miércoles, 24 de octubre de 2012

Arquitectura del Computador - Historia de la informática


Se considera que la historia de la informática empieza cuando, en los albores de la historia, el hombre comienza a buscar instrumentos que le ayuden a realizar las operaciones aritméticas que necesitaban para los negocios de intercambio de mercancías.

El primer instrumento conocido utilizado para realizar operaciones fué el ábaco. El ábaco más antiguo aparece en el valle del Tigris y el Éufrates en torno al 3.500 A. C. Y hacia el 2.600 A. C. Aparece en China. El ábaco simplificaba las operaciones aritméticas básicas (suma, resta, multiplicación y división) y aún hoy se utiliza en algunos países orientales.



En 1642 aparece la máquina aritmética de Pascal, que era una máquina mecánica capaz de sumar y cuyo funcionamiento se basaba en ruedas dentadas.



En 1822 Charles Babbage diseñó su máquina de diferencias, basada en ruedas dentadas pero que no llegó a construirse debido a las deficiencias tecnológicas de la época. Más tarde en 1833, diseñó su máquina analítica que tampoco llegó a construirse por problemas tecnológicos, pero su esquema de diseño fué muy similar al de las computadoras actuales, por lo que a Babbage se le considera el padre de la informática.


En 1887 Herman Hollerith construyó una máquina que procesaba datos utilizando tarjetas perforadas. Esta máquina fue diseñada para hacer el censo de los Estados Unidos del año 1890.

Ya a mediados del siglo XX aparecen las primeras computadoras impulsadas por los avances tecnológicos y por la necesidad de resolver problemas militares.

La primera computadora aparece en 1944 y fué construido por Howard Aiken. Era una computadora electromecánica pues el principal elemento constructivo

era el relé, un dispositivo que mediante un circuito electromagnético era capaz de abrir o cerrar circuitos mecánicos que dejaban pasar o no la corriente eléctrica.

En 1945 aparece la primera máquina completamente electrónica, el ENIAC, cuyo elemento tecnológico era la válvula de vacío, y cuyo funcionamiento era similar al relé, pero que no utilizaba elementos mecánicos. El circuito eléctrico se cerraba al aplicar una tensión lo suficientemente elevada entre dos electrodos.


En 1944, el ingeniero y matemático húngaro John Von Newman desarrolló un modelo de una computadora electrónica a partir de la cual diseña el EDVAC, que fué una modificación del ENIAC.

El elemento tecnológico era también la válvula de vacío y propone almacenar los programas y los datos en el interior de las computadoras. Von Newman establece el modelo de computadora compuesta por Unidad de Control, Unidad Aritmética y Lógica y Memoria Principal que aún se utilizan en las computadoras actuales. Por eso se las llama, máquina Von Newman.

GENERACIONES DE COMPUTADORAS.

Existe un esquema básico de la carrera tecnológica cuyo principal objetivo es mejorar las tecnologías e introducir modificaciones en ese esquema básico para conseguir máquinas cada vez más rápidas y potentes y reducir el espacio ocupado y la potencia consumida por esas máquinas, sucediéndose desde entonces una serie de generaciones, desde la primera hasta llegar a la quinta.

1era Generación (1,940 – 1,952): El elemento tecnológico que la hace posible es la válvula de vacío, estaban constituidas por aproximadamente 18,000 válvulas de vació, por lo que eran necesarios sistemas de refrigeración para evitar el sobrecalentamiento y quemado de los tubos. Los operadores ingresaban los datos y programas en código de maquina por medio de tarjetas perforadas. El almacenamiento interno se lograba con un tambor que giraba rápidamente, sobre el cual un dispositivo de lectura/escritura colocaba marcas magnéticas. Solo se podían programar en lenguaje máquina, no existían los lenguajes de programación. Eran empleadas principalmente para uso militar y científico.

Una de las computadoras de esta generación es la ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer), medía 2.40 de ancho por 30 metros de largo y pesaba 80 toneladas. Podía resolver 5,000 sumas y 360 multiplicaciones por segundo.

Las principales características de las computadoras de esta generación son:
  • Usaban tubos o válvulas al vacío.
  • Tenían desde 100 Bytes hasta 2 KiloBytes (2,000 Bytes)
  • Máquinas grandes y pesadas.
  • Aplicaciones aún bastante limitadas que consumían mucha energía (300 V)
  • Continúas fallas o interrupciones en el proceso.
  • Alto costo.
  • Uso de tarjetas perforadas para suministrar datos y los programas.
  • Realizaban de 2,000 a 16,000 sumas  por segundo

2da Generación(1,952 – 1,964): A partir de 1947 se realiza, en los laboratorios Bell, el diseño del transistor, construido con material semiconductor basado en el Silicio, un material abundante en la arena de playa. El transistor sustituye a la válvula de vacío, ocupa mucho menos espacio y con él se inicia el verdadero desarrollo de las computadoras, disminuyendo de tamaño y precio y posibilitando su uso también en aplicaciones administrativas y comerciales.
Las principales características de las computadoras de esta generación son:
  • Computadoras basadas en transistores.
  • Realizaban de 6,000 a 3,000,000 operaciones por segundo.
  • Para el almacenamiento interno se emplean los núcleos de ferrita, utilizando sus propiedades magnéticas de que podían tener dos estados. Capacidad de 6 KiloBytes a 1.3 MegaBytes de memoria principal.
  • Disminución de consumo energético y de  producción de calor.
  • El voltaje de alimentación es de 10 V.
  • Para el almacenamiento masivo se utilizaba las cintas magnéticas y los tambores magnéticos
  • Comenzaron a desarrollarse lenguajes ensambladores y de alto nivel como el FORTRAN, COBOL, ALGOL, facilitando la programación de los mismos.
  • Mayor velocidad. La velocidad de las operaciones ya no se mide en segundos sino en ms (milisegundos).


3ra Generación (1,964 – 1,971): El 1964 aparece el circuito integrado, fabricado también con material semiconductor, dando paso a la tercera generación de computadoras. En el Circuito Integrado o Chip, se construyen en miniatura circuitos electrónicos a base de transistores, resistencias, condensadores, etc. Con ello se consigue disminuir aún más el tamaño y el consumo de las computadoras, aumentando al mismo tiempo las prestaciones. Las tecnologías utilizadas para los circuitos integrados de esta época se denominan SSI (Small Scale Integration) y MSI (Medium Scale Integration). El software evoluciona desarrollándose los Sistemas Operativos, que incluyen multiprogramación, tiempo real y modo interactivo. Para almacenamiento interno de la información se utiliza memorias de semiconductores y para el almacenamiento masivo externo empiezan a utilizarse los discos magnéticos (discos duros).
  • Fueron fabricadas en base a circuitos integrados. Circuitos integrados: Miniaturización y agrupación de centenares de elementos en una placa de Silicio o Chip.
  • Menor consumo de energía. Apreciable reducción de espacio.
  • La disminución del tamaño de los circuitos continuaba a modo acelerado, cuando a mediados de los años 60s la empresa INTEL consiguió integrar un procesador completo en un solo chip, llamado microprocesador.
  • La reducción de tamaño de los sistemas lógicos y de memoria conduce a la fabricación de la minicomputadora
  • Se renuevan y crean periféricos de entrada y salida que actúan de manera más rápida y eficaz.
  • El desarrollo de Hardware permite la conectividad de varios dispositivos para formar redes.
  • Utilización de redes de terminales periféricos conectados a la unidad central, lo que permitía utilizar la computadora desde lugares remotos.
  • Teleproceso. Se instalan terminales remotas que acceden a la computadora central para realizar operaciones, extraer o introducir información en bancos de datos, etc.
  • Trabajo a tiempo compartido. Uso de una computadora por varios clientes al mismo tiempo.
  • Se implementa la multiprogramación. Para que sea factible el uso en tiempo compartido, es necesario que el diseño de las computadoras permita el proceso simultáneo de varios programas.
  • Compatibilidad. Comienza a atenderse en todas las empresas fabricantes de Hardware los problemas que plantea la incomunicabilidad de los programas. Ampliación de las aplicaciones.

  

4ta Generación (1,971 – hasta la actualidad): En 1,971 aparece el microprocesador, que consiste en la construcción de la Unidad central de proceso en un solo circuito integrado. La tecnología de construcción de los circuitos se denomina LSI (Large Scale Integration) y posibilita la aparición de las computadoras personales, extendiéndose el uso de las computadoras al hogar. Aparece como unidad de almacenamiento el disquete o floppy disk, proliferan los lenguajes de programación de todo tipo y aparecen las redes de transmisión de datos para interconectar computadoras y dando lugar a la telemática o teleinformática. La escala de integración sigue aumentando, apareciendo VLSI (Very Large Scale Integration) y ULSI (Ultra Large Scale Integration), sigue reduciéndose el tamaño y los precios, y empiezan a buscarse alternativas al diseño de la máquina de Von Neuman que hagan a las computadoras cada vez más rápidas. Empieza a introducirse el paralelismo, es decir que varios procesadores puedan trabajar al mismo tiempo pudiendo ejecutar incluso el mismo programa.
En la cuarta generación se tienen las siguientes características:
  • Basadas en circuitos integrados de tipo LSI, VLSI y UVLSI.
  • El proceso de reducción del tamaño de los componentes llega a superar las escalas microscópicas. Las aplicaciones del microprocesador se han proyectado más allá de la computadora y se encuentra en multitud de aparatos.
  • La reducción del tamaño también genera nuevos conceptos para su uso. Las PC, las microcomputadoras y las minicomputadoras son el grupo de equipos que conforman las "computadoras pequeñas".
  • Memorias electrónicas, que resultan más rápidas y reducidas. La capacidad de memoria aumenta notablemente actualmente podemos encontrar sistemas con 4GB, 8GB y 16GB.
  • El aumento cuantitativo y cualitativo de las bases de datos lleva a crear nuevas formas de gestión que facilitan la tarea de consulta y edición.
  • Las aplicaciones. Son innumerables y generalmente abarcan  todos los campos de la actividad humana  (medicina, comercio, viajes espaciales, entre otros).
  • La computación deja de ser uso exclusivo de profesionales, y entra a ser un elemento más de la vida cotidiana.




5ta Generación (en proyecto): Aparecen términos como Inteligencia Artificial, que pretende que las computadoras puedan pensar, a semejanza del hombre. Los lenguajes de programación se acercan cada vez más al lenguaje natural y evoluciona la robótica, o diseño de máquinas que hagan labores humanas, como construir coches, limpiar la casa, etc.

ARQUITECTURAS DE COMPUTADORAS

Arquitectura Harvard
El término Arquitectura Harvard originalmente se refería a las arquitecturas de computadoras que utilizaban dispositivos de almacenamiento físicamente separados para las instrucciones y para los datos (en oposición a la Arquitectura von Neumann). El término proviene de la computadora Harvard Mark I, que almacenaba las instrucciones en cintas perforadas y los datos en interruptores.

Arquitectura von Neumann
La arquitectura von Neumann se refiere a las arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard). Esta arquitectura fue planteada en 1945, por el conocido matemático John von Neumann, que propuso el concepto de programa almacenado.

Las computadoras con arquitectura von Neumann constan de cinco partes: La unidad aritmético-lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.




Una computadora con arquitectura von Neumann realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente:

1. Enciende la computadora y obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción.

2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente.

3. Decodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes de la computadora para realizar una función determinada.

4. Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que la computadora pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores.

5. Vuelve al paso 2.

Hoy en día, la mayoría de computadoras están basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales, (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como mouse, teclado, etc).

TIPOS DE COMPUTADORAS

1. Según su Funcionamiento

Se tienen:

Computadoras Analógicas, las cuales procesan señales analógicas.
Computadoras Digitales, se encargan de procesar señales digitales.
Computadoras Híbridas, pueden procesar los dos tipos de señales haciendo uso de conversores analógico-digital y digital-analógico.

Señal Analógica
Las señales ANALÓGICAS están representadas por valores continuos. Algo continuo es todo aquello de puede tomar una infinidad de valores dentro de un cierto limite, superior e inferior.



Señal Digital
La señal es DIGITAL cuando las magnitudes de la misma se representan mediante valores discretos. La palabra discreto proviene del latín discretus que significa separado.
Por ejemplo, un interruptor puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o encendido o apagado.
Los sistemas digitales, como una computadora, usan lógica de dos estados: la corriente pasa o no, por los componentes electrónicos del sistema. Estos dos estados son en realidad dos niveles de tensión, uno alto, H y otro bajo, L (de High y Low, respectivamente). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa. Esta representación permite utilizar los bits (binary digits – dígitos binarios) como elementos de un sistema digital.



Cabe mencionar que además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo o de bajo a alto, denominadas flanco de subida o de bajada, respectivamente. En la siguiente figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.

1.- Nivel bajo
2.- Nivel alto
3.- Flanco de subida
4.- Flanco de bajada



Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables.
Por ejemplo, si nos fijamos en el código Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales que son:
  • Punto
  • Raya
  • Espacio corto (entre letras)
  • Espacio medio (entre palabras)
  • Espacio largo (entre frases)

Referido a un aparato o instrumento de medida, decimos que es digital cuando el resultado de la medida se representa en un visualizador mediante números (dígitos) en lugar de hacerlo mediante la posición de una aguja, o cualquier otro indicador, en una escala.


Ventajas del Uso de las Señales Digitales 

 La información a procesar en un sistema de cómputo, puede encontrarse ya sea en forma digital o en señales analógicas que deben convertirse en pulsos digitales, antes de su procesamiento. Y en algunos casos después del procesamiento, los resultados son convertidos nuevamente a la forma analógica para su salida del sistema (Video Analógico, Audio, Transmisiones)
Las ventajas del uso de señales digitales con respecto a las analógicas son:
  • Las señales digitales se pueden almacenarse y procesarse mas fácil y sencillamente que las señales analógicas.
  • Las señales digitales son más sencillos de medir y evaluar. Por lo tanto es más fácil comparar el rendimiento de los sistemas digitales con diferentes capacidades de señalización e información, que con los sistemas analógicos comparables.
  • Los sistemas digitales están mejor equipados para evaluar un rendimiento de error (por ejemplo, detección y corrección de errores), que los analógicos.
  • La transmisión digital tiene la inmunidad al ruido. Las señales analógicas son más susceptibles que los pulsos digitales a la amplitud, frecuencia y variaciones de fase. Esto se debe a que con la transmisión digital, no se necesita evaluar esos parámetros, con tanta precisión, como en la transmisión analógica. en cambio, los pulsos recibidos se evalúan durante un intervalo de muestreo y se hace una sola determinación si el pulso está arriba (1) o abajo de un umbral específico (0).
  • Los sistemas digitales utilizan la regeneración de señales, en vez de la amplificación, por lo tanto producen un sistema más resistente al ruido que su contraparte analógica.
  • Los equipos que procesan digitalmente consumen menos potencia y son más pequeños, y muchas veces con más económicos.

Desventajas del Uso de las Señales Digitales 



Algunas de las DESVENTAJAS del uso de señales digitales son las siguientes:


  • La transmisión de las señales analógicas codificadas de manera digital requieren de más ancho de banda para transmitir que la señal analógica.
  • Las señales analógicas deben convertirse en códigos digitales, para su procesamiento y convertirse nuevamente a analógicas para su transmisión.
  • La transmisión digital requiere de sincronización precisa, de tiempo, entre los relojes del transmisor y receptor.
  • Los sistemas de transmisión digital son incompatibles con las instalaciones analógicas existentes.

2. Según su Finalidad

Computadoras de propósito general: dedicadas a resolver cualquier tipo de aplicaciones.
Computadoras de proposito especial: se especializan en resolver un tipo concreto y particular de problema, como puede ser una computadora de un auto o una lavadora.


3. Clasificación Comercial


  • Supercomputadoras
Es el tipo de computadora más potente y más rápida que existe. Estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo (rendimiento pico de hasta 91,759 GFlops), implementadas con 32,768 procesadores.

Así mismo son las más caras, sus precios llegan a superar los 30 MILLONES de dólares; cuentan con un control de temperatura especial, para disipar el calor que algunos componentes llegan a tener. Algunos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes:
  • Estudio e investigación Aeroespacial.
  • Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares.
  • Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos.
  • El estudio y predicción de tornados.
  • El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo.
  • La elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo.

Algunas Supercomputadoras:
BlueGene/L beta-System  (http://www.top500.org/system/details/7101).
Columbia SGI Altix  (http://www.top500.org/system/details/7288)
Earth-Simulator  (http://www.es.jamstec.go.jp/esc/eng/ES/hardware.html)


  • Macrocomputadoras o Mainframes
Las macrocomputadoras son también conocidas como Mainframes. Los mainframes son grandes, rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida.
  • Son computadoras que se caracterizan por su utilización en el manejo de grandes bases de datos en redes corporativas de gran tamaño
  • Los mainframes tienen un costo que va desde 350,000 dólares hasta varios millones de dólares. En el pasado, los Mainframes ocupaban cuartos completos o hasta pisos enteros de algún edificio, hoy en día, un Mainframe es parecido a una hilera de archiveros en algún cuarto con falso piso, esto para ocultar los cientos de cables de los periféricos.
  • Existen modelos diseñados con 1 hasta 54 procesadores
  • Un modelo representativo de este tipo de computadoras es la:
  • IBM System z9 109
  • (http://www-03.ibm.com/servers/eserver/zseries/hardware/)


  • Minicomputadoras
En 1960 surgió la minicomputadora, una versión más pequeña de la Macrocomputadora. Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un Mainframe, y esto ayudo a reducir el precio y costos de mantenimiento.
Las minicomputadoras, en tamaño y poder de procesamiento, se encuentran entre los mainframes y las estaciones de trabajo. En general, una minicomputadora, es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo) capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Actualmente se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario.


  • Microcomputadoras o PC´s
Las microcomputadoras o Computadoras Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Un microprocesador es "una computadora en un chip", o sea un circuito
integrado independiente. Las PC´s son computadoras para uso personal y relativamente son baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas, hogares, etc.
El término PC se deriva de que para el año de 1981, cuando IBM, sacó a la venta su modelo "IBM PC", la cual se convirtió en un tipo de computadora ideal para uso "personal", de ahí que el término "PC" se estandarizó y los clones que sacaron posteriormente otras empresas fueron llamados "PC compatibles", usando procesadores del mismo tipo que las IBM, pero a un costo menor y pudiendo ejecutar el mismo tipo de programas.
Existen otros tipos de microcomputadoras, como la Macintosh®, que no son compatibles con la IBM, pero que en muchos de los casos se les llaman también "PC´s", por ser de uso personal.
En la actualidad existen variados tipos de diseño de PC´s:


  • Computadoras personales
  • De Escritorio
  • Servidores de Red
  • Estaciones de red o independientes
  • Portátiles
  • Laptop o Notebook.
  • Asistentes Personales Digitales(PDA)
  • Palm Top
  • Pocket
  • Celulares Inteligentes


LA COMPUTADORA “ DIGITAL”

Computadora (Hispanoamérica) u ordenador (España). La palabra española ordenador viene del francés ordinateur que es la traducción del original inglés computer. Nos encontramos, pues, con una palabra española que fue introducida a España como copia de una palabra francesa, pero que denomina a una máquina inventada en Estados Unidos y denominada allí computer. En el español latinoamericano se prefiere computadora o computador, inspirándose en el original inglés.
Al decir ordenador podría interpretarse como que la única función que cumple el aparato es de ordenar, cosa que no es correcta. La función principal de una computadora es realizar cómputos o cálculos.
Respecto a si se debería decir el computador o la computadora, el término más apropiado sería el femenino, ya que la computadora es una máquina.

Después de determinar la correcta forma de nombrar a nuestro dispositivo materia de estudio, podemos especificar que una computadora, es un dispositivo electrónico encargado de procesar datos e información en base a un programa especial llamado sistema operativo, diseñado para administrar y controlar los recursos del equipo de cómputo.
Originalmente, el procesamiento de información estaba relacionado de manera casi exclusiva con problemas matemáticos, pero las computadoras modernas son usadas para muchas tareas diferentes normalmente sin ninguna relación con las matemáticas.

Aunque las tecnologías empleadas en las computadoras digitales han cambiado mucho desde su aparición(a inicios de la década de los años 40), la mayoría todavía utilizan la arquitectura von Neumann.

La arquitectura von Neumann como se menciona anteriormente, describe una computadora con los siguientes elementos básicos:


  • Procesador(CPU)
  • Memoria
  • Bus
  • Unidad de control
  • Dispositivos de entrada/salida (E/S)




La CPU contiene a la unidad lógica y aritmética (ALU), es el dispositivo diseñado y construido para llevar a cabo las operaciones elementales como las operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación y división), operaciones lógicas (AND, OR, NOT), operaciones de comparación, desplazamiento y rotación de bitsEs en esta unidad en donde se hace todo el procesamiento.

La memoria es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas, donde cada una es un bit, o unidad de información; estos elementos pueden organizarse formando los Bytes, palabras, palabras dobles, etc.
La instrucción es la información necesaria para realizar, la función deseada, con la computadora
Las «celdas» de memoria, contienen datos que se necesitan para llevar a cabo las instruccionesEn general, la memoria puede ser re-escrita varias  veces, es decir son de lectura/escritura.
El tamaño de cada celda y el número de celdas varía mucho de computadora a computadora, y las tecnologías empleadas para la memoria han cambiado bastante; van desde los relés electromecánicos, tubos llenos de mercurio en los que se formaban los pulsos acústicos, matrices de imanes permanentes, transistores individuales a circuitos integrados con millones de celdas en un solo chip.

La unidad de control sigue la dirección de las posiciones en memoria que contiene la instrucción que la computadora va a procesar en ese momento; recupera la información colocándola en la ALU para la operación que debe desarrollarTransfiere luego el resultado a ubicaciones apropiadas en la memoria.
Una vez que ocurre lo anterior, la unidad de control va a la siguiente instrucción (normalmente situada en la siguiente posición, a menos que la instrucción sea una instrucción de salto, informando a la computadora de que la próxima instrucción estará ubicada en otra posición de la memoria).

Los dispositivos E/S sirven a la computadora para, obtener información del mundo exterior y devolver los resultados de dicha informaciónHay una gama muy extensa de dispositivos E/S como los teclados, monitores, unidades de disco flexible, cámaras web, etc.

Los Bus son caminos de comunicación entre dos o más dispositivosEs un medio de transmisión compartidoGeneralmente los bus están constituidos por varias líneas de transmisión, cada línea es capaz de transmitir señales binarias representadas por 0 y 1.

Las instrucciones dentro de la computadora se representan mediante númerosPor ejemplo, el código para copiar puede ser 001El conjunto de instrucciones que puede realizar una computadora se conoce como lenguaje de máquina o código máquinaEn la práctica, no se escriben las instrucciones para las computadoras directamente en lenguaje de máquina, sino que se usa un lenguaje de programación de alto nivel que se traduce después al lenguaje de la máquina automáticamente, a través de programas especiales de traducción (intérpretes y compiladores)Algunos lenguajes de programación representan de manera muy directa el lenguaje de máquina, como los ensambladores (lenguajes de bajo nivel).

Intercambio entre la Unidad Central de Proceso y los Periféricos
En principio, cualquier trabajo que un computador realiza, siempre es un proceso de datos que tiene la particularidad de ser automático.
En un proceso automático, también están presentes los cuatro subprocesos constituyentes:
Entrada - Memorización - Procesamiento - Salida que llevan a cabo los bloques correspondientes a definir (Periférico de Entrada - Memoria Principal - Unidad Central de Proceso - Periférico de Salida), siendo que en un computador existen varias posibilidades para la entrada y salida de datos.
Los bloques se comunican eléctricamente entre sí a través de caminos formados por un conjunto de cables o líneas conductoras que constituyen un Bus.
Las instrucciones son ejecutadas de a una por vez, para lo cual primero cada una por un Bus llega a un Registro de Instrucciones (RI) de la Unidad Central de Procesamiento (Procesador), donde permanece mientras se ejecuta, para que la Unidad de control interprete qué operación ordena ella.
A continuación, a través del mismo Bus, el dato a operar por dicha instrucción, llega desde memoria a un Registro Acumulador (AX) del procesador, antes de ser operado (conforme a la operación ordenada), en la Unidad Aritmética, a fin de obtener un resultadoÉste pude sustituir en el registro AX al dato ya operado, y luego pasar a memoria, nuevamente a través del Bus citado, si una instrucción así lo ordenaSi por ejemplo se quiere enviar dicho resultado al exterior para ser visto en pantalla, o para ser guardado en el disco rígido o en un disquete, ello se consigue mediante la ejecución de instrucciones que así lo ordenen.
La Unidad de Control, debe ejecutar las siguientes acciones que forman parte de una secuencia repetitiva:
Obtener de la memoria la próxima instrucción que corresponde ejecutar.
Localizar los datos a operar (en la memoria principal, o en un registro como AX u otro, según se ordene).
Ordenarle al circuito de la Unidad Aritmética que realice con dichos datos la operación indicada.
Guardar el resultado en un registro acumulador o en memoria principal.
Por lo tanto, la Unidad de Control (UC), tiene a su cargo el secuenciamiento de las acciones necesarias que deben realizar los circuitos involucrados en la ejecución de cada instrucción, según el código de la misma; y también tiene a su cuidado el orden de ejecución de las instrucciones de un programa, conforme como éste fue establecido.
Existe también en el microprocesador, una Unidad Aritmética Lógica (UAL), que contiene los circuitos de cálculo, y, además, Registros que son circuitos que sirven para almacenar temporariamente datos o instrucciones, o sea, información relacionada con la instrucción en curso de ejecución, y con las próximas instrucciones a desarrollarUno de los Registros más importantes es el AX conocido como Registro Acumulador y que sirve para almacenar datos y resultados.
Así, la UC ordenará mediante señales eléctricas transmitidas por cables, las operaciones aritméticas o lógicas que la UAL debe realizar, siendo auxiliada por registros acumuladores para guardar transitoriamente resultados y datos.
Mientras que la UC es la encargada de ordenar operaciones de lectura - escritura de registros y de memoria, así como de las operaciones que debe realizar la UAL, ésta es pasiva y no puede emitir orden algunaPor lo tanto, la UAL no ejecuta instruccionesO sea, no puede ordenar las operaciones correspondientes a los pasos que requiere la ejecución de una instrucción, sólo realiza uno de ellos: la operación aritmética o lógica que la instrucción ordena, cuando así lo requiere la UCMediante una operación de la UAL, a partir de uno o dos números, se puede obtener un número que antes no existía.
Así tenemos que:
Se denomina Unidad Central de Proceso (UCP o CPU), al conjunto formado por:
  • La Unidad de Control.
  • La Unidad Aritmética Lógica.
  • Los Registros (como el AX, RI y otros) usados durante la ejecución de cada instrucción.
  • La UCP es el bloque donde se lleva a cabo la ejecución de las instruccionesHacia ella se dirigen las instrucciones que serán ejecutadas (una vez que la UC decodifique su código), y los datos para ser operados por la UAL; a la par que de la misma salen resultados generados por la UAL.
Existe, además, en éste camino de intercambio:
La Memoria Principal (MP), que no forma parte del microprocesador, y que es el lugar donde se almacenan las instrucciones de programas, que próximamente serán ejecutadas en la UCP, y los datos que ella ordena procesar (operar); así como resultados intermedios y finales de operaciones sobre datos recientemente llevadas a cabo en la UCP.
O sea, los datos que se procesan y el programa que se ejecuta para ese proceso, deben estar en MPCada programa comparte la MP con sus datos, pero las instrucciones están en una zona y los datos en otraÉsta información queda almacenada temporariamente mientras se opera con ella, pudiendo ser luego reemplazada por otras instrucciones a ejecutar y datos que éstas procesanTambién existen programas que residen en MP en forma permanente como los del Sistema Operativo, que facilitan el uso del computador, cuya ejecución se alterna con la de programas de los usuarios.
Las instrucciones y datos a procesar que pasan de la UCP llegan a la MP desde el exterior del computador y los resultados que llegan a la MP provenientes de la UCP deben luego pasar al exterior.
En una Operación de Entrada, la MP es el destino de instrucciones y datos provenientes del exterior (que ingresan a través de los periféricos), asimismo, en una Operación de Salida, la MP es el origen de resultados que deben salir al exterior a través del monitor, impresora, módem, unidades de discos o disquetes, etc.
Así llamamos:
Periféricos o Unidades de Entrada/Salida de Información, a los dispositivos que se encargan de entrar desde el exterior datos o instrucciones hacia el computador, o dar salida de resultados del computador hacia el exterior.
Su función principal es convertir datos externos en internos en las operaciones de entrada, o a la inversa, en las operaciones de salida.
Pero un periférico, no se conecta directamente a la porción central, sino por intermedio de una interfaz circuital, que en una PC en general está contenida en una placa que se inserta en un zócalo apropiado.
Debe decirse que la UC no gobierna directamente a los periféricos mediante líneas que llegan a ellos, sino que la UCP ejecuta un subprograma preparado para cada periférico, merced al cual desde la UCP llega a la interfaz del periférico cada comando que ordena a la electrónica de éste qué debe hacer.
Además, es necesario saber que los distintos circuitos del computador se comunican entre sí mediante un conjunto de líneas, cables, conductores, que los interconectan eléctricamente configurando una estructura de interconexión, como por ejemplo un Bus.
Entonces, el funcionamiento básico del computador puede resumirse de la siguiente manera:
Los datos y las instrucciones del programa que los procesará, deben llegar a MP desde periféricosCada instrucción está codificada mediante una combinación de unos y ceros, que constituye su código.
La UC localiza en MP la instrucción que debe ser ejecutada para que su código llegue a la UCP, donde la UC determinará que ordena ese código.
Dicho código permite localizar los datos que operará la UAL, la operación que debe realizar la UAL, dónde guardar los resultados, y dónde localizar la próxima instrucción en MPPara cumplimentar esto, la UC ordenará una secuencia de operaciones de lectura y escritura sobre MP o registros de la UCP, así como la operación a realizar por la UAL.
Hacia ella van los datos a operar, y desde ella se generan resultados que van a MP, para luego encaminarse hacia el exterior a través de un periférico.
Se vuelve al 1er paso.
Si una instrucción ordena una transferencia de un dato desde la UCP hasta la placa donde está conectado un periférico, tendrá lugar una operación de salida, encargándose el periférico de llevar los datos al exterior (representado por la pantalla del monitor, un disco, etc.).
Igualmente existen instrucciones para llevar un dato que entró por un cierto periférico hasta la UCP, mientras se desarrolla una operación de entrada.
Se debe tener siempre presente que las instrucciones son interpretadas ("decodificadas") por la UC; luego de lo cual la UC ordena encaminar los datos hacia la UAL, y la operación que ésta deba realizar con los datos.


Espero haber ayudado en algo. Hasta la próxima oportunidad!



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