caché: Componente de memoria de acceso rápido y de menor tamaño que la memoria principal, situado entre esta y la CPU. Almacena datos para que las solicitudes futuras se atiendan con mayor velocidad. Su funcionamiento se basa en los principios de localidad temporal y espacial.

Jerarquía de Memoria

Pirámide de Jerarquía de Memoria: (De mayor velocidad/costo a mayor capacidad)

• CPU
• Caché
• RAM
• Disco Duro
• Copia de Seguridad

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

La CPU ejecuta programas almacenados en la memoria principal, los busca y los procesa uno tras otro.

Componentes Internos de la CPU

• Unidad de Control (CCU): Detecta el estado de las señales y capta las instrucciones del programa.
• ALU (Unidad Aritmético-Lógica): Realiza operaciones (aritméticas y lógicas).
• Registros: Almacenan resultados temporales.
• Buses (Internos y Externos): Conectan la CPU y los demás componentes.

Sistema de Entrada/Salida (EIS)

El Sistema de Entrada/Salida (EIS) permite la entrada y salida de información. Componentes principales: controlador, dispositivo, interfaz de conexión.

Funciones del EIS

• Control y temporización de la información.
• Transferencia de datos a la CPU.
• Comunicación con dispositivos periféricos.
• Almacenamiento temporal de datos con Buffer (sincroniza las velocidades de la CPU).
• Detección y corrección de errores.

Acceso Directo a Memoria (DMA)

El DMA se utiliza para permitir que ciertos subsistemas del ordenador accedan a la memoria del sistema (leer y/o escribir datos) sin usar el procesador.

Flujo de Ejecución y Control

Interrupciones y Contexto

Interrupciones: Es una alteración forzada del flujo de instrucciones de un programa en respuesta a un cambio en el estado de la CPU.

Cambio de Contexto: Consiste en la ejecución de una rutina del Sistema Operativo (S.O.) para detener la ejecución de un proceso y dar paso a otro. El S.O. guarda el contexto del primero y carga el contexto del segundo. Ejemplos que lo generan: una interrupción o el planificador ante un tick del reloj.

Registros Clave en la Ejecución de Instrucciones

• PC (Program Counter): Almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
• MBR (Memory Buffer Register): Almacena un dato antes de escribirse o después de leerse de memoria. Se conecta a través del bus de datos.
• MAR (Memory Address Register): Almacena la dirección de memoria donde se escribirá o leerá el dato en MBR. Se conecta a través del bus de direcciones.
• IR (Instruction Register): Si el dato leído desde memoria en MBR es una instrucción, se transfiere a este registro.
• AC (Accumulator): Almacena implícitamente uno de los operandos de entrada a la ALU.

Sistemas de Bases de Datos

Definición y Gestión

Bases de Datos (BD): Colección de datos estructurada que cumple con:

1. Representa un contexto del mundo real.
2. Diseñada para lograr objetivos específicos.
3. Enfocada a varios servicios.

SGBD (Sistema de Gestión de Bases de Datos): Permite una vista centralizada y clara de los datos para un acceso óptimo. Gestiona los datos adecuadamente, evitando que usuarios o programas tengan que entender su ubicación física.

Lenguajes de Consulta

SQL (Structured Query Language): Lenguaje de dominio específico diseñado para administrar y recuperar información de sistemas de gestión de bases de datos relacionales.

NoSQL: Amplia clase de sistemas de gestión de bases de datos que difieren del modelo clásico SGBDR, principalmente porque no usan SQL como lenguaje principal de consultas.