Revista sobre la Arquitectura del Computador

República Bolivariana de Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior Instituto Universitario Politécnico “SANTIAGO MARIÑO” Sede – Barcelona, Anzoátegui Escuela de Ingeniería de Sistemas (47) Asignatura: Sistemas Operativos I

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR Profesor: Ing. Johnny Herrera

Participante: Mauricio Mejías C.I: V-28.686.970

Barcelona, Junio de 2022

Indice

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Arquitectura del Computador En términos simples, una computadora es un dispositivo que procesa datos y los convierte en información útil para las personas. Cualquier computadora (sin importar su tipo) se controla con instrucciones programadas, las cuales le dan a la máquina un propósito y le dicen lo que debe hacer.

La arquitectura de computadoras abarca un conjunto de

Esta parte comienza con la revisión de los componentes

ideas centrales aplicables al diseño o comprensión de de hardware usados en el diseño de circuitos digitales y virtualmente cualquier computadora digital, desde los más subsistemas. pequeños sistemas anidados hasta las más grandes supercomputadoras. La arquitectura de computadoras no es sólo para diseñadores de computadoras; incluso los simples usuarios se benefician de un firme asidero de las ideas centrales y de una apreciación de los conceptos más avanzados en este campo.

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Organización física de un computador Los dispositivos de hardware de una computadora corresponden a una de cuatro categorías: 1. Procesador 2. Memoria 3. Entrada y Salida 4. Almacenamiento.

Dispositivos de procesamiento El procesador: Es como el cerebro de la computadora;

organiza

y

lleva

a

cabo

instrucciones que pueden provenir del usuario o software. En una computadora personal, el procesador normalmente consiste en uno o más circuitos integrados especializados, llamados microprocesadores (algunas veces llamados chips) los cuales son hendiduras de silicón, u

En la mayoría de las computadoras personales,

otro material, que están grabadas con muchos

numerosos dispositivos internos (por ejemplo, tarjetas

circuitos electrónicos pequeños. Para procesar

de video, tarjetas de sonido, controladores de disco y

datos o llevar a cabo la instrucción de un usuario

otros dispositivos) se alojan en sus propias tarjetas de

o

circuitos, las cuales son más pequeñas y se acoplan a

programa,

la

computadora

deja

pasar

electricidad a través de los circuitos.

la tarjeta m adre. En muchas computadoras nuevas, estos dispositivos están montados directamente en la

Como se muestra en la imagen, el

tarjeta madre.

microprocesador está acoplado a la tarjeta madre de la computadora. La tarjeta madre es una tarjeta rectangular rígida que contiene un sistema de circuitos que conecta al procesador con el otro hardware. La tarjeta m adre es un ejemplo de una tarjeta de circuitos.

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Dispositivos de Memoria En una computadora, la memoria es uno o más conjuntos de chips que almacenan datos o instrucciones de programas, ya sea de forma temporal o permanente. Las computadoras personales utilizan varios tipos diferentes de memoria, pero los dos más importantes se conocen como memoria de acceso aleatorio y memoria de sólo lectura.

Memoria de acceso aleatorio El tipo más común de memoria se conoce como memoria de acceso aleatorio (RAM). La RAM es como un bloc de notas electrónico dentro de la computadora que aloja datos e instrucciones de programas mientras el CPU trabaja con ellas. Cuando se inicia un programa, se carga y ejecuta desde la memoria. A medida que el programa necesite datos, éstos se van cargando con la memoria para proporcionar un acceso

rápido.

Mientras

introduce

más

datos

en

la

computadora también se almacenan en la memoria, pero sólo temporalmente. Los datos se escriben y también se leen desde esta memoria.

Memoria de solo lectura A diferencia de la RAM, la memoria de sólo lectura (ROM) almacena permanentemente sus datos, incluso cuando se apaga la computadora. La ROM se conoce como memoria no volátil, debido a que nunca pierde su contenido. La ROM contiene instrucciones que la computadora necesita para funcionar. Siempre que la computadora está encendida, revisa la memoria ROM para obtener instrucciones que le ayudan a iniciar y le proporcionan información sobre sus dispositivos de hardware.

Por otro lado también nos encontramos la memoria cache Es una memoria que se sitúa entre la RAM y el procesador del ordenador, y que acelera el intercambio de datos. Este tipo de memoria, que suele pasar desapercibida para el usuario corriente, hace que los procesos en el ordenador se ejecuten más rápido. De esta forma evita, por ejemplo, que el procesador tenga que esperar. El tamaño de la memoria caché, que está organizada por niveles, es mucho menor que el de la RAM. -

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Dispositivos de Entrada y Salida Una computadora personal sería inútil si no pudiera interactuar con ella debido a que la máquina no pudiera recibir instrucciones o mostrar los resultados de su trabajo. .

Dispositivos de Entrada Los dispositivos de entrada aceptan datos e instrucciones del usuario o de otro sistema de cómputo (por ejemplo, una computadora en Internet). Los dispositivos de entrada más comunes son: 1.Teclado:

Dispositivo

que

permite

introducir

información a la computadora, el cual acepta letras, números y comandos del usuario.

2.Mouse o Ratón: Permite seleccionar opciones de menús en la pantalla. Puede utilizar un mouse moviéndolo a lo largo de una superficie plana y presionando sus botones.

3.El TrackBall y el touchpad: Son variaciones del mouse y le permiten dibujar o señalar objetos en la pantalla.

4.Escáner: Puede copiar una página impresa de texto o imagen en la memoria de la computadora, liberándolo de la tarea de copiar los datos desde el principio.

5.Cámara digital o Webcam: Graba imágenes fijas que

pueden

ser

vistas

y

editadas

en

una

computadora

6.Micrófono: Le permite capturar el sonido de su voz o música en forma de datos.

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Dispositivos de Salida Los dispositivos de salida devuelven los datos procesados al usuario o a otro sistema de computadora.

Los dispositivos de salidas más comunes son:

1.Monitor: Es el principal dispositivo de salida, que muestra datos o información a todos los usuarios.

2.Impresora: Es un dispositivo periférico de salida del ordenador que permite producir una gama permanente de textos o gráficos de documentos almacenados

en

un

formato

electrónico,

imprimiéndolos en medios físicos, normalmente en papel, utilizando cartuchos de tinta o tecnología láser (con tóner).

3.Bocinas: Son dispositivos externos de salida de audio,

también

conocidos

como

altavoces

o

parlantes. Permiten reproducir pistas de música o cualquier tipo de audio desde tu ordenador y escucharlo en las bocinas.

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Dispositivos de Almacenamiento Una computadora puede funcionar utilizando únicamente la capacidad de procesamiento, memoria, dispositivos de entrada y de salida. Sin embargo, para ser realmente útil, una computadora también requiere de un lugar en el cual pueda colocar los archivos de programa y los datos relacionados cuando éstos no están en uso. El propósito del almacenamiento es guardar datos permanentemente, incluso cuando la computadora está apagada Existen dos tipos principales de dispositivos de almacenamiento: el magnético y el óptico.

Almacenamiento magnético

Almacenamiento óptico

Existen muchos tipos de almacenamiento de

Además del almacenamiento magnético, casi

computadoras, pero el más común es el disco

todas

magnético. Un disco es un objeto redondo y plano

actualmente incluyen al menos una forma de

que gira alrededor de su centro.

almacenamiento óptico: dispositivos que utilizan

las

computadoras

que

se

venden

rayos láser para leer datos desde la superficie La mayoría de las computadoras personales cuentan con al menos un disco duro no removible

reflectora de un disco óptico o para escribir datos sobre ella.

(o disco fijo). Además, también existe una unidad de discos flexibles, la cual le permite utilizar

1. CD-ROM: Es el tipo más común de dispositivo

disquetes removibles (o discos flexibles). El disco

de

duro funciona como el archivero principal de la

compactos (CD) son un tipo de dispositivo de

computadora debido a que puede almacenar

almacenamiento óptico, idéntico a los CD de

muchos más daros de los que puede contener un

audio.

almacenamiento

óptico.

Los

discos

disquete; éstos se utilizan para cargar daros en el

2. CD-R: Puede escribir datos en un disco

disco duro, intercambiar datos con otros usuarios

compacto y leer datos desde él. Para utilizar

y hacer copias de respaldo de los datos que están

una unidad CD-R, debe utilizar discos CD-R

en el disco duro.

especiales, en los cuales sólo se puede escribir una sola vez, o discos CD regrabables en los cuales se puede escribir múltiples veces, al igual que en un disco flexible.

3. DVD: Una tecnología de almacenamiento de datos que cada vez es más popular es el disco de video digital, el cual está revolucionando el mundo del entretenimiento para el hogar.

Mediante el uso de tecnologías sofisticadas de compresión, un solo DVD puede almacenar una película de larga duración completa. Los DVD pueden alojar un mínimo de 4.7 GB de datos y un máximo de 17 GB.

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Arquitectura Von Neumann La arquitectura de Von Neumann es el diseño de las computadoras que utilizamos actualmente, que describe un computador u ordenador con 4 secciones principales que se encuentran interconectadas por un conjunto de cables, un enlace común.

El nombre “arquitectura de Von Neumann” se le

Las secciones principales que constituyen a una

dio gracias a los aportes del Matemático John Von

computadora con arquitectura Von Neumann son:

Neumann, que propuso el concepto de programa almacenado. Escribiendo un documento llamado First Draft of a Report on the EDVAC (1945) que fue redactado en vistas a la construcción del sucesor de la computadora ENIAC, y su contenido fue

desarrollado

por

Presper

Eckert,

John

Mauchly, Arthur Burks, y otros durante varios meses antes de que Von Neumann redactara el 1. La unidad aritmético-lógica o alu: Es el

borrador del informe.

dispositivo digital encargado de efectuar las Las

computadoras

con

arquitectura

operaciones aritméticas y lógicas en los

Von

microprocesadores.

Neumann se realizan a partir de tres conceptos

2. La unidad de control: Es el dispositivo

claves, que son:

encargado de activar o desactivar los diversos componentes del microprocesador.

1. Los datos y las instrucciones se almacenan en

3. La

una sola memoria de lectura - escritura.

2. Los

contenidos

direccionan

de

indicando

memoria:

Son

circuitos

integrados

esta

memoria

se

capaces de almacenar información digital, a

su

posición,

sin

los que tiene acceso el microprocesador del equipo de computación.

considerar el tipo de dato contenido en la

4. Un dispositivo de entrada/salida:

misma.

3. La ejecución se produce siguiendo una

Entrada: Son los que envían información a la

secuencia de instrucción tras instrucción (a no

unidad de procesamiento, en código binario.

ser

Ejemplos: Teclados, sensores

que

dicha

instrucción

se

modifique

Salida: Son los dispositivos que reciben

explícitamente)

información que es procesada por la CPU y la reproducen para que sea perceptible para la persona. Ejemplo: Monitores.

Nota: Todos ellos unidos por Buses de Datos -

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Centro de procesamiento Placa Principal

También llamado Tarjeta Madre o Placa Base, es el elemento principal de todo computador en el que se encuentran o al que se conectan todos los demás dispositivos físicos.

Se trata de una lámina de material sintético sobre la cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos que se encuentran conectados sobre ella, los principales son: El microprocesador, conectado en un elemento llamado socket.

La memoria, que suele venir en forma de módulos.

Los slots o ranuras de expansión.

Diversos chips como por ejemplo la BIOS.

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Unidad Central de Procesos (CPU)

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Registros

CPU son las siglas de Central Processing

Es un conjunto de circuitos, el cual permite

Unit, lo que traducido significa Unidad Central

guardar información en una cantidad limitada

de Procesamiento. A la CPU se la suele

de bits. Los registros se usan como medios de

llamar coloquialmente como microprocesador

almacenamiento de datos en los distintos

o

controladores, siendo el microprocesador, el

simplemente

procesador,

y

puedes

considerarla como el cerebro de cualquier

que

más

lo

utiliza,

tomando

nombres

dispositivo. Se encarga de procesar todas las

particulares de acuerdo con la función que

instrucciones del dispositivo, leyendo las

desempeña internamente.

órdenes y requisitos del sistema operativo, así como las instrucciones de cada uno de los componentes y las aplicaciones.

Bus Un bus es una ruta entre los componentes de una computadora. Existen dos buses principales en una computadora: el bus interno (o del sistema) y el bus externo (o de expansión).

El bus del sistema reside en la tarjeta madre y conecta al CPU con otros dispositivos que se alojan en la tarjeta madre.

Un bus de expansión conecta dispositivos externos, como el teclado, mouse, módem, impresora y otros, con el CPU.

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Funcionamiento Interno de un Computador El gabinete de una computadora personal es un verdadero centro de procesamiento de información que: Recibe datos del exterior a través de los periféricos de entrada; los procesa mediante el microprocesador; los almacena en dispositivos de almacenamiento, y los envía al exterior a través de los periféricos de salida.

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Instrucciones 1.Entrada: La información ingresa al gabinete a través de las conexiones o puertos, o de medios de almacenamiento. Por ejemplo: suponga que, usando un procesador de texto (un programa), abren un texto (información) que tienen almacenada en un disquete.

2.Distribución: La información se distribuye dentro del gabinete a través de los circuitos de la placa madre y de los buses de datos. La mayor parte de la información pasa a la memoria RAM, y de allí al microprocesador. Siguiendo, con el ejemplo, el texto viaja por el bus de datos del disquete a la memoria RAM, y de allí al microprocesador.

3.Procesamiento: El microprocesador extrae los datos de la memoria y los modifica siguiendo una serie de instrucciones dadas por un programa. Por ejemplo: cuando seleccionan una palabra y la pasan a negrita, esa es una instrucción (cambiar a negrita) que el procesador de textos (el programa) le da al microprocesador. Este extrae la palabra del texto, la modifica y la vuelve a grabar modificada. Como esta memoria es muy rápida, la modificación se ve inmediatamente reflejada en el monitor, pero aun no fue almacenada en el disquete o en el disco rígido, de modo que si interrumpe el suministro de energía eléctrica perderán la información dicha modificación.

4.Almacenamiento: Existen dos tipos de almacenamiento de la información: El almacenamiento temporal, que se efectúa en la memoria RAM mientras se realiza el procesamiento.

El almacenamiento permanente, que se efectúa en un dispositivo de almacenamiento cuando se termina parcial o totalmente el procesamiento. Por ejemplo: si están escribiendo un informe de tres páginas, pueden grabarlo en el disco rígido.

5. Salida: Tiene que ver con cómo se visualizan o perciben los resultados del procesamiento. Hay dos clases de salida: La salida de tiempo real, es decir, a medida que se realiza el procesamiento.

La salida final, cuando termino el procesamiento. Por ejemplo, ver en el monitor las palabras que van escribiendo (tiempo real) y la impresión del informe terminado (salida final).

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Micro Operaciones Como ya sabemos, ejecutar un programa consiste en ejecutar una secuencia de instrucciones, y cada instrucción se lleva a cabo mediante un ciclo de ejecución que consta de las fases principales siguientes: 1. Lectura de la instrucción.

2. Lectura de los operandos fuente.

3. Ejecución de la instrucción y almacenamiento del operando de destino.

4. Comprobación de interrupciones.

Cada una de las operaciones que hacemos durante la ejecución de una instrucción la denominamos microoperación, y estas microoperaciones son la base para diseñar la unidad de control.

Tipos de micro operaciones La función básica de las microoperaciones es la transferencia de información de un lugar del computador a otro, generalmente de un registro a otro, tanto si son internos al procesador como externos.

Este proceso de transferencia puede implicar solo mover la información pero también transformarla.

Identificamos tres tipos básicos de microoperaciones: Transferencia interna: Operaciones de transferencia entre registros internos del procesador.

Transferencia interna con transformación: Operaciones aritméticas o lógicas utilizando registros internos del procesador.

Transferencia externa: Operaciones de transferencia entre registros internos del procesador y registros externos al procesador o módulos externos al procesador (como el bus del sistema o la memoria principal).

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Bibliografía https://www.fing.edu.uy/tecnoinf/mvd/cursos/arqcomp/m aterial/teo/arq-teo05.pdf https://sites.google.com/site/tecnohernancardozo/organi sacion-fisica-del-computador https://hardzone.es/tutoriales/rendimiento/vonneumann-limitaciones/ https://es.wikipedia.org/wiki/Placa_base https://www.profesionalreview.com/2019/11/18/registros -del-procesador/ https://es.slideshare.net/LeonardoGranda/funcionamient o-interno-del-computador

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