Arquitectura de Computadoras: Conceptos Fundamentales y Evolución

Arquitectura de Computadoras

Arquitectura de computadores: es el estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de computadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.

Computador: dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información.

La era electrónica de los computadores

Los computadores basados en elementos mecánicos planteaban ciertos problemas: La velocidad de trabajo está limitada a la inercia de las partes móviles.

Generación de Computadores

1ª Generación: (1946-1958)

Computadores basados en válvula de vacío.

2ª Generación: (1958-1964)

Computadores de transistores.

3ª Generación: (1964-1971)

Computadores basados en circuitos integrados.

4ª Generación: (1971-1988)

Computadores que integran toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores).

5ª Generación (1983 al presente)

Se desarrollan las microcomputadoras, o sea, computadoras personales o PC.

Inteligencia Artificial

La inteligencia artificial es el campo de estudio que trata de aplicar los procesos del pensamiento humano usados en la solución de problemas a la computadora.

Robótica

La robótica es el arte y ciencia de la creación y empleo de robots. Un robot es un sistema de computación híbrido independiente que realiza actividades físicas y de cálculo.

Sistemas Expertos

Un sistema experto es una aplicación de inteligencia artificial que usa una base de conocimiento de la experiencia humana para ayudar a la resolución de problemas.

Redes de Comunicaciones

Los canales de comunicaciones que interconectan terminales y computadoras se conocen como redes de comunicaciones; todo el "hardware" que soporta las interconexiones y todo el "software" que administra la transmisión.

Modelos de Arquitectura de Computadora

Existen tres modelos de Arquitectura de computadora que son: La Clásica, la Segmentada y la de Multiprocesamiento.

Modelo Clásico

El Modelo Clásico de Arquitectura de Computadoras fue diseñado por John Von Neumann que consta de: Dispositivos de entrada, Dispositivos de proceso, Dispositivos de almacenamiento, Dispositivos de salida. (Una característica importante de este modelo es que tanto los datos como los programas, se almacenan en la memoria antes de ser utilizados).

Los ordenadores con esta arquitectura (modelo clásico) constan de cinco partes:

• La unidad aritmético-lógica o ALU
• La unidad de control
• La memoria
• Un dispositivo de entrada/salida
• El bus de datos

Fue utilizada en la computadora ENIAC (la primera computadora electrónica) (Integrador Numérico Electrónico y Ordenador).

Arquitecturas de Computadoras Segmentadas

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo.

1. Pipelines gráficos

Se encuentran en la mayoría de las tarjetas gráficas, consiste en múltiples unidades aritméticas o CPUs completas, que implementan variados escenarios de operaciones típicas de renderizado (proceso de generar una imagen desde un modelo).

2. Pipelines de software o tuberías

Consiste en múltiples procesos ordenados de tal forma que el flujo de salida de un proceso alimenta la entrada del siguiente proceso. Por ejemplo, los pipelines de Unix.