INSTITUTO NACIONAL DE APRENDISAJE

HUGO ZAMORA MARIN

ORGANIZACIÓN DE LA COMPUTADORA

ANDREY ARROYORODOLFO MORANORMAN MUÑOZ

Introducción

El concepto de organización o arquitectura en el entorno informático proporciona una

descripción de la construcción y distribución física de los componentes de la

computadora.

Desarrollo John Von Neumann - RODOLFO

1903 – 1957

Matemático

Publicó y publicitó la idea de programa almacenado en memoria

1945: “Primer Borrador de un Reporte sobre la EDVAC” fue una de las primeras

computadoras electrónicas

Arquitectura von Neumann

En 1945 John Von Neumann creó un modelo computacional que se caracteriza por

disponer de una única memoria principal en la que se almacenan los datos y las

instrucciones. La memoria estaba dividida en dos zonas, la primera para almacenar el

programa que se debía ejecutar y la segunda, para retener los datos.

La arquitectura de von Neumann es un diseño que usa una memoria para almacenar

instrucciones y datos.

La idea de Von Neumann consiste en conectar permanentemente las unidades de la

computadora, de modo que todo el ordenador está coordinado por un control central. Para

evitar tener que cablear las unidades cada vez que se quería ejecutar un nuevo programa,

se ideó un método donde tanto las instrucciones que forman los programas como los

datos que utilizan éstos se almacenan en una memoria.

Tradicionalmente los sistemas con microprocesadores se basan en esta arquitectura, en

la cual la unidad central de proceso (CPU), está conectada a una memoria principal única

(casi siempre sólo RAM) donde se guardan las instrucciones del programa y los datos. A

dicha memoria se accede a través de un sistema de buses único (control, direcciones y

datos).

La mayoría de las computadoras todavía utilizan la arquitectura Von Neumann.

Medidas de almacenamiento - ANDREY

Dentro de la computadora la información se almacena y se transmite en base a un código

que sólo usa dos símbolos, el 0 y el 1, y a este código se le denomina código binario.

Todas las computadoras reducen toda la información a ceros y unos, es decir que

representan todos los datos, procesos e información con el código binario, un sistema que

denota todos los números con combinaciones de 2 dígitos. Es decir que el potencial de la

computadora se basa en sólo dos estados electrónicos: encendido y apagado. Las

características físicas de la computadora permiten que se combinen estos dos estados

electrónicos para representar letras, números y colores.

Un estado electrónico de "encendido" o "apagado" se representa por medio de un bit. La

presencia o la ausencia de un bit se conocen como un bit encendido o un bit apagado,

respectivamente. En el sistema de numeración binario y en el texto escrito, el bit

encendido es un 1 y el bit apagado es un 0.

Un grupo de bits puede representar colores, sonidos y casi cualquier otro tipo de

información que pueda llegar a procesar un computador.

La computadora almacena los programas y los datos como colecciones de bit

La siguiente tabla muestra la relación entre las distintas unidades de almacenamiento que

usan las computadoras. Los cálculos binarios se basan en unidades de 1024.

En informática, cada letra, número o signo de puntuación ocupa un byte (8 bits). Por ejemplo, cuando se dice que un archivo de texto ocupa 5.000 bytes estamos afirmando que éste equivale a 5.000 letras o caracteres. Ya que el byte es una unidad de información muy pequeña, se suelen utilizar sus múltiplos: kilobyte (kB), megabyte (MB), gigabyte (GB).

Glosario de unidades de medida empleadas - ANDREY

Bit: es una unidad de medida de almacenamiento de información; es la mínima unidad de memoria obtenida del sistema binario y representada por 0 ó 1. Posee capacidad para almacenar sólo dos estados diferentes, encendido (1) o apagado (0).

Para disponer de los numerosos caracteres que se necesitan en el lenguaje escrito (letras, números, símbolos, etc.) se requiere que los bits se unan para formar agrupaciones más grandes, cuyas combinaciones permitan identificar distintos caracteres. Esta agrupación de bits, se denomina byte.

Byte: También es una unidad de medida de almacenamiento de información. Pero esta unidad de memoria equivalente a 8 bits consecutivos. Al definir el byte como la combinación de 8 bits, se pueden lograr 256 combinaciones (2^8). Estas son más que suficientes para todo el alfabeto, los signos de puntuación, los números y muchos otros caracteres especiales. Cada carácter (letra, número o símbolo) que se introduce en una computadora se convierte en un byte siguiendo las equivalencias de un código, generalmente el código ASCII.

Kilobyte (KBytes): [KB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 bytes.

Megabyte (MBytes): [MB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Kilobytes. Es la unidad más típica actualmente, usándose para verificar la capacidad de la memoria RAM, de las memorias de tarjetas gráficas, de los CD-ROM, o el tamaño de los programas, de los archivos grandes, etc. Parece que todavía le queda bastante tiempo de vida aunque para referirse a la capacidad de los discos duros ya ha quedado obsoleta, siendo lo habitual hablar de Gigabytes.

Gigabyte (GBytes): [GB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Megabytes.

Terabyte (TByte): [TB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Gigabytes. Es una unidad de almacenamiento tan desorbitada que resulta imposible imaginársela, ya que coincide con algo más de un trillón de bytes.

Petabyte (PByte): [PB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Terabytes.

Exabyte (EByte): [EB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Petabytes.

Zetabyte (ZByte): [ZB] Unidad de medida de almacenamiento de información. Unidad de memoria equivalente a 1024 Exabytes.

Microprocesador - NORMAN

El microprocesador central de una computadora se divide en:

Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés): Sigue la dirección de las

posiciones en memoria que contienen la instrucción que el computador va a realizar

en ese momento; recupera la información poniéndola en la ALU para la operación que

debe desarrollar.

Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o ALU en inglés): Dispositivo

diseñado y construido para llevar a cabo las operaciones elementales como las

operaciones aritméticas (suma, resta,...), operaciones lógicas (Y, O, NO), y

operaciones de comparación o relacionales.

Registros: Dentro del microprocesador hay una serie de memorias que, al estar

internas, éste maneja de forma especial. Estas posiciones de memoria interna

llamadas registros, pueden tener una utilidad general o una utilidad específica. Los

registros más generalizados son:

Registro de datos

Registro de direcciones

Registro de estado

Funcionamiento del procesador - NORMAN

Su funcionamiento, se puede ver, de forma esquemática y simplificada dividido en los

siguientes pasos:

Lee una instrucción. Los programas están compuestos de instrucciones y datos. Las

primeras indican al procesador que tareas deben de realizarse sobre los segundos.

Una instrucción por ejemplo, es la suma de A más B, donde tanto A como B son

datos. Por lo tanto el primer paso consiste en leer esa instrucción de la memoria.

Lee los datos asociados a esa instrucción. Una vez leída la instrucción, y

analizados los datos que se van a procesar, estos son leídos de la memoria.

Siguiendo con el ejemplo anterior, A y B serían leídos de la memoria. Dependiendo de

la instrucción estos pueden o no estar en memoria.

Procesa la información y se escribe a memoria los datos. Se realiza la operación.

Dependiendo de la instrucción, el resultado puede ser escrito en memoria, o quedar

almacenado dentro del procesador, en un registro del mismo para un posterior uso.

Se pasa a la siguiente instrucción. Lo normal es pasar a la siguiente instrucción.

Pero no todas son iguales y puede que alguna cambie el flujo del programa. Por

ejemplo, una puede decidir que se repitan las anteriores instrucciones hasta que no se

cumpla una determinada condición.

Asignación de los procesos - NORMAN

Las estrategias de asignación de procesadores se pueden dividir en 2 categorías amplias:

No migratorias: Al crearse un proceso, se toma una decisión de donde colocarlo. Una vez colocado en la máquina, el proceso permanece ahí hasta que termina. No se puede mover, no importa lo sobrecargada que esté la máquina.

Migratorias: Un proceso se puede trasladar aunque haya iniciado su ejecución. Permiten un mejor balance de la carga pero son más complejas y tienen un efecto fundamental en el diseño del sistema.

Los algoritmos de asignación intentan optimizar:

Uso de las CPU: Maximizar el número de ciclos de CPU que se ejecutan para trabajos de los usuarios. Minimizar el tiempo de inactividad de las CPU.

Tiempo promedio de respuesta: Minimizar no los tiempos individuales de respuesta sino los tiempos promedio de respuesta.

Tasa de respuesta: Minimizar la tasa de respuesta, que es el tiempo necesario para ejecutar un proceso en cierta máquina dividido por el tiempo que tardaría en cierto procesador de referencia.

Memorias del sistema computacional - RODOLFO

La memoria es uno de los componentes fundamentales para el correcto funcionamiento de nuestra PC, ya que su existencia permite que la computadora puede arrancar, se procesen los datos, se ejecuten las instrucciones para los distintos programas y demás.

Una computadora trabaja con cuatro tipos de memorias diferentes, que sirven para realizar diversas funciones. Estas son la memoria RAM, la memoria ROM, la memoria SRAM o Caché y la memoria Virtual o de Swap.

Memoria RAM o Memoria e acceso Aleatorio (Random Access Memory) - RODOLFOEn la RAM se guarda distinto tipo de información, desde los procesos temporales como modificaciones de archivos, hasta las instrucciones que posibilitan la ejecución de las aplicaciones que tenemos instaladas en nuestra PC. Por tal motivo, es utilizada constantemente por el microprocesador, que accede a ella para buscar o guardar temporalmente información referente a los procesos que se realizan en la computadora. Dentro de las memorias RAM existen distintos tipos de tecnologías que se diferencian principalmente por su velocidad de acceso y su forma física. Entre ellas encontramos las DRAM, SDRAM, RDRAM, entre otras.

Memoria ROM o Convencional (Read Only Memory) - RODOLFOEs una memoria solamente de lectura ya que la mayoría de estas memorias no pueden ser modificadas debido a que no permiten su escritura.

MEMORIA CACHÉ o SRAM - RODOLFOEl proceso que realiza la memoria caché es guardar las ubicaciones en el disco que ocupan los programas que han sido ejecutados, para que cuando vuelvan a ser iniciados el acceso a la aplicación logre ser más rápido. Existen tres tipos de caché diferentes: El caché L1 que se encuentra en el interior del procesador y funciona a la misma

velocidad que éste, y en el cual se guardan instrucciones y datos.

El caché L2 que suelen ser de dos tipos: interno y externo. El primero se encuentra dentro de la motherboard, mientras que el segundo se halla en el procesador pero de manera externa, lo que lo hace más lento que el caché L1.

El caché L3 que sólo vienen incorporado a algunos de los microprocesadores más avanzados, lo que resulta en una mayor velocidad de procesos.

MEMORIA VIRTUAL - RODOLFOTambién llamada swapeo. Este tipo de memoria, que funciona de manera similar a la caché, es creada por Windows o Linux para ser utilizada exclusivamente por el sistema operativo. En el caso de Linux esta denominada memoria swap generalmente está ubicada en una partición diferente del disco, mientras que en el sistema de Microsoft es un archivo dentro del sistema operativo mismo.

Memoria primaria - ANDREY

Memoria primaria (MP), memoria principal, memoria central o memoria interna es la memoria de la computadora donde se almacenan temporalmente tanto los datos como los programas que la unidad central de procesamiento (CPU) está procesando o va a procesar en un determinado momento. Por su función, la MP debe ser inseparable del microprocesador o CPU, con quien se comunica a través del bus de datos y el bus de direcciones. El ancho del bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria.

En algunas ocasiones suele llamarse “memoria interna” porque a diferencia de los dispositivos de memoria secundaria, la MP no puede extraerse tan fácilmente.

Esta clase de memoria es volátil, es decir que cuando se corta la energía eléctrica, se borra toda la información que estuviera almacenada en ella.

En las computadoras son utilizados dos tipos de memorias:

Memoria de sólo lectura o Read Only Memory (ROM). Viene grabada de fábrica con una serie de programas.

El software de la ROM se divide en dos partes:

Rutina de arranque o POST (Power On Self Test, «Auto Diagnóstico de Encendido»): realiza el chequeo de los componentes de la computadora; por ejemplo, circuitos controladores de video, de acceso a memoria, el teclado, unidades de disco, etc.

Rutina del BIOS (Basic Input-Output System o «Sistema Básico de Entrada-Salida»): permanece activa mientras se está usando la computadora. Permite la activación de los periféricos de entrada/salida: teclado, monitor, ratón, etc.

Memoria secundaria - ANDREY

La memoria secundaria, memoria auxiliar, memoria periférica o memoria externa, también conocida como almacenamiento secundario, es el conjunto de dispositivos y soportes de almacenamiento de datos que conforman el subsistema de memoria de la computadora, junto con la memoria primaria o principal.

Puede denominarse periférico de almacenamiento o “memoria periférica”, en contraposición a la ‘memoria central’, porque en ocasiones puede considerarse como periférico de Entrada/Salida.

La memoria secundaria es un tipo de almacenamiento masivo y permanente (no volátil) con mayor capacidad para almacenar datos e información que la memoria primaria que es volátil, aunque la memoria secundaria es de menor velocidad.

Deben diferenciarse los “dispositivos o unidades de almacenamiento” de los “soportes o medios de almacenamiento”, porque los primeros son los aparatos que leen o escriben los datos almacenados en los soportes.

Almacenamiento - NORMAN

El propósito del almacenamiento es guardar datos que la computadora no esté usando. El almacenamiento tiene tres ventajas sobre la memoria: Hay más espacio en almacenamiento que en memoria. El almacenamiento retiene su contenido cuando se apaga el computador El almacenamiento es más barato que la memoria.

Memoria para datos - NORMAN

La memoria es el dispositivo que retiene, memoriza o almacena datos informáticos

durante algún intervalo de tiempo. La memoria proporciona una de las principales

funciones de la computación moderna: el almacenamiento de información y conocimiento.

Es uno de los componentes fundamentales de la computadora, que interconectada a

la unidad central de procesamiento CPU y los dispositivos de entrada/salida, implementan

lo fundamental del modelo de computadora de la arquitectura de von Neumann.

En la actualidad, «memoria» suele referirse a una forma de almacenamiento de estado

sólido, conocida como memoria RAM (memoria de acceso aleatorio), y otras veces se

refiere a otras formas de almacenamiento rápido, pero temporal. De forma similar, se

refiere a formas de almacenamiento masivo, como discos ópticos, y tipos

de almacenamiento magnético, como discos duros y otros tipos de almacenamiento,

más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más permanente. Estas

distinciones contemporáneas son de ayuda, porque son fundamentales para la

arquitectura de computadores en general.

Memoria para instrucciones - NORMAN

En informática, la caché es la memoria de acceso rápido de una computadora, que

guarda temporalmente las últimas informaciones procesadas.

La memoria caché es un búfer especial de memoria que poseen las computadoras, que

funciona de manera similar a la memoria principal, pero es de menor tamaño y de acceso

más rápido. Es usada por el microprocesador para reducir el tiempo de acceso a datos

ubicados en la memoria principal que se utilizan con más frecuencia.

La caché es una memoria que se sitúa entre la unidad central de procesamiento (CPU) y

la memoria de acceso aleatorio(RAM) para acelerar el intercambio de datos.

Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché; los accesos

siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que sea menor el tiempo de acceso medio

al dato. Cuando el microprocesador necesita leer o escribir en una ubicación en memoria

principal, primero verifica si una copia de los datos está en la caché; si es así, el

microprocesador de inmediato lee o escribe en la memoria caché, que es mucho más

rápido que de la lectura o la escritura a la memoria principal.

Unidades de entrada y salida - NORMAN

Los Dispositivos de Entrada:

Estos dispositivos permiten al usuario del computador introducir datos, comandos y programas en el CPU. El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los Dispositivos de Entrada, convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.

Los más comunes son:

Teclado Ratón u mouse Micrófono Scanner Cámara de video Cámara digital Webcam

Los Dispositivos de Salida:

Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.

Los más comunes son:

Pantalla o monitor Impresora Altavoces Auriculares

Buses del sistema - ANDREY

El Bus es la vía a través de la que se van a transmitir y recibir todas las comunicaciones,

tanto internas como externas, del sistema informático.

Solamente es un Dispositivo de Transferencia de Información no almacena información

alguna en ningún momento.

División de buses

Bus de Direcciones: Es un canal de comunicaciones constituido por líneas que

apuntan a la dirección de memoria que ocupa o va a ocupar la información a tratar.

Bus de Datos: Este es el medio por el que se transmite la instrucción por el bus de

direcciones

Bus de Control: Es un número variable de líneas que controla las unidades

complementarias.

Conclusión

Como resultado de la investigación para el trabajo nos queda un mejor conocimiento de la

organización y funcionamiento de las diferentes partes de una computadora.