Introducción a la arquitectura de computadores

1. Introducción a la Arquitectura de computadores 1.1. Introducción 1.1.1. Organización y Arquitectura de computadores 1.1.2. Estructura y función del computador 1.2. Evolución de los computadores 1.3. Componentes del computador 1.4. Funcionamiento del computador 1.4.1. Los ciclos de captación y ejecución 1.4.2.Interrupciones

2. Introducción Un computador ejecuta programas que están formados por instrucciones. Con el objetivo de ejecutar cada una de las instrucciones de forma adecuada Dado que las instrucciones se guardan en posiciones consecutivas de  memoria , es necesario que el PC tenga asociado un incrementado que actúe sobre su valor cada vez que se comience a ejecutar una nueva instrucción. Un UCP o procesador, interpreta y lleva a cabo las instrucciones de los programas. El chip más importante de cualquier placa madre es el procesador. Sin el la computadora no podría funcionar. El teclado dispositivo periférico de entrada, que convierte la acción mecánica de pulsar una serie de pulsos eléctricos codificados ,sirven para entrar caracteres alfanuméricos y comandos a una computadora. El ratón o Mouse informático señalador o de entrada, recibe esta denominación por su apariencia .

3. Organización y Arquitectura de computadores La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de 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 (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

4. Estructura y función del computador Un computador se divide fundamentalmente en dos partes: el Hardware y el Software. El hardware es la parte física del computador, la parte tangible; es decir aquello que podemos tocar del computador. El software es la parte lógica del computador, es decir el conjunto de instrucciones que le ordenan al hardware que tarea debe realizar.

5. Estructura y función del computador El Hardware es la parte tangible del computador, aquella que se puede palpar. Los componentes Hardware se refiere a las partes físicas y accesorios complementarios que componen la Unidad Central de Procesamiento (CPU) así como a los dispositivos externos, tales como, monitor, impresora, teclado, mouse, cornetas. Si vemos el computador como una estructura de hardware, notaremos que esta constituido por dispositivos, que clasificaremos según la función que desempeñen. De acuerdo a esta clasificación tendremos: Dispositivos de Entrada. Dispositivos de Salida. Dispositivos de Comunicación. Dispositivos de Almacenamiento. Dispositivos de Cómputo.

6. Evolución de los computadores 1ª Generación (1945 -1955) Sistema operativo: Nadie había oído hablar de los S.O. Tecnología: Tubos de vacío. Introducción de trabajo: A través de tablero de conexiones. Lenguaje: Lenguaje máquina.

7. Evolución de los computadores 2ª Generación (1955 – 1965) Sistema operativo : Monitor para cargar trabajos, ejecutarlos (procesamiento en lotes). FMS (Sistema Monitor Fortran) y IBSYS (IBM 7094). Tecnología : Transistores. Introducción de trabajo: Tarjetas perforadas. Lenguaje : Cobol, Fortran

8. Evolución de los computadores 3ª Generación (1965 – 1975) Sistema operativo: Multiprogramación, tiempo compartido, sistemas en tiempo real OS/360, Multics , UNIX,...). Tecnología: Circuitos integrados, máquinas multipropósito, minicomputadoras. Introducción de trabajo: Tarjetas perforadas, terminales. Lenguaje : Cobol, Fortran.

9. Evolución de los computadores 4ª Generación (1975 – 1990) Sistema operativo : En red, distribuido, ( MacOS , MS-DOS, ...) Tecnología : Circuitos integrados a gran escala, computadora personal, redes de ordenadores. Introducción de trabajo : Terminal

10. Componentes del computador Memoria Principal : se encarga de almacenar temporalmente los programas y los datos necesarios para que un determinado programa pueda ser ejecutado. Está constituida por un conjunto de celdas (palabras) cada una de las cuales puede almacenar una porción de información. Unidad Central de Proceso:  Encargada de realizar los cálculos y transformaciones en los datos , además de coordinar, controlar y/o realizar todas las operaciones del sistema. Cada CPU esta formado por dos componentes principales Unidad de Control:  Controla los componentes del computador para realizar las operaciones necesarias y ejecutar las instrucciones

11. Componentes del computador Unidad Aritmético-Lógica : Realiza todos los cálculos (suma, resta, multiplicación y división) y todas las operaciones lógicas (comparaciones numéricas o alfabéticas) sobre los datos Dispositivos Periféricos:  Son componentes físicos capaces de comunicar información entre el usuario y el computador. Los dispositivos periféricos pueden ser clasificados como: De entrada . Sólo permite la comunicación del usuario con el computador. Entre ellos se tienen. Teclado: Se utiliza para escribir las instrucciones al computador y la información que se desee que éste procese. Se caracteriza por la cantidad y tipos de teclas que posee.

12. Componentes del computador Monitor: Es  una pantalla (tubo de rayos catódicos) conformada por pequeños puntos llamados píxel, los cuales definen la resolución del monitor. Es el dispositivo de salida más usado Impresora: Dispositivo que permite imprimir información almacenada en el computador. Sus principales características son su tipo (de tinta, láser, térmica, impacto) y su velocidad(cantidad de caracteres o páginas por minuto de impresión)

13. Funcionamiento del computador Básicamente cualquier tipo de computadora realiza operaciones de procesamiento de datos, exponiéndolos luego como información. Precisamente, la función primordial de una computadora es llevar a cabo procesos de datos en forma automática, a gran velocidad y sin la intervención humana. Cuando los datos ingresados son ordenados de acuerdo a un esquema lógico, se transforman en información disponible para el usuario. La adquisición de información a partir de datos es la función relevante de una computadora siendo la Informática la ciencia que estudia la obtención de información a través de sistema. Los datos que ingresan a la computadora se procesan por medio de rutinas contenidas en los "programas de aplicación" .

14. Funcionamiento del computador Una computadora está constituida por centenares o miles de complejos dispositivos y circuitos electrónicos adecuadamente integrados, tanto en sus componentes físicos, como en la función de los mismos. Debido a esto para comprender su funcionamiento, dividiremos a la computadora en bloques sin tener en cuenta en esta etapa, los pormenores de la parte electrónica que integra cada uno (método de explicación denominado "caja negra").

15. Funcionamiento del computador El primer módulo de "entrada - salida", identificado con la sigla E/S, es usualmente más conocido por las palabras en ingles Input- Output (I/O). Este módulo que en realidad tiene dos funciones, cuenta en algunos casos con dispositivos que individualmente sólo pueden ser considerados como de entrada (input), o de salida (output), mientras que otros dispositivos permiten ejecutar ambas operaciones (input-output).

16. Los ciclos de captación y ejecución Ciclo de captación: Durante el ciclo de captación o búsqueda, una instrucción se lee de memoria, el PC contiene la dirección de la siguiente instrucción a captar, esta dirección se mueve al MAR y puesta en el bus de direcciones, la unidad de control pide leer la memoria, y el resultado se pone en el bus de datos y copiado en el MBR para después ser movido al IR, mientras tanto, el PC se incrementa en 1, preparación para la siguiente captación.

17. Los ciclos de captación y ejecución E jecución : En él se ejecuta la instrucción. El registro de instrucciones está conectado a un decodificador, que determina cuántos bytes de información adicionales se requieren. Éstos se cargan mediante ciclos de búsqueda, como se indicó con anterioridad.  Cuando la ejecución está completa, la máquina comienza automáticamente el ciclo de búsqueda de la siguiente instrucción del programa. La ejecución es por tanto, una secuencia continua de ciclos de búsqueda y ejecución.

18. Interrupciones E s una señal recibida por el procesador de un ordenador, indicando que debe "interrumpir" el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta situación. Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de un proceso, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de interrupción, la cual, por lo general, no forma parte del programa (generalmente perteneciente al sistema operativo, o al BIOS). Luego de finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecución del programa.

19. Interrupciones Las interrupciones surgen de las necesidades que tienen los dispositivos periféricos de enviar información al procesador principal de un sistema de computación. La primera técnica que se empleó fue que el propio procesador se encargara de sondear ( polling ) los dispositivos cada cierto tiempo para averiguar si tenía pendiente alguna comunicación para él. Este método presentaba el inconveniente de ser muy ineficiente, ya que el procesador constantemente consumía tiempo en realizar todas las instrucciones de sondeo.