ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORES

A continuación veremos las diferencias entre organización computacional y arquitectura de

computadoras, aunque es si existe un consenso sobre las áreas generales cubiertas por cada uno de

ellos.

La arquitectura de computadoras se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a

un programador, o aquellos atributos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un

programa.

La organización de computadoras se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones,

que dan lugar a las especificaciones arquitectónicas, un ejemplo de esto están:

Conjunto de instrucciones, numero de bits usados para representar varios tipos de datos,

mecanismos de E/S y técnicas para direccionamiento de memoria.

Entre los atributos de organización se incluyen aquellos detalles de hardware transparentes

al programador, tales como las señales de control, interfaces entre el computador y los periféricos,

además de la tecnología de memoria usada.

La distinción entre arquitectura y organización ha sido muy importante. Muchos fabricantes

ofrecen una familia de modelos, todos con la misma arquitectura pero con diferencias en la

organización. Consecuentemente los diferentes modelos de la familia tienen precios y prestaciones

distintas.

Algo muy interesante que la arquitectura puede sobrevivir muchos años, pero su organización

cambia con la evolución de la tecnología.

En una clase de sistemas llamados microcomputadoras, la relación entre arquitectura y

organización es muy estrecha. Los cambios en la tecnología no solo influyen en la organización,

sino que también dan lugar a la introducción de arquitecturas más ricas y potentes, generalmente

hay menos requisitos de compatibilidad generación a generación para estas pequeñas maquinas.

Así ahí más interacción entre las decisiones del diseño arquitectónicas y organización.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO

Un computador es un sistema complejo; los computadores de hoy en día tienen millones de

componentes electrónicos básicos. ¿Cómo podríamos describirlos claramente? La clave es

reconociendo la naturaleza jerárquica de la mayoría de los sistemas complejos.

Un sistema jerárquico es un conjunto de subsistemas interrelacionados cada uno de los

cuales, a su vez se organiza en una estructura jerárquica hasta que se alcanza el nivel, más bajo del

subsistema elemental.

La naturaleza jerárquica de los sistemas complejos es esencial tanto para su diseño como para

su descripción. El diseñador necesita tratar solamente con un nivel particular de un sistema a la vez.

En cada nivel del sistema consta de un conjunto de componentes y sus interrelaciones. El

comportamiento en cada nivel depende solo de una característica abstracta y simplificada del

sistema que hay en el siguiente nivel más bajo. De cada nivel al diseñador le importan la estructura

y el funcionamiento:

ESTRUCTURA: el modo que los componentes están interrelacionados.

FUNCIONAMIENTO: la operación de cada componente individual parte de la estructura.

FUNCIONAMIENTO

Tanto la estructura como el funcionamiento de un computador son en esencia sencillos. Las

funciones básicas de un computador puede llevar a cabo son en términos en general las siguientes:

Procesamiento de datos

Almacenamiento de datos

Transferencia de datos

Control

El computador por supuesto debe ser capaz de procesar los datos. Los datos pueden adoptar una

gran variedad de formas, y el rango de los requisitos del procesado es amplio. Pero hay solo unos

pocos métodos fundamentales de procesamiento de datos.

También es esencial que un computador almacene datos. Incluso si en computador está

procesando datos al vuelo, el computador tiene que guardar temporalmente al menos aquellos datos

con los que está trabajando en el momento dado. Así hay al menos una función de almacenamiento

de datos a corto plazo. Con igual importancia el computador lleva a cabo una función de

almacenamiento de datos a largo plazo. Al computador almacena ficheros de datos paraqué se

recuperen y actualicen en el futuro.

ENTORNO OPERATIVO

Sistema de trasferencia de datos

Mecanismo de control

Recurso de almacenamiento Recurso de procesamiento de datos

El computador tiene que ser capaz de transferir datos entre el mismo y el mundo exterior. El

entorno de operación del computador se compone de dispositivos que sirven bien como fuente o

bien como destino de los datos. Cuando reciben o se llevan datos a un dispositivo que está

directamente conectado con el computador, el proceso se conoce como: E/S y este dispositivo

recibe el nombre de periférico. El proceso de transferir datos a largas distancias, desde o hacia un

dispositivo remosto, recibe el nombre de: comunicación de datos.

Finalmente debe haber un control de estas tres funciones. Este control es ejercido por el

ente que proporciona al computador estas instrucciones.

El número de operaciones posibles que pueden ser realizadas es pequeño. El computador

puede funcionar como un dispositivo de transferencia de datos, simplemente transfiriendo de un

dispositivo periférico o línea de comunicaciones a otro. También puede funcionar como un

dispositivo de almacenamiento de datos, con datos desde un entorno externo al almacén de datos del

computador y viceversa.

ESTREUCTURA

El computador es una entidad que interactúa de alguna manera con su entorno externo. En

general, todas sus conexiones con el entorno externo pueden ser clasificadas como dispositivos

periféricos o líneas de comunicación.

Hay cuatro componentes estructurales principales

1. UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO: controla el funcionamiento del

computador y lleva a cabo sus funciones de procesamiento de datos.

2. MEMORIA PRINCIPAL: almacena datos

3. E/S: transfiere datos entre el computador y el entorno externo.

4. SISTEMA DE INTERCONEXION: es un mecanismo que proporciona la comunicación

entre la CPU, la memoria principal y la E/S.

LOS PRINCIPALES COMPONENTES DE LA CPU SON:

Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU y por lo tanto del computador.

Unidad aritmético-lógica: lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos del

computador.

Registros: proporciona el almacenamiento a la CPU.

Interconexiones CPU: son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de

control, la ALU y los registros.

¿Por qué ESTUDIAR LA ORGANIZACIÓN Y ARWUITECTURADE LOS

COMPUTADORES?

La IEEE y la ACM citan la arquitectura de computadores como uno de los temas troncales

que debe estar en todos los currículos de todos los estudiantes de licenciatura e ingeniería

informática.

Las siguientes son algunas razonas para estudiar arquitectura de computadores:

1. Si a algún licenciado se le da la tarea de seleccionar un computador con la mejor calidad

precio para utilizarlo en alguna gran empresa, el ingeniero debe saber las implicaciones al

gastar en varias alternativas como una memoria cache o una velocidad de reloj, esto es

esencial para tomar decisiones.

2. Hay muchos procesadores que no forman parte de equipos para PC o servidores, pero si en

sistemas mas embebidos. Un diseñador debe ser capaz de programar un procesador en C

que este embebido en algún sistema n tiempo real o sistema complejo, como un controlador

electrónico de un coche inteligente. Depurar el sistema puede requerir utilizar un analizador

lógico que muestre la relación entre las peticiones de interrupciones entre los sensores del

sistema y condigo maquina.

3. Los conceptos utilizados en arquitectura de computadores tienen aplicación entre otros

cursos. En particular, la forma en que el computador ofrece un soporte arquitectural a los

lenguajes de programación y funciones en el principio propias del sistema operativo,

refuerza los conceptos de estas áreas.

Una buena comprensión de estos conceptos será útil tanto en otras áreas de estudio como en

el futuro trabajo después de licenciarse.