Arquitectura del computador

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño” Barcelona-Edo. Anzoátegui

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

Profesor Johnny Herrera

Alumno Cesar Madriz C.I: 26.009.897

Barcelona, Mayo 2021

ÍNDICE ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR CONCEPTOS ORGANIZACIÓN FÍSICA DE UN COMPUTADOR ARQUITECTURA VON NEUMANN CENTRO DE PROCESAMIENTO PLACA PRINCIPAL UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS (CPU) REGISTROS BUS FUNCIONAMIENTO INTERNO DE UN COMPUTADOR INSTRUCCIONES MICRO OPERACIONES PERIFÉRICOS DEFINICIÓN CLASIFICACIÓN

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria La arquitectura de una computadora explica la situación de sus componentes y permite determinar las posibilidades de un sistema informático, con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las que se va a utilizar.

La arquitectura básica de cualquier ordenador completo está formado por solo 5 componentes básicos: procesador, memoria RAM, disco duro, dispositivos de entrada/salida y software.

ORGANIZACIÓN FÍSICA DE UN COMPUTADOR Los componentes de una computadora son: hardware es el equipo físico o los dispositivos asociados con una computadora.

Organización física de una computadora Unidad centra de proceso (CPU, central processing unit).

Memoria principal. Dispositivo de entrada tales como el teclado y ratón.

Dispositivo de salida tales como monitoreo o impresora.

Conexiones de redes de comunicaciones, tales como módems, Ethernet, conexiones USB, conexiones en series, y paralelo, firmware, anexiones de tarjeta de memoria, etcétera.

Dispositiva de entrada /salida (e/s): periféricos. Dispositivo de salida, guardase en un almacenamiento secundario o enviarse a otra computadora conectado con un ella red.

Los dispositivos de entrada son aquellos dispositivos externos de hardware que tienen componentes situados fuera de la computadora, a la que puede dar información e/o instrucciones.

La memoria principal es una de las unidades fundamentales de la arquitectura Von Neumann. En ella se almacenan datos e instrucciones con los que las unidades de proceso pueden realizar operaciones.

ORGANIZACIÓN FÍSICA DE UN COMPUTADOR Unidad de medida de memoria es uno de los componentes más importantes de una computadora y sirve para almacenamiento de información (datos y programas ).existe dos tipo de memoria de almacenamiento: almacenamiento principal (memoria principal o memoria central)y almacenamiento secundario o almacenamiento masivo(disco ,cintas, etcétera).

ARQUITECTURA VON NEUMANN La arquitectura Von Neumann tiene sus orígenes en el trabajo del matemático John Von Neumann desarrollado con John Mauchly y John P. Eckert y divulgado en 1945 en la Moore School de la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, en el que se presentaba e EDVAC ( Electronic Discrete Variable Automatic Computer). De aquí surgió la arquitectura del programa almacena en memoria y búsqueda/ejecución secuencial de instrucciones. En términos generales una computadora tiene que realizar 3 funciones •Procesamiento de Datos •Almacenamiento de Datos •Transferencia de Datos

ARQUITECTURA VON NEUMANN Tal que un PC (Personal Computer) debe procesar datos, transformando la información recibida, de igual forma tiene que almacenar datos, como resultado final de estas. También debe de realizar transferencia de datos entre su entorno y el mismo. La arquitectura de un computador hace referencia a la organización de sus elementos en módulos con una funcionabilidad definida y a la iteración entre ellos. En el esquema de la Figura 1.1 se muestra la estructura básica de Von Neumann que debe llevar una computadora para su correcta operación.

FIGURA 1.1: ESTRUCTURA BÁSICA DE UNA COMPUTADORA.

ARQUITECTURA VON NEUMANN • CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit) : La unidad central de proceso es el corazón del computador.

Controla el flujo de datos, los procesa, y gobierna el secuenciamiento de las acciones en todo el sistema. Para ello necesita un oscilador externo o reloj que sincroniza las operaciones y marca la velocidad de proceso, este va marcando la evolución del CPU y mide su velocidad de funcionamiento; en forma no afortunada la frecuencia del reloj del CPU viene limitada por la tecnología del CPU y del computador completo ya dependiendo de los periféricos, sus tarjetas graficas, memorias, etc. Por lo tanto, el uso excesivo de los recursos que tenga la computadora puede resultar un sobrecalentamiento que deteriore parcial o totalmente la CPU. • Memoria: es la responsable del almacenamiento de datos.

• Entrada/Salida: transfiere datos entre el entorno exterior y el computador. En él se encuentran los controladores de periféricos que forman la interfaz entre los periféricos, la memoria y el procesador.

• Sistema de interconexión: Buses; es el mecanismo que permite el flujo de datos entre la CPU, la memoria y los módulos de entrada/salida. Aquí se propagan las señales eléctricas que son interpretadas como unos y ceros lógicos.

ARQUITECTURA VON NEUMANN • Periféricos: estos dispositivos son los que permiten la entrada de datos al computador, y la salida de información una vez procesada. Un grupo de periféricos puede entenderse como un conjunto de transductores entre la información física externa y la información binaria interpretable por el computador. Ejemplos de estos dispositivos son el teclado, el monitor, el ratón, el disco duro y las tarjetas de red.

CENTRO DE PROCESAMIENTO Se denomina Centro de Proceso de Datos (CPD)al espacio donde se concentran los recursos necesarios para el procesamiento de la información de una organización.

También se conoce como centro de cómputo en Hispanoamérica y en España como centro de cálculo, centro de datos, centro de proceso de datos o centro de informática.

Dichos recursos consisten esencialmente en unas dependencias debidamente acondicionadas, computadoras y redes de comunicaciones.

CENTRO DE PROCESAMIENTO Se pueden definir como la ubicación donde se encuentran los equipos informáticos necesarios para el procesamiento de la información de una empresa. Su tamaño puede variar de pequeñas salas a conjuntos de edificios. Los más habituales suelen ocupar grandes salas o un edificio entero.

En ellos se ubican grandes cantidades de componentes electrónicos que hacen posible el almacenamiento y proceso de la información. Es por esto que hay que tener un especial cuidado con estas instalaciones. Se construyen con el objetivo de garantizar la continuidad de servicio, o para gestionar informaciones críticas. Por ejemplo, todos los bancos cuentan con Centros de Proceso de Datos, manejan informaciones confidenciales y la seguridad es una prioridad.

PLACA PRINCIPAL En computación, la placa madre, placa principal, placa base o tarjeta madre es la tarjeta de circuito integrado principal del sistema informático, a la que se acoplan los demás componentes que constituyen el computador. Es, por ende, una parte fundamental del mismo y se encuentra dentro de la carcasa del CPU, en donde presenta salidas al exterior que permiten la conexión de distintos periféricos y aditamentos.

En la placa base se encuentran además elementos indispensables del sistema, como el microprocesador, la memoria RAM, las ranuras de expansión o el circuito integrado auxiliar (chipset). En su interior, igualmente, se halla instalado el firmware del BIOS, software de sistema que permite regular y probar las funciones elementales del hardware y hace las veces de soporte para la carga del sistema operativo.

Existen diversos tipos de placas base, aunque el mercado parece agruparse en torno a todos tendencias: las placas que emplean microprocesadores AMD (Advanced Micro Devices Inc.), o las que emplean microprocesadores Intel (Intel Corporation). Existen también placas multiprocesador, que pueden albergar 2, 4 o más procesadores de manera simultánea, lo cual se traduce en una enorme potencia de procesamiento de datos.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS (CPU) La unidad central de procesamiento es el hardware dentro de una computadora u otros dispositivos programables. Su trabajo es interpretar las instrucciones de un programa informático mediante la realización de las operaciones básicas aritméticas, lógicas y externas (provenientes de la unidad de entrada/salida).

Su diseño y avance ha variado notablemente desde su creación, aumentando su eficiencia y potencia, y reduciendo aspectos como el consumo de energía y el costo.

Los componentes de la CPU son: • Unidad aritmético lógica (ALU): realiza operaciones aritméticas y lógicas.

• Unidad de control (CU): dirige el tráfico de información entre los registros de la CPU y conecta con la ALU las instrucciones extraídas de la memoria.

• Registros internos: no accesibles (de instrucción, de bus de datos y bus de dirección) y accesibles de uso específico (contador programa, puntero pila, acumulador, flags, etc.) o de uso general.

REGISTROS El registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que permite guardar transitoriamente y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas.

Los registros están en la cumbre de la jerarquía de memoria, y son la manera más rápida que tiene el sistema de almacenar datos. Los registros se miden generalmente por el número de bits que almacenan; por ejemplo, un "registro de 8 bits" o un "registro de 32 bits". Los registros generalmente se implementan en un banco de registros, pero antiguamente se usaban biestables individuales, memoria SRAM o formas aún más primitivas.

El término es usado generalmente para referirse al grupo de registros que pueden ser directamente indexados como operandos de una instrucción, como está definido en el conjunto de instrucciones.

Sin embargo, los microprocesadores tienen además muchos otros registros que se usan con un propósito específico, como el contador de programa. Por ejemplo, en la arquitectura IA32, el conjunto de instrucciones define 8 registros de 32 bits.

BUS Un bus de datos es un dispositivo mediante el cual al interior de una computadora se transportan datos e información relevante.

Para la informática, el bus es una serie de cables que funcionan cargando datos en la memoria para transportarlos a la Unidad Central de Procesamiento o CPU. En otras palabras, un bus de datos es una autopista o canal de transmisión de información dentro de la computadora que comunica a los componentes de dicho sistema con el microprocesador. El bus funciona ordenando la información que es transmitida desde distintas unidades y periféricos a la unidad central, haciendo las veces de semáforo o regulador de prioridades y operaciones a ejecutar.

Su funcionamiento es sencillo: en un bus, todos los distintos nodos que lo componen reciben datos indistintamente, aquellos a los que estos datos no son dirigidos los ignoran y, en cambio, aquellos para los cuales los datos tienen relevancia, los comunican.

Desde el punto de vista técnico, un bus de datos es un conjunto de cables o conductores eléctricos en pistas metálicas sobre la tarjeta madre o "mother" del ordenador.

Sobre este conjunto de conductores circulan las señales que conduce los datos.

Existen distintos tipos de buses. El bus de direcciones, por ejemplo, vincula el bloque de control de la CPU para colocar datos durante procesos de cómputo..

FUNCIONAMIENTO INTERNO DE UN COMPUTADOR Para entender el funcionamiento interno de una computadora tenemos entender que es una computadora: Es una máquina electrónica que recibe y procesa datos en información útil. Una computadora es una conexión de circuitos integrados y otros componentes relacionados que pueden ejecutar con exactitud, con rapidez y de acuerdo a lo indicado por un usuario o automáticamente por un programa.

Un computador está compuesto por dos tipos de estructura el hardware (CPU, teclado, Mouse…) y el software (Circuitos, Formatos de imagen y sonidos…)

Una computadora realiza sus funciones gracias a sus circuitos y componentes. Se podría decir que uno o el más importante de todos tienen el nombre de tarjeta madre. Una Tarjeta Madre o Placa Base, es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan los componentes que constituyen un computador u ordenador. Es una parte fundamental a la hora de armar una PC de escritorio o portátil. Tiene instalados una serie de circuitos entre los que se encuentra los circuito integrado auxiliar, que sirve como centro de conexión entre el micro procesador la memoria (RAM), las ranuras de expansión y otros dispositivos.

Va instalada dentro de una caja o gabinete que por lo general esta echa de chapas y tiene un panel para conectar dispositivos externos y muchos conectores internos.

INSTRUCCIONES Se denomina instrucción en informática al conjunto de datos insertados en una secuencia estructurada o específica que el procesador interpreta y ejecuta.

Los tipos de instrucción son aquellos permitidos están definidos y determinados dentro de cada importante plataforma en el conjunto de instrucciones (en inglés ISA, instruction set architecture), que también determina los registros de origen y destino de la CPU, y en ocasiones un dato inmediato (aquellos que son especificados explícitamente en la instrucción).

Se denomina instrucción en informatica al conjunto de datos insertados en una secuencia estructurada o específica que el procesador interpreta y ejecuta.

Los tipos de instrucción permitidos están definidos y determinados dentro de cada plataforma en el conjunto de instrucciones (en inglés ISA, instruction set architecture), que también determina los registros de origen y destino de la CPU, y en ocasiones un dato inmediato.

Estas instrucciones del computador son las que determinan el funcionamiento de la CPU que las ejecuta. La CPU puede realizar una diversidad de funciones, que son el reflejo de la variedad de las instrucciones definidas para dicha CPU. El programador tiene un repertorio de instrucciones como medio para controlar la CPU.

PERIFÉRICOS Los periféricos son los los dispositivos a través de los cuales el ordenador se comunica con el mundo exterior, y también a los sistemas que almacenan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal, tanto si se se encuentre en el exterior o en el interior del ordenador. No debemos confundir los periféricos con los dispositivos de soporte de información, los cuales son medios físicos sobre los que escribe la información, por ejemplo CD, DVD, disquete…

Las unidades funcionales del ordenador y los periféricos se comunican por los buses serie (COM, USB…) y paralelo (LPT1, LPT2). La conexión de éstos al bus del sistema se puede hacer directamente o a través de unos circuitos denominados interfaces. La gran diversidad con características diferenciadas exige la presencia de interfaces especiales para adaptar las características de los periféricos a las del bus del sistema.

Los periféricos pueden clasificarse en las siguientes categorías principales: Periféricos de entrada: captan y digitalizan los datos de ser necesario, introducidos por el usuario o por otro dispositivo y los envían al ordenador para ser procesados.

PERIFÉRICOS Periféricos de salida: son dispositivos que muestran o proyectan información hacia el exterior del ordenador. La mayoría son para informar, alertar, comunicar, proyectar o dar al usuario cierta información, de la misma forma se encargan de convertir los impulsos eléctricos en información legible para el usuario. Sin embargo, no todos de este tipo de periféricos es información para el usuario. Un ejemplo: Impresora.

Periféricos de entrada/salida (E/S): sirven para comunicación de la computadora con el medio externo.

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Periféricos de almacenamiento: son los dispositivos que almacenan datos e información. La memoria de acceso aleatorio no puede ser considerada un periférico de almacenamiento, ya que su memoria es volátil y temporal.

Ejemplos: Disco duro, Memoria flash, Cinta magnética, Memoria portátil, Disquete, Grabadora o lectora de: CD; DVD; Blu-ray; HD-DVD. Periféricos de comunicación: permiten la interacción entre dos o más dispositivos.