Arquitectura del Computador Unidad I: Estructura y Organización del Computador.

Arquitectura del ComputadorArquitectura del Computador

Unidad I: Unidad I: Estructura y Organización Estructura y Organización del Computadordel Computador

Organización del ComputadorOrganización del Computador

El modelo básico de un computador que aún se encuentra vigente fue establecido en 1945 por Von Neumann.

La máquina de Von Neumann es capaz de ejecutar, secuencialmente una serie de órdenes elementales denominadas Instrucciones Máquinas, que deben estar almacenadas en la Memoria Principal para ser leídas y ejecutadas.

Este computador se encuentra organizado en una serie de unidades funcionales, donde cada una de ellas es responsable de la realización de un grupo de tareas especificas. Estas unidades funcionales son:

•Unidad Aritmética y Lógica (ALU)•Unidad de Control (UC)•La Memoria Principal o Central (MC ó MP)•La Unidad de Entrada y Salida (E/S)

Al conjunto de Unidades (Unidad Aritmética y Lógica, Unidad de Control, Los Registros y Actualmente parte de la Memoria , se le denomina Unidad Central de Proceso (UCP) o Procesador y se encuentra encapsulado en un mismo circuito.

Estructura del Computador Tipo Von Neumann Estructura del Computador Tipo Von Neumann

Registros

MEMORIA

ENTRADA

SALIDA

Unidad de Control

Unidad Aritmética y Lógica

PROCESADOR

Los buses permiten la comunicación entre las distintas unidades funcionales, de manera que la información pueda fluir entre ellas, y de esta manera definen los caminos que pueden seguir los datos.

Al conjunto de estos caminos se les conoce como Ruta de Datos.

Buses:Buses:

Unidad Aritmética y Lógica:Unidad Aritmética y Lógica:

El conjunto de circuitos aritméticos y lógicos recibe el nombre de Unidad Aritmética y Lógica (ALU), y realiza operaciones elementales como sumas, restas, productos y sumas lógicas, negaciones y desplazamientos, etc.

Generalmente, opera con datos que están almacenados en los registros internos, y guarda el resultado también en un registro; sin embargo, también es posible que obtenga los datos y lo guarden en memoria. Los circuitos que la integran trabajan a gran velocidad.


Son almacenamientos temporales para aquella información, datos o instrucciones que está siendo utilizada por el CPU, aunque también pueden almacenar información específica del funcionamiento de la máquina. Es por ello que se dice que existen registros de propósito general y de propósito específico.

Los registros cumplen un papel esencial en la arquitectura del computador, ya que el número de bits que un registro es capaz de almacenar define la longitud de la palabra del computador, puesto que cada registro almacena normalmente un único dato o instrucción.

Registros:Registros:

Unidad de Control:Unidad de Control:Es aquella que coordina todas las operaciones que se realizan en el computador, ya sean en el propio procesador, en memoria o en el sistema de entrada /salida. Es por tanto el centro neurálgico de la máquina y genera todas las señales de control necesarias para ejecutar cualquier tareas o instrucciones que forman un programa, así como la atención de las interrupciones.


También llamada memoria central o primaria, está compuesta por un conjunto de unidades de almacenamiento independientes llamadas celdas o puntos de bit; capaces de almacenar un bit.

Estas celdas no suelen accederse individualmente, si no que el acceso se realiza por grupos de tamaño mínimo 8 bits (1 byte u octeto), y en general admiten accesos múltiplos de byte.

Al número de bits que pueden accederse en una operación de memoria, se le denomina ancho o palabra de memoria.

Cada palabra de memoria tiene asignado un número para su identificación, que se le denomina dirección.

Memoria Principal:Memoria Principal:


Organización de una MemoriaOrganización de una Memoria

p bits

n-1

2

1

0

Organización de una Memoria de n x p bits


Memoria Principal:Memoria Principal:La Memoria Principal admite dos tipos de operaciones: lectura y escritura:

• Escritura: almacena un valor en una dirección dada.

• Lectura: recupera el valor más reciente almacenado en esa dirección.

Las operaciones de lectura no son destructivas, es decir, es posible leer muchas veces el mismo valor; a las operaciones de lectura y escritura se les conoce también como operaciones de carga y almacenamiento respectivamente.

Su capacidad o tamaño puede expresarse en bits, octetos o palabras:

• 1 Bytes = 8 bits• 1 Kbyte = 1024 bytes• 1 Megabytes = 1024 Kbyte• 1 Gigabytes = 1024 Megabytes• 1 Terabytes = 1024 Gigabytes


Unidad de Entrada / Salida:Unidad de Entrada / Salida:Es la responsable de la comunicación del computador con el exterior y realiza la trasferencia de información a través de los dispositivos al efecto, denominados periféricos.

Los periféricos más comunes hoy en día son:

• para introducir datos, llamados dispositivos de entrada: teclado, ratón, etc.• para presentar resultados, dispositivos de salida: pantalla, impresora, cornetas, etc.

• para almacenar información, dispositivos de entrada y salida: discos, diskettes, etc.


Interconexión de Bloques Funcionales:Interconexión de Bloques Funcionales:La interconexión de los distintos bloques o unidades funcionales se realiza mediante caminos o buses. Teniendo en cuenta que un bus no es más que un conjunto de líneas que permiten conexionar distintos elementos para intercambiar la información necesaria.

En un bus se encuentran los siguientes tipos de líneas que permiten diferenciar el tipo de información que circula a través de ellas en cada momento:

• Líneas de Direcciones: son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación.• Líneas de Datos: trasmiten los bits, de manera que por lo general un bus tiene un ancho que es potencia de 2.• Líneas de Control: son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos. Entre las mas importantes están las líneas de interrupción, DMA y los indicadores de estado.


Conexión de los Elementos del Computador mediante un Bus:


Estructura y Arquitectura de Computadores:Estructura y Arquitectura de Computadores:Cuando se habla de computadores, es importante distinguir entre la estructura y la arquitectura del computador:

• Arquitectura del Computador: hace referencia a aquellas características visibles por el programados de lenguaje ensamblador, y que por tanto influyen directamente en la forma en la que se ejecuta un programa.

• Estructura del Computador: describe las características de los bloques o unidades funcionales y la forma en que se encuentra interconectados, lo cual es esencial para poder realizar o implementar las especificaciones impuestas por la Arquitectura.


Un ejemplo de ello, lo podemos representar entre los atributos de la Arquitectura, ya que en ellos se define el juego de instrucciones, el número de tipos de datos que admite la máquina y el número de bits necesarios para representarlos, la (as) formas en que se puede direccionar la memoria, y en general aquellos aspectos que influyen directamente en el programador de bajo nivel.

Los atributos de la Estructura se centran en detalles organizativos del hardware que permiten llevar a cabo las decisiones de la Arquitectura y son trasparentes al programador el cual solo tiene constancia de las características de la Arquitectura.

Estructura y Arquitectura de Computadores:Estructura y Arquitectura de Computadores:


Un ejemplo típico y muy ilustrativo es el siguiente: es un atributo de la Arquitectura decidir si el juego de instrucciones del computador incluye o no instrucción de multiplicación; pero si se incluye dicha instrucción es competencia de la Estructura el decidir si existe un circuito multiplicador que soporta directamente la instrucción o por el contrario, la operación se realiza basándose en un mecanismo de sumas acumuladas sobre un circuito sumador.

Estructura y Arquitectura de Computadores:Estructura y Arquitectura de Computadores:

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