PDF de programación - Arquitectura de una Computadora - Capítulo 1

Arquitectura de una Computadora - Capítulo 1

Arquitectura de una Computadora

Introducción

Tal como explicamos en varias obras anteriores, una computadora es un equipo di-
señado para procesar información, de acuerdo a un conjunto de instrucciones llamado
programa. Conceptualmente, una computadora puede ser dividida en tres secciones
principales:

1) Unidad de sistema - Es el bloque en el que se realiza la mayor parte del
trabajo de cómputo. En su interior se localiza la tarjeta principal o tarjeta madre,
a la que van conectadas las tarjetas de interface para la comunicación con los
dispositivos de almacenamiento (que también van en su interior) y los periféri-
cos.

2) Periféricos de entrada de datos - Son aquellos elementos mediante los que
el usuario se comunica con la unidad de sistema e introduce datos e instruccio-
nes. Los más importantes son el teclado y el mouse.

3) Periféricos de salida de datos - Son aquellos dispositivos que permiten al
usuario recibir de manera concreta los resultados del proceso informático, como
son el monitor y la impresora.

A esta organización por bloques o módulos que dependen y se conectan a un blo-
que principal (la tarjeta madre), se le conoce como arquitectura modular, concepto que
toma forma a nivel de estándar con el modelo PC de IBM, según explicaremos más
adelante.

Howard Aiken, en 1940 (un matemático de la Universidad de Harvard), diseñó el
equipo considerado como la primera computadora digital, porque trabajaba con esta-
dos lógicos y presentaba un principio de programación; esto es, la máquina podía
adaptarse a distintas condiciones operativas por medio de instrucciones externas su-
ministradas por el usuario. Sin embargo, se trataba de un rudimentario modelo cons-
truido con partes mecánicas, en el que la secuencia de instrucciones para la resolución
de problemas debía ser alimentada a cada paso mediante un rollo de papel perforado.
En 1945, el mismo Aiken construyó una computadora de programa almacenado, to-
mando como base los conceptos de John Von Neumann, uno de los matemáticos más
notables del siglo. En este nuevo modelo las instrucciones eran almacenadas en una
memoria interna, liberando así a la computadora de las limitaciones de velocidad, re-
solviendo problemas sin tener que reiniciar la operación de la máquina.

El avance de la tecnología, permitió construir la primera computadora electrónica en

La Electrónica de las Computadoras

7

Capítulo 1 - Arquitectura de una Computadora

1946, en la Universidad de Pennsylvania. Esta máquina recibió el nombre de ENIAC,
por las siglas de Electronic Numerical Integrator And Computer, utilizaba 18.000 válvu-
las de vacío y era capaz de efectuar varios cientos de multiplicaciones por minuto, lo
que representaba una velocidad extraordinaria para la época.

El uso del transistor en los años 50, permitió no sólo compactar los diseños de las

computadoras, sino también incrementar su versatilidad lógica.

En los años 60, con el desarrollo de los circuitos integrados, prosiguió esta tenden-
cia hacia la miniaturización, permitiendo el aumento de la velocidad y capacidad infor-
mática. Pero además, esta nueva tecnología permitió incluir en una sola pastilla de si-
licio, los componentes que constituyen el núcleo de una computadora (la unidad lógi-
ca-aritmética, ALU, los registros, los controles de direcciones, el timer, etc., secciones
que originalmente se construían de manera independiente con dispositivos discretos),
así se dio origen al microprocesador.

El primer microprocesador, el 4004, fue introducido en 1971 por Intel y tenía una bus
de datos de 4 bits. Posteriormente surgieron otros dispositivos, como el 8008 y el 8080,
ambos de 8 bits, lanzados exitosamente al mercado por en 1972 y 1973 respectiva-
mente.

Con el microprocesador surgieron las primeras computadoras de tipo personal, con
la introducción del procesador 8080, un dispositivo 10 veces más rápido que el 8008 y
con capacidad de direccionar 64kB de memoria.

MITS introdujo en 1975 un kit que es en la actualidad considerado como la primera
computadora personal: el modelo Altair. Esta pequeña computadora incluía una arqui-
tectura abierta (basada en ranuras o slots) que permitía conectar varios aditamentos y
periféricos de otras marcas.

Hacia 1980 el mundo de las computadoras personales estaba dominado básica-

mente por dos tipos de sistemas:

1) El Apple II, con un gran número de usuarios y una importante base de soft-

ware que crecía rápidamente.

2) Un sistema más sencillo que giraba en torno al original MITS Altair, el cual
se basaba en la filosofía de la compatibilidad, apoyado en slots de expansión y
en el empleo del sistema operativo CP/M. Eran máquinas construidas por varias
compañías y se vendían con diversos nombres, aunque en esencia utilizaban el
mismo software y el mismo hardware interconectable.

En 1981 se presentó la IBM PC (IBM Personal Computer), introduciendo los lengua-
jes y sistemas operativos; concretamente, llegó a un acuerdo con Microsoft, por enton-
ces una pequeña compañía, para incluir su sistema operativo DOS en sus modelos. La
primera IBM PC incluía un microprocesador Intel 8088, con 128kB de RAM (expandi-
bles a 512kB), una unidad de disco flexible de 51/4 pulgadas y 360kB de capacidad.
Luego apareció el estándar tomó el nombre de IBM PC-XT (Personal Computer-Exten-

8

La Electrónica de las Computadoras

Arquitectura de una Computadora - Capítulo 1

ded Technology); sin embargo, también aprovechaba los microprocesadores de 16 bits
y cumplía con la principal virtud de la plataforma: su arquitectura abierta.

La plataforma PC no es la única, pero sí es la predominante por su amplia gama de
aplicaciones, a diferencia de otros formatos como Macintosh, Sun, Amiga, Silicon Grap-
hics, etc.

Descripción de una Computadora

Damos a continuación una explicación sencilla de las distintas partes principales
que conforman una computadora, las cuales iremos desarrollando a lo largo de este li-
bro.

Placa madre, Placa Base o Tarjeta Madre

También se la llama placa principal y es

el circuito impreso que permite la unión
de todos los componentes. Por ella cir-
cula toda la información procesada
por la CPU. En la placa, entre
otras cosas, se encuentran las
siguientes partes:

• Compartimiento para el mi-
croprocesador, que es el lugar
donde se instala el microprocesa-
dor, dependiendo del tipo de chip tendrá
una forma u otra. Las dos técnicas básicas de an-
claje son zócalo y slot o ranura.

• Chipset y/o Controlador de discos. Algunos modelos cuentan

con este circuito que le permite la instalación de discos
IDE o SCSI, dependiendo del circuito que vengan con
su placa base. Normalmente cuenta con tres conec-
tores, dos de los cuales son de 40 pines en los cua-
les se conectan las unidades de disco duro y CD-ROM.
Sólo es posible instalar dos unidades por cada conector.
Hay otro conector de similares características pero un poco
más pequeño, de 32 pines, en el que va conectada la unidad de
disquete.

• Ranura AGP (las viejas no la tienen). Es una ranura, normal-

La Electrónica de las Computadoras

9

Capítulo 1 - Arquitectura de una Computadora

mente de color marrón, en la cual se inserta la tarjeta gráfica arquitectura AGP.

• Ranuras de expansión. Son de formato parecido a la ranura AGP, las hay de dos
tipos, ISA y PCI. Las ISA son más grandes y las placas actuales sólo cuentan con una
o dos. Suelen ser de color negro.

Las PCI son algo más pequeñas y habitualmente de color blanco. En ellas se colo-

can las tarjetas de expansión (tarjetas de video o de sonido, placas de red, etc.).

La diferencia funcional entre ISA y PCI es que estas últimas trabajan con 64 bits,
mientras que las primeras lo hacen con 16, además, las ranuras PCI son autoconfigu-
rables (plug and play) y las ISA necesitan configuración manual.

• Zócalos de memoria. Sobre estas ranuras se instalan los módulos de memoria
RAM. Dependiendo de la velocidad de la placa, 100, 133MHz, etc. se podrá instalar me-
moria de un tipo u otro. Las memorias de 133MHz funcionan en las placas de 100MHz,
pero no al contrario.

• Otros componentes: En la placa madre existe gran cantidad de componentes que
iremos describiendo en el capítulo escrito para tal fin, pero no podemos dejar de men-
cionar a la memoria BIOS que es la encargada de hacer “arrancar” al microprocesador
para que la computadora cargue el sistema operativo que le permita funcionar.

Memoria Ram

Es la encargada de almacenar los datos y programas que se están utilizando en ca-
da momento mientras la computadora está encendida. El usuario no tiene control real
sobre la memoria ya que su administración es función del sistema operativo.

La memoria es un espacio de almacenamiento temporal gestionado por el mi-
croprocesador. Los datos contenidos en ella desaparecen cada vez que se apa-
ga el equipo, a diferencia de lo
que ocurre con el disco rígido en
el cual la información almacenada
es gestionada por el usuario y
permanece por más que se quite
la alimentación a la computadora.

Las memorias se disponen en
“barras” o módulos que contiene una
serie de chips y van encajados per-
pendicularmente en los zócalos o ba-
ses de la placa madre. Hay varios ti-
pos de memoria y no todos son com-
patibles con todas las placas.

10

La Electrónica de las Computadoras

Arquitectura de una Computadora - Capítulo 1

Fuente de Poder

Es la encargada de suministrar las diferen-

tes tensiones para el funcionamiento de los
elementos conectados a la placa madre
(2,8V, 3V, 12V, 15V, etc.).

La fuente de alimentación tiene un co-
nector en la cara que asoma por la parte
posterior del PC para enchufar el cable de
alimentación y un interruptor que permite
encender o apagar totalmente el equipo. El cable
que sale de la fuente que tiene el conector más grande, con dos
hileras de 10 pines cada una, se conecta a la placa base. Los otros conect