2.1. Estructuras funcionales de las computadoras

Parte 2.

2.1. Estructuras funcionales de las computadoras.

         El funcionamiento de una computadora se basa  en la captura de datos que se van a procesar por medio de alguna unidad de entrada; en su almacenamiento en la unidad central de procesamiento; en la ejecución de un programa que transforma los datos de entrada en resultados, y en la comunicación de esos resultados (información) al exterior, por medio de una unidad de salida. Tanto la captura de los datos como la salida de la información se ejecutan a partir de una unidad de almacenamiento.

Unidades periféricas

El tratamiento de los datos corre por cuenta de la unidad central de procesamiento (CPU). Para ello, los datos y los programas deben introducirse en ella, a la vez que los resultados del proceso deben transferirse para su presentación al exterior o su almacenamiento ulterior. Las unidades encargadas de estas operaciones se denominan periféricos. 

Las unidades periféricas se clasifican en: 

§  Unidades de entrada (permiten el ingreso de datos y  programas en la CPU para su tratamiento). Teclado, escáner, joystick, lápiz óptico, lector de código de barras, etc.
§  Unidades de salida (distribuyen los datos provenientes de la CPU al exterior por medio de una representación visual o auditiva). Plotter, monitor, impresora.

§  Unidades de entrada/salida. MODEM, plaqueta digitalizadora de audio.

§  Unidades de almacenamiento (según la instrucción que ejecuten en un momento determinado, pueden realizar una operación de entrada (recuperar un archivo) o una de salida (grabar un archivo). Unidades de disco o drive (discos flexible, rígido, CD, DVD, cintas magnéticas, etc.)

Unidad Central de Procesamiento

Se encarga de administrar el sistema. Consiste en un conjunto de circuitos electrónicos integrados en una diminuta pastilla de silicio, o chip:el microprocesador, que se encuentra en la placa madre (motherboard).
Básicamente, la CPU está formada por la unidad de control, la memoria central y la unidad aritmética-lógica.

La unidad de control regula la ejecución de las instrucciones y el acceso del procesador a la memoria principal, sincroniza las operaciones de las que se encarga el procesador, envía y recibe señales de control desde los periféricos.

La memoria central almacena datos y el programa activo que se necesitan para llevar a cabo un proceso. Está constituida por celdas. Se distinguen dos tipos RAM (volátil) y la ROM (permanente).


En la unidad aritmético-lógica (ALU) se realizan los cálculos aritméticos (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones) y las operaciones lógicas (comparaciones) definidas en los programas.



2.2. Unidades funcionales.

      En arquitectura de computadoras, una unidad funcional o unidad de ejecución es una parte de la CPU que realiza las operaciones y cálculos llamados por los programas. Tiene a menudo su propia unidad de control de secuencia (no confundir con la unidad de control principal de la CPU), algunos registros, otras unidades internas como una sub-ALU o una unidad de coma flotante, o algunos componentes menores más específicos.

      Es frecuente que las CPU modernas tengan múltiples unidades funcionales paralelas, tanto en un diseño escalar como superescalar. El método más simple es utilizar un bus, el bus principal, para gestionar la interfaz de memoria, y el resto para realizar los cálculos. Adicionalmente, las unidades funcionales de las CPU's modernas suelen ser segmentadas.
    La arquitectura interna de las computadoras es de suma importancia desde el punto de vista electrónico y funcional. En una computadora se pueden distinguir tres grandes elementos fundamentales:

·         La Unidad Central de Proceso (CPU), que dirige el funcionamiento del resto del sistema.

·         La memoria central o principal, que es la encargada del almacenamiento de los datos que se manejan en el sistema.

·         El bus del sistema, encargado de conducir los flujos de datos que se mueven en el sistema entre la CPU, memoria, periféricos, etc.

·         La Unidad Central de Proceso (CPU): La unidad central de proceso, procesador central o CPU (Central Process Unit) constituye el componente más importante de cualquier placa base, la CPU gestiona cada paso en el proceso de los datos, actúa como el conductor de supervisión de los componentes de hardware del sistema, y está unida directa o indirectamente con todos los demás componentes de la placa principal (placa base o placa madre).

·         La memoria central: La memoria central, principal o interna es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para poder realizar un determinado proceso, está constituida por multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora este conectada, la información depositada en ella.

·         Bus del Sistema: El bus es el elemento responsable de la correcta interacción entre los diferentes componentes de la computadora y esta compuesto por conductos, asume todas las tareas relacionadas con la comunicación que van dirigidas a la placa base, desde el envío de paquetes de datos hasta la puesta a punto, pasando por la devolución de información cuando el receptor esta ausente o se retrasa.

·         Máquina Von Neumann: John Von Neumann,  en 1945 presentó un ensayo titulado “Primer Bosquejo de un reporte sobre la EDVAC” (First Draft of a report to the EDVAC), en el que presentó todos los elementos básicos de una computadora de programa almacenado: Una memoria conteniendo datos e instrucciones, que permita que las direcciones de datos e instrucciones sean leías y escritas en cualquier orden, una unidad de cálculo capaz de realizar operaciones lógicas y aritméticas en los datos, una unidad de control que pudiera interpretar una instrucción obtenida de la memoria y seleccionar cursos alternativos de una acción basándose en los resultados de operaciones previas. Estas características descritas fueron conocidas como “La máquina Von Neumann”, y virtualmente todas las computadoras subsecuentes intentaron seguir este modelo.

·         Periféricos de entrada o salida.

     Un periférico de E/S es el que se utiliza para ingresar (E) datos a la computadora, y luego de ser procesados por la unidad central de procesamiento (CPU), genera la salida (S) de información.Su función es leer o grabar, permanente o virtualmente, todo aquello que se haga con la computadora, para que pueda ser utilizado por los usuarios u otros sistemas.

Ejemplos:

ü  Pantalla táctil
ü  Multitáctil
ü  Casco virtual
ü  Impresora multifunción
ü  Dispositivos o unidades de almacenamiento de datos.


Las unidades de memoria de almacenamiento:
1 bit= 0/1
8bit= 1 byte
1024 bytes= 1 Kilobyte (Archivo de texto)
1024 Kilobyte=  1 Megabyte (MP3)
1024 Gigabyte= 1 Terabytes ( 800 películas)
1024 Megabytes= 1 Gigabytes ( película en Divx)
1024 Terabytes = 1 Pentabyte ( Información de Google)
1024 Pentabyte=  1 Exabytes ( Internet de 300 y 100 Exabytes)
1024 Exabytes=  1 zettabyte
1024  Yottabyte= 1 Brontobyte
1024 Geopbytes= 1 Saganbyte.

       Para las velocidades del rendimiento del microprocesador es la unidad de medida Hertz. cuyas otras magnitudes están el Hertz (  Hz); Megahercio (Mhz); Gigahercio (Ghz); Terahercio ( Thz)...



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§  Dispositivo de almacenamiento de datos: En ocasiones, se consideran periféricos de E/S a los dispositivos de almacenamiento de datos, como por ejemplo, las lectograbadoras de discos ópticos, ‘lectoras’ de tarjetas de memoria, discos duros portátiles o externos, memorias USB o memorias flash, etcétera.

§  Dispositivos de redes: También, los dispositivos de redes o de comunicación, suelen considerarse periféricos de E/S porque su función es la interacción o interconexión entre dos o más computadoras, o entre la computadora y otro periférico externo. Ejemplos: módem, tarjeta de red, concentrador, conmutador (dispositivo de red), enrutador, comunicación inalámbrica, bluetooth.

Referencias: 


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