Arquitectura y Componentes de un Computador: Funcionamiento y Rendimiento
Clasificado en Informática
Escrito el en 
español con un tamaño de 9,84 KB
Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición sin importar su tipo.
Características Principales
Componentes Principales
- CPU (Unidad de Control, Unidad Aritmético Lógica (ALU), Registros)
- Memoria principal (Almacena programas y datos)
- Sistema de Entrada/Salida
Arquitectura y Funcionamiento
Procesamiento Secuencial de Instrucciones
Datos Binarios
Sistema de Interconexión
Conecta la memoria y la unidad de control. Fuerza la alteración entre ciclos de lectura y ejecución.
Ciclo de Instrucción
- Recuperar la siguiente instrucción desde memoria y luego incrementar el program counter.
- Decodificar el patrón de bits en el registro de instrucción (IR).
- Ejecutar la instrucción indicada en el registro de instrucción.
Ciclo de Ejecución
- La Unidad de Control (UC) obtiene la próxima instrucción de memoria usando el registro PC.
- Se incrementa el PC.
- La instrucción es decodificada a un lenguaje que entiende la ALU.
- Obtiene de la memoria los operandos requeridos por la instrucción.
- La ALU ejecuta y deja los resultados en registros o en memoria.
- Vuelve al paso 1.
Componentes Clave de la CPU
Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU y del computador. Es quien coordina y controla todas las operaciones y procesos.
Reloj del sistema: estimula a la unidad de control marcando el ritmo constante al que han de realizarse todas las operaciones dentro del sistema.
ALU: encargada de llevar a cabo las funciones de procesamiento de datos del computador inherentes a cada instrucción del programa.
Registros: proporcionan almacenamiento interno a los datos que necesita la CPU para realizar sus operaciones (datos e instrucciones).
Interconexiones CPU: Son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros. Son buses internos, preimpresos en el chip.
Tipos de Arquitectura de CPU
RISC: las instrucciones para llevar a cabo los procesos son relativamente simples, pues se minimizan el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Necesita realizar varias operaciones para realizar funciones a diferencia de CISC. Ejecuta instrucciones por ciclo de reloj. Se utilizan en aplicaciones industriales y profesionales por la fiabilidad y el rendimiento que ofrecen.
CISC: tiene una gran cantidad de instrucciones y son rápidos procesando código complejo. Permite una programación sencilla. Emplea varios ciclos de reloj. Estos microprocesadores son más usados para el ámbito doméstico.
Optimización y Rendimiento
Overclocking: técnica que incrementa la velocidad del procesador por encima de la que ha sido diseñada, sin necesidad de añadir nuevos componentes. Se puede hacer: cambiando la BIOS o puenteando la placa. Provoca el sobrecalentamiento, y el usuario asume la posibilidad de fallo irrecuperable de la placa. Acorta la vida útil de los componentes y suele realizarse en equipos obsoletos.
Buses y Tecnologías de Interconexión
FSB & BSB: el bus frontal (FSB) es la ruta de datos y la interfaz física entre el procesador y la memoria principal (RAM). El bus trasero (BSB) es la ruta de datos y la interfaz física entre el procesador y la memoria L1 y L2.
HyperThreading: añadiendo algunos circuitos extra se hace creer al sistema operativo que hay dos procesadores como si se tratara de un multiprocesador cuando en realidad solo hay uno. Sirve para aprovechar las unidades que se encuentran inactivas y que así no tenga que estar esperando trabajo.
DMI (Direct Media Interface): vínculo entre el puente norte y el puente sur en una placa.
ECC/non-ECC: comprobación de errores y corrección de los módulos de memoria. Chip extra que detecta si los datos fueron leídos o escritos por el módulo de memoria correctamente. Resta rendimiento y no es del todo necesario en DRAM ya que es muy estable. Es necesario que lo soporte la BIOS y se habilita desde el SETUP.
Asíncronas: un ciclo de procesador y uno de memoria no ocupan el mismo tiempo.
Síncronas: no hay estado de espera.
BIOS y CMOS
LA BIOS: interfaz que actúa entre el hardware y el sistema operativo, podríamos definirla como el sistema operativo del hardware. Se inicia siempre antes que cualquier otro software y siempre está presente para realizar todas las funciones y accesos a la máquina al más bajo nivel. Gracias a ella, la placa base es capaz de ponerse en marcha, inicializando y testeando todos sus componentes, ya que ésta marca los pasos y métodos a seguir durante el proceso de arranque. El código de la BIOS se almacena en la memoria ROM.
CMOS: porción de memoria RAM. Encargada de almacenar los valores y ajustes de la BIOS. En ella encontramos la hora y la fecha, los parámetros de nuestro HD., la secuencia de arranque o la configuración nuestros puertos. Alimentada por pila que guarda los valores de configuración de Setup.
Direccionamiento y Gestión de Memoria
Direccionamiento:
Modo real: Es el modo de direccionamiento que emplean los PCs en el momento del arranque. En el modo real no puede darse la multitarea.
Los modos real y protegido son incompatibles entre sí, se puede pasar de modo real a protegido, pero no a la inversa.
Modo protegido: Surge ante la necesidad de direccionar más memoria, el formato de dirección cambia y se utilizan 16 bits para direccionar el selector.
Modo virtual: Su objetivo es la multitarea, es decir, la asignación de particiones de tiempo a diferentes programas que se ejecutan consecutivamente. Hace creer al programa que dispone de más memoria que la físicamente disponible en RAM.
División de memoria:
Memoria convencional: Es donde funcionan la mayoría de los programas y por esta razón debe dejarse la mayor cantidad libre (software de aplicaciones y programas residentes).
Memoria superior: usada por el ordenador para manejar el hardware del sistema, se encuentran tras la memoria convencional (para manejar el hardware del sistema: ROM-BIOS, controladores, etc.).
La memoria convencional y la memoria superior son direccionables en modo real.
Memoria extendida (XMS): solo programas muy específicos (tipo Windows) pueden utilizarla en modo protegido, y en modo real solo es válida para datos.
Memoria alta o HMA: Son los primeros 64 KB de memoria extendida.
Memoria expandida (EMS): es más lenta en su manejo que la extendida. Memoria aparte, situada fuera del rango de direcciones accesibles por el microprocesador y utiliza memoria que sí esté incluida en el rango válido para acceder a la información.
Memoria Shadow: Consiste en copiar las rutinas de la BIOS que se encuentran en ROM a memoria RAM, desviándose las llamadas de la BIOS a direcciones de memoria superior.
Chipset y Buses de Expansión
Chipset: Conjunto de circuitos que incorpora la placa base que gestiona los diferentes componentes. Funciones: gestionar los datos e intercambiarlos entre la CPU, la memoria y el bus del sistema, gestionar el proceso de cálculo, la gestión de memoria y la coherencia con la caché de segundo nivel.
- Puente norte: conexiones del bus frontal con los componentes de alta velocidad del sistema (RAM, bus PCI Express, AGP).
- Puente sur: conexiones de la CPU con los componentes más lentos del sistema, que incluye periféricos (controladores, SPP, ECP, EPP).
Alimentación y Almacenamiento
Corriente alterna: distribuidores de energía.
Corriente continua: equipos electronicos.
Fuentes de alimentacion:
Lineales: regulacion poco eficiente y diseño simple.
Conmutada: misma potencia que la lineal pero mas pequeña, mas eficiente, mas compleja y mas susceptible a averias.
PATA=IDE: estandar de interfaz para la conexion de los dispositivos de almacenamiento masivo de datos y unidades opticas. Se pueden conectar dispositivos bus (uno maestro y otro esclavo). Mientras se accede a un dispositivo el otro no se puede usar.
SATA: interfaz de transparencia de datos en serie entre la placa y algunos dispositivos de almacenamiento.
SAI:sistema de alimentacion ininterrumpida.
Tarjetas de expansion: cambia el tipo de conector de salida. ejemplo: pasar un molex a sata.
SSD: no volatil, alta velocidad ya que incorpora circuitos como la ram para que el tiempo de acceso sea verdaderamente rapido.
SCSI: unidad de almacenamiento de disco duro.
Buffer: almacenamiento entre lento y rapido.
Formateos de bajo nivel: formateo de la superficie del disco.
Formateos de alto nivel: para crear particiones con nuevo formato.
Tecnologia smart: tecnologia que incorporan los discos duros para detectar errores.