PDF de programación - Vision general de la arquitectura del computador

Gestión de Sistemas Operativos

Arquitectura del Computador

Visión General de la Arquitectura del Computador

¿Qué es una computadora?
Una computadora (del latín computare -calcular-), también denominada ordenador o
computador, es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en
información útil. Una computadora es una colección de circuitos integrados y otros
componentes relacionados que puede ejecutar con exactitud, rapidez, y de acuerdo a lo
indicado por un usuario o automáticamente por otro programa, una gran variedad de
secuencias o rutinas de instrucciones que son ordenadas, organizadas y sistematizadas en
función a una amplia gama de aplicaciones prácticas y precisamente determinadas.
La computadora, además de la rutina o programa informático, necesita de datos específicos
(a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en inglés) que deben ser
suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecución, para proporcionar el
producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de "output".
La información puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada, transferida, o
retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s) electrónico(s) local o
remotamente usando diferentes sistemas de telecomunicación, pudiendo ser grabada,
salvada o almacenada en algún tipo de dispositivo o unidad de almacenamiento.

Estructura de una computadora

1. Monitor
2. Placa base
3. Microprocesador
4. Puertos ATA (Advanced Technology
Attachment) controla los dispositivos de
almacenamiento masivo de datos, como los
Discos duros y ATAPI (Advanced Technology
Attachment Packet Interface) y además añade
dispositivos como las unidades CD-ROM.

5. Memoria principal (RAM)
6. Placas de expansión
7. Fuente eléctrica
8. Unidad de almacenamiento óptico
9. Disco duro
10.Teclado
11. Ratón

Ing. Carlos Eduardo Molina C.

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Microprocesador o CPU
Microchip la parte más importante en una computadora, es considerado el "cerebro"
de una computadora. Está constituido por millones de transistores integrados. Este
dispositivo se ubica en un zócalo especial en la placa madre y dispone de un sistema
de enfriamiento (generalmente un ventilador).
Lógicamente funciona como la unidad central de
procesos (CPU), que está constituida por registros, la
unidad de control y la unidad aritmético-lógica. En el
microprocesador se procesan todas las acciones de la
computadora.
Su "velocidad" es medida por la cantidad de
operaciones por segundo que puede realizar.
La frecuencia de reloj se mide en MHz (megahertz) o
gigahertz (GHz).
También dispone de una memoria caché (medida en kilobytes), y un ancho de bus
(medido en bits).
Los principales fabricantes de microprocesadores son AMD e Intel.
Los registros : El procesador necesita para su funcionamiento de ciertas áreas de
almacenamiento, que aquí se llaman registros, y que son de dimensiones mínimas; sin
embargo, tienen la ventaja de su rapidez. Comparados con los accesos a RAM, los de
registro son como mínimo 10 veces más veloces.
Coprocesador Matematico

Los procesadores del tipo 8086 solo podían realizar
operaciones aritméticas con números enteros. Para los
fraccionarios debían utilizar complicados artificios, por lo
que desde el principio se crearon procesadores
específicos para operaciones aritméticas con números
fraccionarios.
Conocidos como coprocesadores de punto flotante o
coprocesadores matemáticos, eran una opción instalable
en un zócalo vacío preparado al efecto en la placa-base, enlazado mediante líneas
especiales con el procesador principal. Estos procesadores aligeraban grandemente
los cálculos en las aplicaciones que eran capaces de sacar partido de su existencia, y
no solo realizaban operaciones de números fraccionarios (de coma flotante), también
operaciones como raíz cuadrada, e implementaban funciones trascendentes como
cálculo del seno, coseno, tangente, arcotangente, logaritmos y exponenciación.
A partir de la introducción del 80486, Intel incorporó el coprocesador matemático junto
con el principal, con lo que su existencia dejó de ser opcional, convirtiéndose en
estándar.

Ing. Carlos Eduardo Molina C.

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Buses
El bus es el camino que une el microprocesador con los demás componentes de
entrada y salida ,es decir que comunica al procesador con las ranuras de expansión
en las que se conectan las tarjetas controladoras de discos flexibles, así como la
tarjeta de video que envía información al monitor. Este mismo camino traslada los
datos entre el procesador y la memoria que reside en la motherboard o tarjeta madre y
también lo comunica con el procesador matemático, en el caso de que este sea
externo y no esté integrado en el chip.
La comunicación con el resto de los componentes la realiza a través de vías de trazo
metálicos en el circuito impreso. Estas líneas de cobre se encuentran en paralelo y la
cantidad dependerá del ancho del bus con el que trabaje el procesador externamente.
Memoria
En informática, dispositivo basado en circuitos que posibilitan el
almacenamiento limitado de información y su posterior recuperación.
Las memorias suelen ser de rápido acceso, y pueden ser volátiles o no
volátiles.
La clasificación principal de memorias son RAM y ROM. Estas memorias
son utilizadas para almacenamiento primario.
Se emplea el término memoria también para llamar a cualquier
dispositivo, circuito o medio de grabación que permite almacenar
información desde una computadora.
Existen memorias de
almacenamiento secundario como los discos duros, discos ópticos, etc.
Tipos de Memoria:

Memoria virtual
Es una técnica de gerencia de memoria, usada por un sistema operativo, donde
memoria no contigua es presentada al software como memoria contigua. Esta
memoria contigua es llamada VAS (virtual address space) o espacio de
dirección virtual.
En términos técnicos, la memoria virtual permite a un software correr en un
espacio de memoria que no necesariamente pertenece a la memoria física de
una computadora. Para esto se debe emular un CPU que trate a toda la
memoria (virtual y principal) como un bloque igual, y determinar cuándo se
requiere de una memoria u otra.
Los programas corriendo en una computadora utilizan esta memoria como si se
tratase de completamente de la memoria RAM. La memoria virtual se utiliza
cuando la memoria principal (RAM) no alcanza, utilizando espacio en disco duro
para extenderla. Generalmente el archivo utilizado para guardar la memoria
virtual es llamado "archivo de paginación" o swap que significa Intercambio.

Ing. Carlos Eduardo Molina C.

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Memoria Caché
Conjunto de datos duplicados de otros originales. La duplicación se basa en
que los datos originales son más costosos de acceder en tiempo con respecto a
la copia en memoria caché.
Cuando se acceder por primera vez a un dato, se copia en el caché, mientras
que los sucesivos accesos se harán directamente en caché, aumentando la
velocidad.
Hay dos tipos de memoria caché en los microprocesadores, las cuales
son:
Caché de 1er nivel ( L1 ):
La memoria cache L1, que significa caché de nivel 1, es un tipo de memoria
pequeña y rápida que está constituida en la unidad de procesamiento central. A
menudo se refiere como caché o caché interno principal, se utiliza para acceder
a datos importantes y de uso frecuente. La memoria L1 es el tipo más rápido y
más caro de caché que está integrado en el equipo.
Caché de 2do nivel ( L2 ):
El caché L2 o de nivel 2 se utiliza para almacenar la información recientemente
visitada. También conocido como cache secundario, está diseñado para reducir
el tiempo necesario para acceder a los datos en los casos en que los datos ya
se han utilizados previamente. La memoria caché L2 también puede reducir el
tiempo de acceso a datos por la amortiguación de los datos que el procesador
está a punto de solicitar de la memoria, así como de instrucciones de programa.
La memoria caché L2 es secundaria a la CPU y es más lenta que la memoria
caché L1, a pesar de ser a menudo mucho más grande. Además, los datos que
se solicitan desde la memoria caché L2 se copian en caché L1. Los datos
solicitados se eliminan de la memoria caché L2 si se trata de un caché
exclusivo, y se quedan allí, si se trata de una caché inclusivo. La memoria
caché L2 es la más unificada, lo que significa que se usa para almacenar los
datos e instrucciones de programas.
Caché de 3er nivel ( L3 ):
La memoria caché L3 o de nivel 3 es una memoria que está integrada en la
placa madre. Se utiliza para alimentar a la memoria caché L2, y generalmente
es más rápida que la memoria principal del sistema, pero todavía más lenta que
la memoria caché L2.

Ing. Carlos Eduardo Molina C.

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Memoria Flash
Tipo de memoria no volátil que suele ser usadas en celulares, cámaras
digitales, PDAs, reproductores portátiles, discos rígidos (disco rígido híbrido),
etc. Pueden borrarse y reescribirse.
Son una evolución de las memorias EEPROM que permiten que múltiples
posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación
mediante impulsos eléctricos. Por esta razón, este tipo de memorias funcionan
a velocidades muy superiores cuando los sistemas emplean lectura y escritura
al mismo tiempo.