Von Neumann Arkitektura: Ordenagailuaren Osagaiak eta Funtzionamendua

Von Neumann Arkitektura

Ordenagailuaren osagai fisikoak (hardware) burutzen dituzten funtzioen arabera sailkatzen dira:

• Informazio prestaketa osagaiak
• Informazio biltegiraketa osagaiak
• Sarrera / Irteera osagaiak

Von Neumann arkitekturak ordenagailuaren oinarrizko osagaiak definitzen ditu eta ordenagailuaren hiru funtzio unitateak bereizten ditu.

Informazioaren adierazpena

Ordenagailu batean adierazi daitekeen informazio unitate minimoa BIT (Binary Digit) edo digitu bitarra deitzen da eta 0 eta 1 balioa hartzen du. Edozein informazio adierazteko BIT-ak BYTE edo zortzikote (8 bit-eko taldea) deituriko eremu bitarretan taldekatzen dira.

Ordenagailuan erabilia izando den edozein informazio mota, bai zenbaki, karaktere, irudi, bideo edota soinua izan, 0 eta 1 digituz osaturiko sekuentziatan adierazi beharko da.

Karaktereak adierazteko hainbat kodetze era ezarri dira. Gehien erabiltzen dena ASCII hedatua (American Standard Code for Information Interchange) da, 8 bitekoa eta europako hizkuntza garrantzitsuen karaktereak jasotzen dituena.

Informazioa neurtzeko erabiltzen diren unitateak:

1. Informazioaren tratamendua

Informazioaren tratamendu edo prozesaketaz arduratzen den osagaia Prozesatzeko Unitate Zentrala (PUZ/CPU) da. Sistemako eragiketa guztiak kontrolatu eta koordinatzeaz arduratzen da. Prozesadore batek osatzen du, ordenagailuaren osagai nagusi dena eta bere ardurak ondorengoak dira:

• Aginduak egikaritzea
• Eta eragiketak (aritmetiko zein logikoak) burutzea.

Ingurune txikietan erabiltzen diren prozesadoreak mikroprozesadoreak deitzen dira eta ordenagailuaren oinarrizko plakan kokatzen dira. Oinarrizko plaka, ordenagailuaren oinarrizko zirkuitu guztien euskarri fisikoa da, mikroprozesadoreak aginduak adierazi eta gainerako hardware osagaien informazioa jaso dezan.

Gaur egun nukleo bikoitzeko prozesadoreak topatuko ditugu.

2. Informazio biltegiraketa

Biltegiratze dispositiboen artean bi talde bereiztu behar dira: memoria nagusia eta masa biltegiraketa dispositiboak.

Memoria Nagusia (MN)

Datuak eta prozesadoreak datuak denbora errealean (ordenagailua piztuta) prozesatzeko erabiliko dituen aginduak biltzen ditu.

Memoria mota ezberdinak bereizten dira:

RAM (Random Access Memory): Sarbide zuzeneko memoria da eta bertan irakurri eta idatzi egin daiteke. Ezaugarriak:

• Infozentrikoa: Ordenagailuan zehar dabilen informazio guztia uneren batean RAM memorian biltegiratuta egongo da.
• Hegazkorra: Informazioa ordenagailua piztua dagoen bitartean mantentzen du eta ordenagailua itzaltzen denean bertan gordeko informazio guztia desagertu egingo da, memoria hutsik geldituz.

Memoria honek datuak, emaitzak eta prozesadoreak egikaritu dituen programak biltegiratzen ditu. Memoria honen edukiera adierazi egiten da. Egun 1 GB, 2 GB, 4 GB… edukierak topatuko ditugu.

ROM (Read Only Memory): memoria hila deitzen zaio eta irakurketa saileko memoria iraunkorra da, non ezin daitekeen idatzi. Memoria hau ez da hegazkorra eta konfigurazio datuak edota ordenagailuaren oinarrizko programa txikiak gordetzeko erabiltzen dira.

Cache memoria: abiadura handiko eta edukiera txikiko ( 1MB, 3MB, 6MB) memoria mota da, behin behinean informazio biltegiratzen duena, RAM memoria eta prozesadorearen arteko transferentziak bizkortzeko.

ROM memorien antzerakoak diren beste memoria batzuk ere badaude, baina idazteko aukera eskeintzen dutenak. Adibidez, EPROM, EEPROM, flash, etab. Memoria mota hauek telefono mugikor, PDA, elektrogailu txiki, argazki kamera digital, mp3, mp4…etab. erabiltzen dira.

MNak ordenagailu zehar dabilen informazio GUZTIA biltegiratzen du. Informazio hau mota ezberdinetakoa izan daiteke.

• Datuak: lan bat burutu ahal izateko jasotako informazioa.
• Emaitzak: lana bukaturikoan makinak eskaintzen duen informazioa.
• Barne balioak: kalkulu eta tratamenduetan erabiltzen direnak.
• Aginduak: PUZari emandako aginduak periferia eta tratamendu eragiketak burutu ditzan.

MNren beste ezaugarri batzuk ondorengoak dira:

• Banalizazioa: ordenagailuak erabiltzen duen edozein informazio mota, bai datu, emaitza, agindu edo barne balioa izan, gai da beste motatakoekin batera MNan egoteko.
• Sarrera suntsigarria eta irteera ez suntsigarria: idatzitako informazioa ez da gordea izango, baldin eta erabiltzaileak bigarren mailako memoria dispositibo batean biltegiratzen ez badu. Bestalde, buruturiko irakurketek ez dute datuaren desagerketa suposatuko, baizik eta bere kopia bat burutuko da.

Masa biltegiraketa dispositiboak (2º mailako memoria)

Informazioa era iraunkorrean biltegiratzeko balio dute eta beraietan irakurketa posiblea da eta kasu askotan idatzi ere egin daiteke. Programa eta datuak biltegiratzen dituzte, ordenagailuak etorkizunean erabili ahal izando dituenak. Datu sarrera eta irteera eragiketak burutzen dituztenez, periferiko bezala ere kontsideratuak izan daitezke.

Edozein masa biltegiraketa elementutan ezberdindu behar dira:

• Bolumena: informazioaren euskarri materiala da.
• Unitatea: irakurketa/grabazio eragiketak burutzen dituen osagaia da (A:, C:, D:, E:).

Masa biltegiraketa dispositiboen sailkapena:

1. Informazioa atzitzeko eraren arabera:
   • Tarteko biltegiraketa dispositiboak: sarbide sekuentzialeko dispositiboek osatzen dute.
   • Biltegiraketa zuzeneko dispositiboak: zorizko sarbideko dispositiboek osatzen dute.
2. Biltegiratzeko erabiliko teknologiaren arabera:
   • Magnetikoak: datuak azalera magnetikoen gainean biltegiratzen dira. Bi talde:
     • Zinta Magnetikoak: ezaugarri nagusia bere edukiera da (70GB-1000GB), baina atzipen denbora motela da (8MB/seg-60MB/seg). Batez ere, segurtasun kopiak egiteko erabili ohi dira.
     • Disko Magnetikoak: maila honetakoak dira disketeak (ia desagertuak) eta disko gogorrak (250-500GB).
   • Magneto-optikoak: grabazio edo irakurketa burutzerakoan soluzio mistoa eskaintzen dute. Disko gogorretan erabili ohi da.
   • Erdieroaleak: beraien biltegiraketa teknologia erdieroaletan oinarritzen dira. Pendrive edo USB memoriek (1,2,4,8 GB edo gehiago) eta flash motako beste memoria batzuk material hau erabiltzen dute, adibidez MP3 eta MP4 erreproduktoreak (512MB, 1, 2, 4 edo 8 GB). Beraien ezaugarriak atzipen abiadura handia eta eramangarritasun erraza dira.
   • Optikoak: beraien biltegiraketa teknologia laserrean oinarrituta dago. Bere ezaugarri garrantzitsuenak biltegiraketa edukiera handia, erabilerarekin ez hondatzea eta atzipen abiadura handia dira. Maila honen barnean irakurketa saileko euskarriak (CD-ROM, DVD-ROM), grabazio bakarreko euskarriak (CD-R, DVD-R) eta euskarri birgrabagarriak (CD-RW, DVD-RW) aurkituko ditugu. CD (Compact Disk) eta DVD (Digital Versatile Disk) arteko desberdintasuna biltegiraketa edukieran datza, lehenengoetan 650MB, 700MB edo 800MB izanik eta 4,7GB-17GB artekoa bigarrenetan. Blue-ray Disk laser urdinean oinarritzen da eta 25GB biltegiratu ditzake geruza bakoitzean (egun, 4 geruza).

3. Ingurunearekin esteka burutzeko dispositiboak

Sarrera/irteera dispositiboek edo periferikoek ordenagailuan datuak sartu edota emaitzak eskuratzeko erabiltzen diren dispositibo mota guztiak barneratzen dituzte.

Datu sarrera/irteera zuzenean Memoria Nagusiarekin erlazionatu dago.

Periferikoen sailkapena:

• Sarrera periferikoak: teklatua, sagua, joystick, eskanerra, barra kode irakurgailua, webcam, mikrofonoa… etab.
• Irteera periferikoak: monitorea, inprimagailua, bozgorailua, aurikularrak…
• Bigarren mailako memoriaren euskarri diren periferikoak: zinta magnetiko irakurle/grabagailua, disko gogor irakurle/grabagailua, disko optiko irakurlea, memoria irakurgailuak…
• Komunikazio periferikoak: modema, faxa, sare txartela…

Dispositibo periferiko guztiak ordenagailura Komunikazio Portu estandarren bitartez konektatzen dira. Portu nagusiak ondorengoak dira:

• Serie portua: datu transmizio abiadura handiak behar ez dituzten dispositiboak konektatzeko erabiltzen da (PS/2).
• Portu paraleloa: serie portuak baino transmizio abiadura handiagoa du baina egun, portu hau baztertua gelditzen ari da. Tradizionalki, inprimagailuak eta eskanerrak konektatzeko erabili izan da.
• USB (Universal Serial Bus): abiadura handiko serie dispositiboa da. Inprimagailuak, eskanerrak, kamera digitalak, pen-drive, etab. konektatzeko erabiltzen da.
• FireWire/IEEE 1394: irudi digitaleko dispositiboak konektatzeko balio du, adibidez bideo kamera digitalak.
• IrDA (Infrared Data Association): kablerik gabeko sagu eta sakeleko telefonoen konexioa eskaintzen duen infragorri portua.
• Wi-fi: kablerik gabeko konexio burutzeko erabiltzen da.