Funcionamiento y Componentes Esenciales de un Computador: De Señales a Protocolos de Comunicación

Componentes y Funcionamiento de una Computadora

Una computadora procesa información física, la cual transforma en datos, los adapta, compara y, posteriormente, genera corrientes para actuadores. Opera bajo cuatro funciones básicas:

Funciones Básicas

1. Entrada: Una señal de voltaje, enviada por un sensor o un interruptor.
2. Procesado: La señal de entrada se compara con instrucciones programadas; los circuitos lógicos transforman las entradas en órdenes de salida.
3. Almacenaje: Los datos se almacenan para ser comparados con las entradas; también se pueden almacenar señales de entrada para su posterior procesado.
4. Salida: Después de procesar la información proveniente de los sensores y verificar las instrucciones del programa, se emiten órdenes a las diferentes unidades de salida.

Tipos de Señales

Analógica

Una señal analógica varía de forma continua. La señal de voltaje puede tomar infinitos valores de tensión entre un máximo y un mínimo, variando continuamente a lo largo del tiempo.

Digital

Una señal digital es de naturaleza incremental, lo que significa que la señal eléctrica tiene exclusivamente dos valores: encendido y apagado (1 lógico y 0 lógico, respectivamente), sin valores intermedios.

Conversión de Señales

Para que una computadora reciba información de un sensor y envíe órdenes a los actuadores, es necesario un interfaz. Así, la computadora tendrá dos cambiadores de fase.

Circuitos y Unidades Clave

Circuito Descodificador

Para determinar la salida correcta basada en una combinación de entradas dadas, se utiliza una combinación de puertas AND. Cuando el bit modelo correcto es recibido por el descodificador, se produce una señal de voltaje para activar el actuador.

Multiplexor (MUX)

Para examinar cada una de las entradas, se utiliza un multiplexor, que analiza la prioridad de estas señales.

Biestables RS y Circuitos RS

Son circuitos lógicos que recuerdan las entradas previas y no modifican su salida hasta que reciben nuevas órdenes de entrada.

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

Es el "cerebro" de la computadora, formada por miles de transistores ubicados en un pequeño chip. Proporciona información dentro y fuera de la computadora. Funciona comparando las entradas con los datos almacenados en la memoria y, una vez comparados, elabora las señales que van a los distintos actuadores.

Memoria de la Computadora

Toda computadora necesita dos tipos de memoria: temporal y permanente. Dentro de la computadora hay varios chips de memoria, cada uno formado por miles de transistores, algunos en bloqueo y otros no, formando así códigos binarios que contienen la información registrada.

Tipos de Memoria

1. ROM (Read-Only Memory): Memoria de solo lectura, permanente, no se pierde cuando se apaga el sistema.
2. RAM (Random Access Memory): Almacena información leída o escrita por la CPU, también utilizada para órdenes de salida. Si se desactiva la corriente, la información se pierde. Está compuesta por circuitos flip-flop integrados en un chip.
3. PROM (Programmable Read-Only Memory): Memoria de solo lectura programable.
4. EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): Memoria programable y borrable.
5. EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Memoria programable y borrable eléctricamente.
6. RAM no volátil: Conserva la información incluso sin energía.

Señales Periféricas

Son señales de entrada activadas por el conductor, provenientes de la acción ejercida sobre un interruptor, y se utilizan como señales de entrada.

Redes Multiplexadas

Son instalaciones que comparten información de distintos sensores y enlazan distintas unidades electrónicas. Permiten ahorrar cableado y facilitan la comunicación entre todos los órganos multiplexados. Se necesita un multiplexor para que todas las señales viajen juntas y un demultiplexor para comunicar las diferentes unidades electrónicas.

Sistema de Transmisión

Es un par de cables denominado BUS, que une las distintas unidades electrónicas.

Regla de Transmisión (Protocolo)

Se encarga de regular la codificación de la información, la velocidad, etc. Los protocolos más empleados son CAN y VAN, de transmisión síncrona, que utilizan tramas para enviar datos. Cada trama tiene como mínimo siete bloques:

1. Comienzo: Inicio del paquete de datos.
2. Dirección de destino: Lugar al que se dirige el paquete.
3. Dirección de origen: De dónde viene el paquete.
4. Campo de información: Contiene la información.
5. Control de errores: Permite al sistema detectar si los datos han llegado correctamente.
6. Bloque final: Sin información.

Protocolo CAN

Su comunicación es en serie, para el intercambio de datos entre unidades electrónicas a través de un BUS. Funciona en tiempo real y como una red multimaestra, en la que cada unidad electrónica puede volcar datos a la red. Está orientado hacia el mensaje; gracias a un identificador, se le aplica prioridad a los mensajes. Así, cuando dos mensajes coinciden, primero llega el que tiene mayor prioridad.