Fundamentos de la Computadora: Hardware, Software y la Estructura Interna de la CPU
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Definición y Componentes Esenciales de la Computadora
La computadora (del inglés: computer; y este del latín: computare, “calcular”), es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información conveniente y útil, de acuerdo con lo que un programa le indica. Una computadora está formada por dos partes esenciales:
- El Hardware: Su composición física (circuitos electrónicos, cables, gabinete, teclado, etcétera).
- El Software: La parte intangible (programas, datos, información, etcétera).
Es fundamental entender que una parte no funciona sin la otra.
Hardware: Estructura Funcional y Propósito General
Desde el punto de vista funcional, la computadora es una máquina que posee, al menos, una Unidad Central de Procesamiento (CPU), una memoria principal y algún periférico o dispositivo de entrada y otro de salida.
El flujo de trabajo es el siguiente: los dispositivos de entrada permiten el ingreso de datos, la CPU se encarga de su procesamiento (operaciones aritmético-lógicas) y los dispositivos de salida los comunican a otros medios. Es así que la computadora recibe datos, los procesa y emite la información resultante, la cual luego puede ser interpretada, almacenada, transmitida a otra máquina o dispositivo o sencillamente impresa; todo ello a criterio de un operador o usuario y bajo el control de un programa.
La Programabilidad y Diversidad de Tareas
El hecho de que sea programable le posibilita realizar una gran diversidad de tareas, lo que la convierte en una máquina de propósitos generales (a diferencia, por ejemplo, de una calculadora cuyo único propósito es calcular limitadamente). Sobre la base de datos de entrada, puede realizar operaciones y resolución de problemas en las más diversas áreas del quehacer humano (administrativas, científicas, de diseño, ingeniería, medicina, comunicaciones, música, etc.), incluso muchas cuestiones que directamente no serían resolubles o posibles sin su intervención.
Básicamente, la capacidad de una computadora depende de sus componentes de hardware, en tanto que la diversidad de tareas radica mayormente en el software que admita ejecutar y contenga instalado.
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
La Unidad Central de Procesamiento (CPU, por sus siglas del inglés: Central Processing Unit) es el “cerebro” de la computadora. Consta básicamente de tres elementos interconectados:
Unidad Aritmético Lógica (ALU)
La ALU (por sus siglas del inglés: Arithmetic-Logic Unit) es el dispositivo diseñado y construido para llevar a cabo las operaciones elementales como las operaciones aritméticas (suma, resta, ...), operaciones lógicas (Y, O, NO), y operaciones de comparación o relacionales. En esta unidad es donde se realiza todo el trabajo computacional.
Unidad de Control (UC)
La UC sigue la dirección de las posiciones en memoria que contienen la instrucción que la computadora va a realizar en ese momento; recupera la información poniéndola en la ALU para la operación que debe desarrollar. Transfiere luego el resultado a ubicaciones apropiadas en la memoria. Una vez que ocurre lo anterior, la Unidad de Control avanza a la siguiente instrucción.
Unidad de Almacenamiento Interna o Primaria
Esta unidad comprende la memoria ROM y la memoria RAM.
Memoria ROM (Read Only Memory)
La memoria de solo lectura (ROM, por sus siglas en inglés: Read Only Memory) es quizás el elemento de hardware más importante de computadoras y dispositivos portátiles (como celulares, teléfonos inteligentes y tablets), ya que en este pequeño componente electrónico se almacena toda la información necesaria para que el dispositivo arranque y pueda cumplir con su función.
Memoria RAM (Random Access Memory)
Conocida como memoria de acceso aleatorio (RAM, por sus siglas del inglés: Random Access Memory), es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas. Estas celdas contienen datos, instrucciones y la información necesaria para realizar lo que se desea con la computadora. La memoria RAM puede ser escrita y reescrita varios millones de veces; se parece a una pizarra y es volátil (al cerrar un programa o apagar la computadora se pierden los datos ahí almacenados).