Sistemes Informàtics: CPU, Memòria i Busos Essencials

Sistemes Informàtics: Components Essencials i Funcionament

Un sistema informàtic (SI) és un sistema que permet emmagatzemar i processar informació. Ens referim, per tant, al conjunt de parts interrelacionades: hardware, software i personal informàtic. Es tracta de sistemes microprogramables basats en microprocessadors o en microcontroladors.

Automatisme: Definició

Sistema electrotècnic capaç de realitzar seqüències lògiques sense la intervenció de l’home.

Sistemes amb Microprocessadors

Sistemes basats en CPU + memòria. La CPU executa les instruccions emmagatzemades en memòria. La comunicació amb la memòria es realitza mitjançant busos. Ofereixen gran flexibilitat a costos reduïts i la possibilitat de modificar les instruccions emmagatzemades.

Sistemes amb Microcontroladors

Basats en microprocessadors: CPU + memòria + unitats d’entrada i sortida integrats en el mateix Circuit Imprès (CI). Són més flexibles i més barats que els microprocessadors, a més de ser més petits i tenir un menor consum energètic.

La Unitat Central de Processament (CPU)

La CPU (Central Processing Unit) és la part més important d’un sistema informàtic. És el component del hardware on s’interpreten i s’executen totes les instruccions i es generen les diferents funcions de control necessàries per gestionar tot el sistema. Les seves funcions principals inclouen:

• Coordinar l’execució de les instruccions del programa.
• Gestionar l’accés a memòria de programa i dades.
• Generar els senyals de control de la resta de sistemes.
• Executar els càlculs.

Components Principals de la CPU

1. Unitat Aritmètico-Lògica (ALU)
2. Registres de memòria: Emmagatzematge temporal de dades d’accés ràpid i d’ús en les operacions de la ALU.

Característiques Clau de la CPU

3. Longitud de paraula: És el nombre de bits que podrà processar alhora. La longitud de paraula determina la pila de registres de la CPU i influeix en la velocitat del sistema. Els processadors poden ser de 8, 16, 32 o 64 bits.
4. Freqüència de rellotge o velocitat de procés: La CPU utilitza un senyal de rellotge per controlar la velocitat a la qual s’executen les instruccions, es transfereixen les dades, etc. Aquesta velocitat s’expressa en MHz i GHz.
5. Repertori d’instruccions: Indica el nombre màxim d’instruccions que té gravades la Unitat de Control de la CPU i depèn de la longitud de paraula de la CPU. Les instruccions poden ser aritmètiques, lògiques, per transferir dades, de control, transformació de dades, entre d'altres.
6. Memòria cau (caché): És un tipus de memòria intermèdia de la CPU que té com a objectiu reduir el temps d’accés a la memòria. Les dades més utilitzades o més recents es guarden a la memòria cau (més ràpida) i, d’aquesta manera, no cal anar-les a buscar a la memòria principal.
7. Consum energètic o energia dissipada (TDP): Donat que es tracta d’un consum elevat, s’ha de tenir en compte el consum i el rendiment de la CPU que ens proporciona el fabricant.
8. Tipus de busos de comunicació.

La Memòria en Sistemes Informàtics

Les memòries són dispositius d’emmagatzematge de dades binàries. La unitat mínima d’informació és el bit. Normalment treballem amb bytes (agrupacions de 8 bits). La unitat completa d’informació es denomina paraula i, normalment, consta d’un o més bytes. Cada element de memòria capaç d’emmagatzemar un bit s’anomena cel·la de memòria (circuit electrònic, biestable). Per a guardar de forma simultània un conjunt de bits (word, nibble...) necessitem agrupar tantes cel·les de memòria com bits, formant un registre. Cada registre s’anomena posició de memòria, que identifiquem mitjançant l’adreça de memòria (binari). Per accedir a una determinada posició de memòria, s’ha d’activar l’adreça que l’identifica.

Operacions Bàsiques de la Memòria

La memòria realitza dues operacions bàsiques:

• Lectura: Detecta la paraula binària emmagatzemada a una determinada adreça de memòria i l’envia a un altre dispositiu.
• Escriptura: Es col·loca una nova paraula en una adreça de memòria específica.

Els Busos de Comunicació

Un bus és un conjunt de connexions físiques (cables, plaques de circuit imprès, etc.) que poden compartir-se amb els diferents components del hardware per tal que es comuniquin entre ells. Els busos estan formats per fils conductors que transporten informació del mateix tipus. El nombre de línies (fils) que componen el bus indica l’amplada del bus.

Tipus de Busos

• Bus d’adreces (address bus)
• Bus de dades (data bus)
• Bus de control (control bus)