Organización Interna
del Computador
La operación de la mayoría de los sistemas de computación,
incluyendo los IBM PCs y compatibles, están basados en un sencillo concepto:
almacenar instrucciones y datos en memoria y usar el CPU para ejecutar
repetitivamente estas instrucciones y manipular la información almacenada. Las
computadoras basadas en este principio son conocidas como máquinas de Von
Neumann. De esto se deduce, que el CPU y la memoria son los componentes más
importantes de un computador.
En un computador, usualmente vamos a encontrar dos tipos de
memoria: memoria de acceso al azar (RAM) la cual permite operaciones de
escritura y lectura en cualquier posición de la misma, y memoria de sólo
lectura (ROM), la cual contiene información que puede ser leída pero no
alterada. La ROM es usada para almacenar rutinas de bajo nivel diseñadas para
la ejecución de tareas específicas, tales como el manejo de los dispositivos de
E/S. La RAM es usada por el sistema operativo y los programas del usuario.
El sistema operativo es un componente crucial en un sistema.
Este programa se encarga de cargar y ejecutar otros programas, proveer acceso a los archivos del
sistema, controlar los periféricos e interactuar con el usuario. El sistema
operativo es quien le da a un sistema su personalidad. El MS-DOS, UNIX y OS/2
son ejemplos de sistemas operativos para la familia de PCs.
Los componentes del hardware de un sistema están
interconectados. El CPU, la memoria y los dispositivos de E/S están unidos por
un conjunto de conductores llamados buses. El propósito de cada conductor está
claramente definido. Los buses establecen estándares acerca de los niveles y
sincronización de las señales, que son entendidos por el CPU y la circuitería
de soporte. Los buses puede ser divididos según su propósito en tres: bus de dato,
bus de direcciones y bus de control.
Arquitectura
fundamental de un computador.
Arquitectura
fundamental de un computador.
Unidad Central de
Procesamiento.
La CPU es quien crea y controla el flujo de datos, que
circula por el computador a partir de las instrucciones recibidas de la
memoria, que sirven para indicar las operaciones o tratamiento a realizar sobre
los datos recibidos desde el exterior o previamente almacenados en la memoria.
La misma consta de dos partes: la Unidad de Control y la Unidad
Aritmético-Lógica (ALU).
Unidad de Control.
La Unidad de Control recibe secuencialmente las
instrucciones desde la memoria, a través del bus de datos, almacenándolas en el
registro de instrucciones (IR). Desde IR las instrucciones pasan al
decodificador de instrucciones, el cual se encarga de interpretarlas y producir
una serie de impulsos de gobierno y control.
Estos impulsos regulan a los elementos de la máquina, que
participan en la ejecución de la instrucción.
La Unidad de Control, además de descodificar las
instrucciones y de generar los impulsos de control, incrementa sincrónicamente
un contador, llamado contador de programa (PC) cada vez que se ejecuta una
instrucción, con objeto de que quede señalando a la siguiente instrucción.
Estructura interna de
la Unidad de Control.
Unidad
aritmético-lógica.
La Unidad
aritmético-lógica (ALU) es la encargada del procesamiento lógico y
aritmético de los datos, según el carácter que determine cada instrucción.
Esquema interno de la
Unidad Aritmético-Lógica.
Memoria.
El programa o secuencia de instrucciones, que debe seguir la
máquina para realizar el procesamiento de los datos, está almacenado en una
parte de la memoria, denominada memoria
o segmento de instrucciones para diferenciarla del resto de la misma, que se emplea
para guardar datos y resultados en forma temporal.
La información, que recibe la memoria a través del bus de
direcciones, es un conjunto de bits lógicos, tantos como líneas tenga el bus,
que seleccionan la posición de memoria a la que se accede. El decodificador de
direcciones se encarga de elegir una posición de la matriz de la memoria,
descodificando la información que ha llegado por el bus de direcciones. Como generalmente
la memoria está constituida físicamente por mas de un chip, será tarea del decodificador
de direcciones habilitar al chip correspondiente. En una computadora
encontraremos dos tipos de memoria: de sólo lectura (ROM) y de acceso al azar
(RAM).
Memoria ROM.
La memoria ROM (Read
Only Memory) o memoria de sólo lectura también permite el acceso directo a cada
uno de los elementos que la componen, pero la información en ella contenida
puede ser leída pero no alterada. Debido a que conserva la información, aún en
el caso de ausencia de energía, se usa para almacenar las rutinas de mas bajo
nivel, que sirven para el arranque del sistema.
Memoria RAM.
La memoria RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso al
azar debe su nombre al hecho de permitir el acceso a cualquiera de las
localidades de memoria en forma directa, en contraste con las memorias de
acceso secuencial en las cuales para acceder al N-ésimo elemento, era necesario
acceder previamente a los N-1 elementos anteriores; pero su característica más
importante es la de que la información contenida en cada una de las localidades
puede ser leída y/o alterada. En ella se va a almacenar, por lo tanto, el
sistema operativo y los programas del usuario, así como la información temporal
que estos manejen. A la memoria RAM se le suele llamar memoria volátil, por el
hecho de que la información en ellas almacenada, se pierde en ausencia de
energía.
Periféricos.
Son los encargados de enviar y/o recoger información del
mundo externo a la computadora e intercambiarla con la unidad central de
procesamiento a través de la unidad de entradas y salidas.
Buses.
Los buses no son más que los conductores que interconectan
cada una de la partes que componen al computador. A través de ellos viaja
información que según su función permite clasificarlos en tres tipos: bus de
Datos, bus de Direcciones y bus de Control.
Bus de datos.
El bus de datos se encarga de transferir información entre
el CPU, la memoria y los periféricos. Es bidireccional, ya que la
información puede fluir en ambos
sentidos, es decir, desde o hacia el microprocesador.
Bus de direcciones.
El bus de direcciones permite seleccionar la localidad de
memoria o el periférico que el CPU desea accesar. Este bus es unidireccional ya
que la información a través de él siempre fluye desde el microprocesador.
Bus de control.
En el Bus de Control se encuentran las diferentes señales
encargadas de la sincronización y control del sistema. Su naturaleza es
unidireccional aun cuando existen señales que salen del microprocesador así
como otras que entran al microprocesador. Ejemplos de las señales de control
son:
WR (escritura)
RD (lectura)
WAIT (espera)
READY (listo), etc.
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