Fundamentos de Arquitectura de Computadores: CPU, Memoria y E/S

Arquitectura de Von Neumann

La Arquitectura de Von Neumann se basa en tres conceptos clave:

• Los datos y las instrucciones se almacenan en una sola memoria de lectura-escritura.
• Los contenidos de esta memoria se direccionan indicando su posición, sin considerar el tipo de dato contenido en la misma.
• La ejecución se produce siguiendo una secuencia de instrucción tras instrucción (a no ser que dicha secuencia se modifique explícitamente).

Módulo de E/S

Se requieren varios componentes adicionales para que el computador pueda funcionar:

• Los datos y las instrucciones deben introducirse en el sistema.
• Para eso se necesita algún tipo de módulo de entrada.
• Se necesita un medio para proporcionar los resultados, el módulo de salida.
• Globalmente, estos módulos se conocen con el nombre de componentes de E/S (Entrada/Salida).

Definiciones Clave

Unidad Central de Procesamiento (CPU)

El elemento que interpreta las instrucciones y procesa los datos de los programas de computadora.

Microprocesador Informático o Simplemente Procesador

Un circuito integrado que contiene todos los elementos de la CPU.

Señal de Reloj

Los procesadores están diseñados y operan según una señal de sincronización.

• Esta señal, conocida como señal de reloj, es una señal en forma de onda cuadrada periódica con una determinada frecuencia.
• Todas las operaciones hechas por el procesador las gobierna esta señal de reloj.

Requisitos que ha de Cumplir el Procesador

• Captar instrucción: El procesador lee una instrucción de la memoria (registro, caché o memoria principal).
• Interpretar instrucción: La instrucción se decodifica para determinar qué acción es necesaria.
• Captar datos: La ejecución de una instrucción puede exigir leer datos de la memoria o de un módulo de E/S.
• Procesar datos: La ejecución de una instrucción puede exigir llevar a cabo alguna operación aritmética o lógica con los datos.
• Escribir datos: Los resultados de una ejecución pueden exigir escribir datos en la memoria o en un módulo de E/S.

Componentes Principales del Procesador

• Un conjunto de registros: Espacio de almacenamiento temporal de datos e instrucciones dentro del procesador.
• Unidad Aritmética y Lógica o ALU: Circuito que hace un conjunto de operaciones aritméticas y lógicas con los datos almacenados dentro del procesador.
• Unidad de Control: Circuito que controla el funcionamiento de todos los componentes del procesador. Controla el movimiento de datos e instrucciones dentro y fuera del procesador y también las operaciones de la ALU.