Conceptos Esenciales de Arquitectura de Computadores: Jerarquía de Memoria y Software de Sistemas

Jerarquía de Memoria

La memoria ideal para un procesador sería la más rápida, la de mayor capacidad y la más barata, pero estos conceptos son excluyentes.

Tipos de Jerarquías de Memoria

• Registros Internos del Procesador

  Están dentro del procesador, son un banco de registros (32-64 bits). Poseen un acceso muy rápido, su tamaño coincide con el de la palabra y se emplean a menudo en los programas.

• Memoria Caché

  Dispositivos semiconductores de pequeña capacidad pero muy rápidos. Son memorias SRAM. Cuando el microprocesador requiere información fuera de los registros, se la pide a la memoria caché. Puede haber varios niveles de caché.

• Memoria Principal

  Debe ser grande y veloz. Son memorias DRAM (RAM dinámica) y necesitan refresco para su funcionamiento (acceso aleatorio).

• Memoria Secundaria

  El acceso a la memoria secundaria supone un tiempo mayor. Está conectada con los periféricos de E/S, la gestión la realiza el sistema operativo, y el coste por bit es el más bajo.

Evolución Histórica de los Computadores

Prehistoria y Primeros Dispositivos

• Los orientales desarrollaron los ábacos, formados por tablillas que se cubrían de arena para poder escribir.
• Los griegos desarrollaron dos tipos de ábacos: uno contador, formado por varillas de madera en las que corrían unas bolitas, y un ábaco para trazados o cuadros gráficos.
• En el siglo XVII se construyen las primeras calculadoras mecánicas.
• En el siglo XVIII aparecen las primeras máquinas de multiplicar.
• En el siglo XIX aparecen los primeros dispositivos de cálculo digitales de tipo electromecánico (construidos con relés).

Los Inicios de la Computación Moderna

• En 1960 se crea el primer calculador analógico de propósito general.
• En 1941 se realiza un computador digital basado en relés.
• En 1941 se inicia la construcción del primer computador de válvulas (funcionó en 1945). Esta es la Primera Generación de computadores electrónicos.

Software de Sistemas (SW)

Desde el punto de vista del software (SW), el sistema puede estructurarse con una jerarquía de 8 niveles. El objetivo de esta clasificación es mostrar los distintos paquetes que arropan al hardware (HW) para simplificar la labor al usuario.

Monitores

Antepasado del sistema operativo. Cumple funciones como modificar o visualizar el contenido de la memoria principal, lanzar la ejecución de un programa, etc. Solo se utiliza en placas de microcontroladores.

Ensambladores

Programa que convierte los programas escritos en lenguaje ensamblador a lenguaje máquina.

Montadores y Cargadores

• Montador: Permite unir uno o varios módulos para formar un conjunto binario ejecutable.
• Cargador: Permite transferir este conjunto desde periféricos hasta la memoria principal.

Rutinas de E/S (Drivers)

El manejo de los periféricos exige unos programas en ocasiones muy complejos. El driver es un programa que permite la comunicación con los periféricos.

Depuradores (Debugger)

Programa que permite seguir la evolución de un programa, producir su parada y visualizar el estado del computador (memoria, registros). Se sitúa al mismo nivel que los ensambladores.

Compiladores e Intérpretes

Traductor que convierte el código fuente de alto nivel a código máquina ejecutable.

Manejadores de Ficheros y Gestores de Bases de Datos

El objetivo es manipular la información mantenida por el computador en sus periféricos de almacenamiento auxiliar.

Sistema Operativo (SO)

Entrega el control para que se ejecuten los distintos programas, trata sus posibles errores, garantiza la seguridad de la información de cada proceso, etc.