ensayo de arquitectura de las computadoras

Alexa Mavely Sanchez Bojorquez
materia: Arquitectura de las computadoras
Maestro: Mario Enrique Osuna Cuen 


Hoy en día, nos resulta impensable considerar una vida sin computadoras, las utilizamos en todo momento para diferentes objetivos, ya sea ocio, trabajo, estudio, para consultar información, comunicación etc. pero en realidad, las computadoras son un invento que se puede considerar “reciente” construidas justamente para eso, el facilitar la vida humana con las distintas problemáticas con los que se pueda enfrentar, por ello, la misma computadora ha sufrido una serie de cambios evolutivos para adaptarse cada vez mejor a las necesidades de las personas.

La ENIAC fue la primera computadora construida con propósitos generales, pesaba aproximadamente 30 toneladas y contaba con una gran cantidad de transistores, pero había un gran problema y es que esta tenía que ser programada manualmente, fue en este punto de la historia cuando Von Neumann dio solución a esta gran problemática automatizando todo el proceso de transferencia de datos de la memoria al procesador, el modelo que utilizó, conocido como “modelo de Von Neumann” (aún utilizado hoy en día) fue implementado por primera vez en la IAS, la primera computadora en utilizar ese sistema de programa almacenado.  

Las computadoras utilizan un lenguaje muy sencillo conformado únicamente por ceros y unos, a éste se le llama binario y al ser algo complejo y tedioso de entender para las personas, se utilizan abstracciones, desde el lenguaje maquina (lenguaje primitivo utilizado por la ENIAC) hasta el lenguaje que los humanos utilizamos para comunicarnos (un lenguaje de alto nivel) en pocas palabras, estas abstracciones nos ayudan a comunicarnos de mejor manera con las computadoras de modo que son entendibles en ambas partes.

Lo que una computadora hace es convertir los datos e instrucciones a forma binaria, es decir, cada carácter o número que se introduce se va convirtiendo en una serie de ceros y unos. Existen diversos sistemas y técnicas para la codificación, el código ASCII es el código estándar estadounidense para el intercambio de información.

Un componente importante en una computadora son las interrupciones, que básicamente, son cambios en el flujo de control de un programa causado por elementos externos ejemplo: una impresora, que nos proporciona una mejor forma de mejorar la eficiencia del procesador. Otro componente que cabe destacar son los buses, un conjunto de “líneas” que conectan las partes más importantes de una computadora: memoria, procesador y dispositivos de e/s que sirve para la transferencia de datos entre módulos. El bus que conecta los componentes más importantes de una computadora es llamado bus de sistema donde cada línea del bus tiene una función específica: línea de datos, línea de dirección, líneas de control y por último, líneas de modo de direccionamiento.

El procesador o CPU (central process until) es uno de los 3 componentes más importantes de una computadora, donde su función principal es el procesar datos y transferirlos a otras partes de la computadora, esa tarea se lleva a cabo mediante la ejecución de instrucciones y son reguladas y sincronizadas por una señal de reloj medida en Hz. El procesador se divide en 3 componentes importantes: unidad de control, unidad de registros y unidad aritmética lógica.

La unidad de control es la que se encarga de ejecutar las instrucciones y de gestionar el correcto funcionamiento de los otros dos componentes del procesador, a pesar de que su función parece sencilla, es en realidad muy complejo el trabajo de sincronización de tareas.

Unidad de registros: la unidad de registros es en realidad una memoria de almacenado temporal muy pequeña ubicada, como ya se mencionó anteriormente, dentro del procesador; es la memoria más pequeña y rápida existente en una computadora, es semiconductora y es imprescindible para el funcionamiento correcto de una computadora ya que la ALU solo trabaja con los registros internos del procesador.

Los registros se pueden clasificar en cuatro tipos diferentes:

·         Registros de propósito general: se encargan del registro de datos y direccionamiento.

·         Registro de instrucción: contiene la instrucción a ejecutar y la dirección de la instrucción siguiente a ejecutar.

·         Registro de acceso a la memoria: se almacena la dirección de memoria a la cual se quiere acceder.

·         Registro de estado y de control: almacena la información generada por la unidad de control.

Unidad aritmética lógica: la unidad aritmética lógica o la “ALU” es la parte del procesador que se encarga de realizar todas las operaciones aritméticas (con números enteros o flotantes) y lógicas (sumas, restas. Multiplicación, etc.). Utilizando el sistema de numeración binario, ya sea representación en signo magnitud o en representación en complemento a dos siendo este considerado mejor porque no surge el problema de que hay dos ceros como en la representación signo magnitud, donde se encuentra un cero positivo y un cero negativo.

Los modos de direccionamiento son técnicas que se utilizan para optimizar el espacio en una instrucción en la memoria principal. El direccionamiento inmediato es cuando el dato cabe perfectamente en la instrucción y no se necesita modificar nada, el modo de direccionamiento inmediato es cuando el dato no cabe como debería en la instrucción, por ello, toma un espacio de la memoria principal, el modo de direccionamiento indirecto se utiliza también cuando el dato no cabe en la instrucción, pero esta vez en lugar de tomar solo un espacio en la memoria, se toman dos y finalmente el modo de direccionamiento de registros que se divide en dos:

Indirecto: cuando el dato no cabe y se toma una parte de la memoria de registros y después se va directamente a la memoria principal

Con desplazamiento: donde el dato se divide en dos, uno se va a la memoria de registros y el otro se va directamente sumándose antes de llegar a la memoria principal.

Otro de los componentes más importantes que conforman una computadora son las memorias que esta pose donde la memoria más pequeña y rápida es la más costosa siendo así que las memorias con más espacio de almacenamiento son más lentas y por ende, más baratas. Estas mismas tienen su propia jerarquía donde en la cabeza van las memorias más rápidas y abajo las de mayor capacidad, siguiendo el orden de: memoria de registros, memoria caché, memoria principal y memoria secundaria, así mismo también se pueden clasificar de distintas maneras, como por el tipo de tecnología que utilizan (semiconductora, óptica y magnética), por su retención de información (volátiles o no volátiles) etc.

Las memorias utilizan algo llamado “principio de localidad de referencia” que dice básicamente: “si una instrucción se va a ejecutar, es muy probable que las instrucciones próximas también lo hagan”. Este principio es realmente útil optimizando el funcionamiento de transferencia de datos de memoria al procesador.

Las memorias semiconductoras son las memorias que utilizan energía eléctrica para funcionar, estas pueden ser volátiles o no. Algunas memorias semiconductoras que se pueden destacar es la SRAM Y DRAM.

La RAM dinámica es reconocida como “memoria principal” y tiene ciertas características especiales que la distinguen de las demás memorias: es volátil, solo necesita un solo transistor, requiere de refrescos constantes, es de acceso aleatorio y es de densidad y capacidad muy alta.

La RAM estática mejor conocida como la memoria caché ocupa de 6 transistores para su funcionamiento, retiene datos siempre que está alimentada por energía eléctrica, es mucho más rápida que la DRAM, es volátil, tiene menor capacidad, entre otras. Otras memorias semiconductoras a destacar son la memoria ROM y flash.

En lo que respecta a las memorias magnéticas, estas funcionan por medio de un cabezal que manipula las de partículas magnéticas en la superficie de los discos, además de utilizar un sistema de almacenado permanente, no es volátil.

Las memorias ópticas utilizan luz láser para leer y escribir bits de datos en la superficie de un disco reflejante, no es volátil y es de acceso secuencial.

Para concluir con las memorias, un tema que también es importante mencionar es el uso de las memorias virtuales para el guardado de datos, que no es más que simplemente tomar una parte de la memoria secundaria como si fuera primaria.

Por último, el último componente importante que conforman las computadoras son los dispositivos de entrada y de salida que proporcionan una forma de intercambiar datos entre el exterior y la computadora por medio de puertos que esta posee, por ejemplo: puerto USB (puerto universal) regulado por un módulo de E/S, donde sus principales funciones son:
1.-coordinar el tráfico entre dispositivos internos y externos.
2.-comunicación con el procesador.
3.-comunicación con los dispositivos.
4.-almacenar temporalmente datos .
5.-detección de errores.

los dispositivos de E/S  se pueden clasificar en tres:

Interacción con humanos: componentes que permiten la comunicación entre computadora y usuario (mouse, teclado, monitor, parlantes, etc.).

Interacción con máquinas: permiten la comunicación con otros equipos (impresoras).

Comunicación: permite la interacción con dispositivos remotos).

Para concluir pienso que este semestre escolar realmente estuvo lleno de información nueva donde pude aprender y conocer partes de la computadoras que ni siquiera tenía idea que existían e incluso a ayudar a eliminar información errónea que ya había creado antes, estoy segura que toda la información recibida en este semestre será realmente útil para mi formación futura como Ing. en software y que formo las bases de mi conocimiento en hardware.