EL COMPUTADOR. ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO

ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA

 Cuando se describe un computador, frecuentemente se distingue entre arquitectura y organización. La arquitectura de computadoras se refiere a los atributos de un sistema que son visibles a un programador, o para decirlo de otra manera, aquellos atributos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un programa. La organización de computadores se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones, que dan lugar a especificaciones arquitectónicas. Entre los ejemplos de atributos arquitectónicos se encuentran el conjunto de instrucción, el número de bit usados para representar varios tipos de datos (números, caracteres, etc.), mecanismos de Entrada/ Salida E/S y técnicas para direccionamiento de memoria. Entre los atributos de organización se incluyen aquellos detalles de hardware transparentes al programador, tales como señales de control, interfaces entre el computador y los periféricos y la tecnología de memoria usada.

ESTRUCTURA Y FUNCIONAMIENTO

Un computador es un sistema complejo; los computadores de hoy en día contienen millones de componentes electrónicos básicos. ¿Cómo podríamos describirlos claramente? La clave está en reconocer la naturaleza jerárquica de la mayoría de los sistemas complejos, incluyendo el computador. 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 si diseño como para su descripción. El diseñador necesita tratar solo con un nivel particular del sistema a la vez. En cada nivel del sistema consta de un conjunto de componentes y sus interrelaciones. El comportamiento de cada nivel depende solo de una caracterización 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 en el que los componentes están interrelacionados.
• Funcionamiento: la operación de cada componente individual como parte de la estructura.

En términos de descripción tenemos dos opciones: empezar por lo más bajo y construir una descripción completa, o comenzar con una visión desde arriba y descomponer el sistema en sus subpartes. La experiencia a partir de muchos campos nos ha enseñado que de la descripción de arriba abajo (top-down) es la más clara y efectiva.

FUNCIONAMIENTO

Las funciones básicas que un computador puede llevar a cabo, en términos generales son cuatro:

• Procesamiento de datos.
• Almacenamiento de datos.
• Transferencia de datos.
• Control.        

El computador, por supuesto, tiene que ser capaz de procesar datos. Los datos pueden adoptar una gran variedad de formas, y el rango de los requisitos de procesado es amplio. Sin embrago, veremos que hay solo unos pocos métodos o tipos fundamentales de procesado de datos.

            También es esencial, que un computador almacene datos. Incluso si el computador esta procesando datos al vuelo (es decir, los datos se introducen, se procesan, y los resultados se obtienen inmediatamente), el computador tiene que guardar temporalmente al menos aquellos datos con los que está trabajando en un 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 a largo plazo. El computador almacena ficheros de datos para que se recuperen y actualicen en un futuro.

            El computador tiene que ser capaz de transferir datos en él mismo y el mundo exterior. Cuando se reciben o se llevan datos a un dispositivo que está directamente conectado con el computador, el proceso se conoce como entrada-salida (E/S), y este dispositivo recibe el nombre de periférico. El proceso de transferir datos a largas distancias, desde o hacia un dispositivo remoto, recibe el nombre de comunicación de datos.

            Finalmente, debe haber un control de estas tres funciones. Este control es ejercido por el (los) ente(s) que proporciona(n) al computador las instrucciones. Dntro del computador, una unidad de control gestiona los recursos del computador y dirige las prestaciones de sus partes funcionales en respuesta a estas instrucciones.

ESTRUCTURA

La estructura interna del computador mismo, que mostramos en su nivel más alto, consta de cuatro componentes principales:

• Unidad de Procesamiento (CPU):, controla el funcionamiento del computador y lleva a cabo sus funciones de procesamiento de datos. Frecuentemente se le llama procesador.

• Memoria Principal (MP): almacena datos.

• Entrada/Salida (E/S): transfiere datos entre el computador y el entorno externo.

• Sistema de Interconexión: es un mecanismo que proporciona la comunicación entre la CPU, la memoria principal y la Entrada/Salida.  

Puede que haya uno más de estos componentes.

El componente más complejo es la CPU, sus principales componentes son:

• Unidad de Control: controla el funcionamiento de la CPU y por tanto del computador.

• Unidad Aritmético-Lógica: (ALU): lleva a cabo las funciones de procesamiento de datos del computador.

• Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU.

• Interconexiones CPU: son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros.

Finalmente, hay varias aproximaciones para la implementación de la unidad de control; una de las aproximaciones más comunes es la implementación microprogramada. Básicamente, una unidad de control microprogramada actúa ejecutando microinstrucciones que definen la funcionalidad de la unidad de control.