Publicado el 19 de Junio del 2019
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Creado hace 9a (28/01/2015)
El computador
Miquel Albert Orenga
Gerard Enrique Manonellas
PID_00218264
CC-BY-SA • PID_00218264
El computador
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Índice
El computador
Introducción...............................................................................................
Objetivos.......................................................................................................
1. El computador....................................................................................
1.1. Arquitectura y organización del computador .............................
1.2.
Tipos de arquitecturas .................................................................
2. Arquitectura Von Neumann............................................................
2.1.
Procesador ....................................................................................
2.2. Memoria y unidades de E/S ........................................................
2.3.
Sistema de interconexión ............................................................
3. Arquitectura Harvard.......................................................................
3.1. Microcontroladores .....................................................................
3.1.1.
Estructura de un microcontrolador ...............................
3.1.2. Organización de la unidad de proceso ..........................
3.1.3. Dispositivos de E/S y recursos auxiliares .......................
Procesador de señales digitales ...................................................
3.2.1. Organización de un DSP ...............................................
3.2.
4. Evolución de los computadores.....................................................
Evolución del procesador ............................................................
4.1.
Evolución del sistema de memoria .............................................
4.2.
Evolución del sistema de interconexión .....................................
4.3.
4.4.
Evolución del sistema de E/S ......................................................
4.5. Microprocesadores multinúcleo ..................................................
Resumen.......................................................................................................
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Introducción
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El computador
En este módulo se describe el concepto de computador y también su organiza-
ción interna, los elementos que forman parte de él, el funcionamiento general
que tienen y cómo se interconectan.
Se explican los dos tipos de organizaciones principales, Von Neumann y Har-
vard, y se ven cuáles son las características de cada una de estas organizaciones.
Asimismo, se presentan los dos tipos de computadores que utilizan habitual-
mente arquitectura Harvard:
•
•
Los microcontroladores.
Los procesadores digitales de señales (DSP).
Finalmente, se realiza una explicación breve sobre la evolución de los compu-
tadores desde las primeras máquinas electrónicas de cálculo hasta los compu-
tadores actuales, y se muestra la organización de los microprocesadores mul-
tinúcleo.
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Objetivos
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El computador
Con el estudio de este módulo se pretende que el estudiante alcance los obje-
tivos siguientes:
1. Entender el concepto de computador.
2. Conocer los dos tipos de organizaciones de un computador más habitua-
les: Von Neumann y Harvard.
3. Conocer la estructura de las dos aplicaciones más habituales de la arqui-
tectura Harvard: microcontroladores y DSP.
4. Conocer de manera general cómo ha evolucionado el concepto y la estruc-
tura del computador a lo largo del tiempo.
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1. El computador
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El computador
Un computador se puede definir como una máquina electrónica capaz
de hacer las tareas siguientes:
• Aceptar información.
• Almacenarla.
•
•
Procesarla según un conjunto de instrucciones.
Producir y proporcionar unos resultados.
Un computador dispone de tres componentes principales para efectuar las ta-
reas descritas anteriormente:
1) Unidades de E/S para aceptar información y comunicar los resultados.
2) Un procesador para procesar la información.
3) Una memoria para almacenar la información y las instrucciones.
Es necesario un cuarto componente que conecte entre sí el resto de los compo-
nentes: un sistema de interconexión que permita mover la información entre
los tres componentes del computador.
Resumimos a continuación las tareas que debe realizar cada uno de los com-
ponentes del computador:
•
Procesador: se encarga de gestionar y controlar las operaciones del compu-
tador.
• Memoria: almacena información (los programas y los datos necesarios pa-
ra ejecutarlos).
•
•
SistemadeE/S: transfiere los datos entre el computador y los dispositivos
externos, permite comunicarse con los usuarios del computador, introdu-
ciendo información y presentando resultados, y también permite comu-
nicarse con otros computadores.
Sistemadeinterconexión: proporciona los mecanismos necesarios para
interconectar todos los componentes.
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El computador
1.1. Arquitectura y organización del computador
La arquitectura y la organización del computador son conceptos que habitual-
mente se confunden o se utilizan de manera indistinta, aunque según la ma-
yoría de los autores tienen significados diferentes. Es interesante dejar claros
los dos conceptos.
La arquitecturadelcomputador hace referencia al conjunto de ele-
mentos del computador que son visibles desde el punto de vista del
programador de ensamblador.
Los elementos habituales asociados a la arquitectura del computador son los
siguientes:
Juego de instrucciones y modos de direccionamiento del computador.
Tipos y formatos de los operandos.
•
•
• Mapa de memoria y de E/S.
• Modelos de ejecución.
Ved también
Estos conceptos se estudian en
el módulo "Juego de instruc-
ciones".
La organizaciónoestructuradelcomputador se refiere a las unida-
des funcionales del computador y al modo como están interconectadas.
Describe un conjunto de elementos que son transparentes al programa-
dor.
Los elementos habituales asociados a la organización o estructura del compu-
tador son los siguientes:
•
•
•
Sistemas de interconexión y de control.
Interfaz entre el computador y los periféricos.
Tecnologías utilizadas.
Teniendo en cuenta esta diferencia, podemos tener computadores con una
organización diferente, pero que comparten la misma arquitectura.
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El computador
Por ejemplo, los microprocesadores Intel64 tienen una organización diferente
de los microprocesadores AMD64, sin embargo, comparten una misma arqui-
tectura (excepto ciertas diferencias), la arquitectura que se denomina x86-64.
1.2. Tipos de arquitecturas
Aunque hablamos de conceptos de organización de los computadores, se man-
tiene tradicionalmente el término de arquitectura para distinguir los dos tipos
de organización más habituales: la arquitectura Von Neumann y la arquitec-
tura Harvard.
Se puede decir que la mayoría de los computadores actuales utilizan la arqui-
tectura Von Neumann, o una arquitectura Von Neumann modificada, ya que
a medida que los computadores han evolucionado se le ha añadido a esta ca-
racterísticas procedentes de la arquitectura Harvard.
La diferencia principal entre las dos arquitecturas se encuentra en el ma-
pa de memoria: mientras que en la arquitectura Von Neumann hay un
único espacio de memoria para datos y para instrucciones, en la arqui-
tectura Harvard hay dos espacios de memoria separados: un espacio de
memoria para los datos y un espacio de memoria para las instrucciones.
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El computador
2. Arquitectura Von Neumann
Como ya se ha comentado en la descripción de un computador hecha en el
apartado 1 del módulo, un computador está compuesto por los elementos si-
guientes: un procesador, una memoria, unidades de E/S y un sistema de inter-
conexión. Todos estos elementos están presentes en la arquitectura Von Neu-
mann.
En una máquina Von Neumann, la manera de procesar la información se es-
pecifica mediante un programa y un conjunto de datos que están almacena-
dos en la memoria principal.
Los programas están formados por instrucciones simples, denominadas ins-
trucciones máquina. Estas instrucciones son básicamente de los tipos siguientes:
•
Transferencia de datos (mover un dato de una localización a otra).
• Aritméticas (suma, resta, multiplicación, división).
•
•
Lógicas (AND, OR, XOR, NOT).
Ruptura de secuencia (salto incondicional, salto condicional, etc.).
La arquitectura Von Neumann se basa en tres propiedades:
1) Hay un único espacio de memoria de lectura y escritura, que contiene las
instrucciones y los datos necesarios.
2) El contenido de la memoria es accesible por posición, independientemente
de que se acceda a datos o a instrucciones.
3) La ejecución de las instrucciones se produce de manera secuencial: después
de ejecutar una instrucción se ejecuta la instrucción siguiente que hay en la
memoria principal, pero se puede romper la secuencia de ejecución utilizando
instrucciones de ruptura de secuencia.
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El computador
El objetivo de la arquitectura Von Neumann es construir un sistema fle-
xible que permita resolver diferentes tipos de problemas. Para conseguir
esta
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