Estructura funcional de un ordenador
Elementos funcionales de un ordenador digital.
La arquitectura de un computador define su comportamiento funcional. El modelo básico de arquitectura empleada en los computadores digitales fue establecido en 1946 por John Von Neumann.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN ORDENADOR
La arquitectura de un computador define su comportamiento funcional. El modelo básico de arquitectura empleada en los computadores digitales fue establecido en 1946 por John Von Neumann. La principal aportación de este modelo consiste en construir una computadora con el programa almacenado. La idea de Von Neumann consistió en conectar permanentemente las unidades de la computadora, siendo coordinado su funcionamiento bajo un control central. Esta arquitectura es todavía, aunque con pequeñas modificaciones la que se emplea en la actualidad. La figura muestra la estructura general de un computador según Von Neumann.
FUNCIONAMIENTO EN CONJUNTO
Desde un punto de vista físico, los componentes de un sistema informático pueden ser los siguientes:
Unidad central de proceso: se compone de unidad de control, los registros (elementos de memorización relativa al programa que se está ejecutando y al control del propio procesador) y la unidad aritmético-lógica de un computador, esto es, el bloque que descodifica y ejecuta las instrucciones que se encuentran ubicadas en memoria
.
Unidad aritmético-lógica: permite realizar una serie de operaciones elementales tales como suma, resta, and, or, etc. Los datos sobre los que opera esta unidad provienen de la memoria principal y pueden estar almacenados de forma temporal en alguno de los registros de la propia unidad aritmético-lógica.
Unidad de control: se encarga de leer, una tras otra, las instrucciones de máquina almacenadas en la memoria principal, y de generar las señales de control necesarias para que todo el computador funcione y ejecute las instrucciones leídas. En el contador de programa se almacena la posición de memoria de la instrucción por ejecutar. Las señales de control se han representado en el diagrama con líneas discontinuas.
Buses: caminos a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan entre las distintas unidades del ordenador.
Memoria principal: es una unidad dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Cada celda suele estar formada por un conjunto de puntos de memoria o bits que son el elemento básico de información y cuyos valores, corresponden a estados de tensión diferenciados. Todas las celdas tienen el mismo número de bits y se emplean tanto para el almacenamiento de datos como de instrucciones de máquina.
Unidad de entrada/salida: realiza la transferencia de información con unas unidades exteriores llamadas periféricos, lo que permite, entre otras cosas, cargar datos y programas en la memoria principal y sacar resultados impresos.
Unidades periféricas: dentro de ellas podemos distinguir dos grandes grupos, por una parte las memorias auxiliares, que sirven de soporte de almacenamiento de gran capacidad y como medio de comunicación con el interior del sistema. Por otra parte, disponemos de las unidades que permiten las comunicaciones entre el sistema y el mundo exterior (impresoras, escáneres, pantallas, …).
Canal: gestiona la transferencia de información entres las unidades periféricas y la memoria central.
Antes de profundizar en la descripción de cada componente es preciso entender cómo interactúan entre sí durante la ejecución de un programa, tarea principal para la que un ordenador fue pensado.
Un programa es un conjunto de instrucciones que son almacenadas secuencialmente en posiciones o direcciones sucesivas de memoria y que serán ejecutadas una tras otra.
El funcionamiento de un ordenador consistirá en ir extrayendo sucesivamente instrucciones de la memoria, interpretarlas, extraer de la memoria los operandos implicados en la operación, enviarlos a la unidad que realiza las operaciones y hallar el resultado. Este proceso se describe más formalmente mediante las fases de ejecución de una instrucción:
LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP/CPU)
La unidad central de proceso es el conjunto formado por la unidad de control, los registros y la unidad aritmético-lógica de un computador.
La CPU trabaja interpretando y ejecutando instrucciones contenidas en un programa. Estos programas están almacenados en lenguaje de máquina. Este lenguaje es muy restringido (bajo nivel) y está compuesto por una serie de instrucciones (de máquina) cuyo conjunto se denomina juego de instruccionesde un computador.
La unidad aritmético-lógica
Es la encargada de tratar los datos, ejecutando las operaciones requeridas conforme al programa en curso. La unidad de control le envía los datos correspondientes y le indica qué operación debe realizar. Las operaciones que esta unidad es capaz de realizar son muy elementales, de hecho, muchos computadores basan su unidad aritmética en un simple sumador restador, de manera que todas las tareas que debe realizar son descompuestas en pasos elementales para que la UAL sea capaz de ejecutarlos.
La unidad de control
El objetivo de la unidad de control es monitorizar el funcionamiento de todo el computador dirigiendo la información a las unidades o elementos precisos en el momento adecuado y dando unas órdenes oportunas para que se realicen las acciones pertinentes (memorizar, sumar, etcétera). Todo ello lo hace en la unidad de control, analizando o interpretando el código de operación y el modo de direccionamiento de la instrucción en curso.En función de este análisis genera todas las señales de control que gobierna el funcionamiento de los distintos elementos del computador. En definitiva, podemos decir que la unidad de control capta las instrucciones, las interpreta, capta los operandos y los lleva a circuitos adecuados de la unidad de procesamiento, envía las señales oportunas a la entidad aritmética-lógica para completar las operaciones implicadas en la instrucción y ordena el almacenamiento de los resultados en el destino correspondiente.
UNIDADES DE ENTRADA / SALIDA
El concepto de entrada y salida hace referencia a toda comunicación o intercambio de información entre la CPYU o la memoria central con el exterior. La parte del equipo que permite esta comunicación es la unidad de E/S.
Periféricos: son dispositivos electromecánicos, electromagnéticos o electrónicos que permiten la comunicación directa con el mundo exterior. Distinguimos dos tipos:
- Periféricos de memoria secundaria y auxiliar: son dispositivos de almacenamiento masivo que contienen información que para ser procesada deberá ser trasladada a la memoria principal del ordenador. Por ejemplo: tambores, cintas, discos flexibles, etc.
- Periféricos de entrada y/o salida de datos en modo local: impresoras, pantallas CRT, etc. que se pueden usar para la interacción con seres humanos o con otros dispositivos electrónicos.
1. Estructura funcional de un ordenador
Elementos funcionales de un ordenador digital.
La arquitectura de un computador define su comportamiento funcional. El modelo básico de arquitectura empleada en los computadores digitales fue establecido en 1946 por John Von Neumann.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN ORDENADOR
La arquitectura de un computador define su comportamiento funcional. El modelo básico de arquitectura empleada en los computadores digitales fue establecido en 1946 por John Von Neumann. La principal aportación de este modelo consiste en construir una computadora con el programa almacenado. La idea de Von Neumann consistió en conectar permanentemente las unidades de la computadora, siendo coordinado su funcionamiento bajo un control central. Esta arquitectura es todavía, aunque con pequeñas modificaciones la que se emplea en la actualidad. La figura muestra la estructura general de un computador según Von Neumann.
FUNCIONAMIENTO EN CONJUNTO
Desde un punto de vista físico, los componentes de un sistema informático pueden ser los siguientes:
Unidad central de proceso: se compone de unidad de control, los registros (elementos de memorización relativa al programa que se está ejecutando y al control del propio procesador) y la unidad aritmético-lógica de un computador, esto es, el bloque que descodifica y ejecuta las instrucciones que se encuentran ubicadas en memoria
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Unidad aritmético-lógica: permite realizar una serie de operaciones elementales tales como suma, resta, and, or, etc. Los datos sobre los que opera esta unidad provienen de la memoria principal y pueden estar almacenados de forma temporal en alguno de los registros de la propia unidad aritmético-lógica.
Unidad de control: se encarga de leer, una tras otra, las instrucciones de máquina almacenadas en la memoria principal, y de generar las señales de control necesarias para que todo el computador funcione y ejecute las instrucciones leídas. En el contador de programa se almacena la posición de memoria de la instrucción por ejecutar. Las señales de control se han representado en el diagrama con líneas discontinuas.
Buses: caminos a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan entre las distintas unidades del ordenador.
Memoria principal: es una unidad dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Cada celda suele estar formada por un conjunto de puntos de memoria o bits que son el elemento básico de información y cuyos valores, corresponden a estados de tensión diferenciados. Todas las celdas tienen el mismo número de bits y se emplean tanto para el almacenamiento de datos como de instrucciones de máquina.
Unidad de entrada/salida: realiza la transferencia de información con unas unidades exteriores llamadas periféricos, lo que permite, entre otras cosas, cargar datos y programas en la memoria principal y sacar resultados impresos.
Unidades periféricas: dentro de ellas podemos distinguir dos grandes grupos, por una parte las memorias auxiliares, que sirven de soporte de almacenamiento de gran capacidad y como medio de comunicación con el interior del sistema. Por otra parte, disponemos de las unidades que permiten las comunicaciones entre el sistema y el mundo exterior (impresoras, escáneres, pantallas, …).
Canal: gestiona la transferencia de información entres las unidades periféricas y la memoria central.
Antes de profundizar en la descripción de cada componente es preciso entender cómo interactúan entre sí durante la ejecución de un programa, tarea principal para la que un ordenador fue pensado.
Un programa es un conjunto de instrucciones que son almacenadas secuencialmente en posiciones o direcciones sucesivas de memoria y que serán ejecutadas una tras otra.
El funcionamiento de un ordenador consistirá en ir extrayendo sucesivamente instrucciones de la memoria, interpretarlas, extraer de la memoria los operandos implicados en la operación, enviarlos a la unidad que realiza las operaciones y hallar el resultado. Este proceso se describe más formalmente mediante las fases de ejecución de una instrucción:
LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP/CPU)
La unidad central de proceso es el conjunto formado por la unidad de control, los registros y la unidad aritmético-lógica de un computador.
La CPU trabaja interpretando y ejecutando instrucciones contenidas en un programa. Estos programas están almacenados en lenguaje de máquina. Este lenguaje es muy restringido (bajo nivel) y está compuesto por una serie de instrucciones (de máquina) cuyo conjunto se denomina juego de instruccionesde un computador.
La unidad aritmético-lógica
Es la encargada de tratar los datos, ejecutando las operaciones requeridas conforme al programa en curso. La unidad de control le envía los datos correspondientes y le indica qué operación debe realizar. Las operaciones que esta unidad es capaz de realizar son muy elementales, de hecho, muchos computadores basan su unidad aritmética en un simple sumador restador, de manera que todas las tareas que debe realizar son descompuestas en pasos elementales para que la UAL sea capaz de ejecutarlos.
La unidad de control
El objetivo de la unidad de control es monitorizar el funcionamiento de todo el computador dirigiendo la información a las unidades o elementos precisos en el momento adecuado y dando unas órdenes oportunas para que se realicen las acciones pertinentes (memorizar, sumar, etcétera). Todo ello lo hace en la unidad de control, analizando o interpretando el código de operación y el modo de direccionamiento de la instrucción en curso.En función de este análisis genera todas las señales de control que gobierna el funcionamiento de los distintos elementos del computador. En definitiva, podemos decir que la unidad de control capta las instrucciones, las interpreta, capta los operandos y los lleva a circuitos adecuados de la unidad de procesamiento, envía las señales oportunas a la entidad aritmética-lógica para completar las operaciones implicadas en la instrucción y ordena el almacenamiento de los resultados en el destino correspondiente.
UNIDADES DE ENTRADA / SALIDA
El concepto de entrada y salida hace referencia a toda comunicación o intercambio de información entre la CPYU o la memoria central con el exterior. La parte del equipo que permite esta comunicación es la unidad de E/S.
Periféricos: son dispositivos electromecánicos, electromagnéticos o electrónicos que permiten la comunicación directa con el mundo exterior. Distinguimos dos tipos:
- Periféricos de memoria secundaria y auxiliar: son dispositivos de almacenamiento masivo que contienen información que para ser procesada deberá ser trasladada a la memoria principal del ordenador. Por ejemplo: tambores, cintas, discos flexibles, etc.
- Periféricos de entrada y/o salida de datos en modo local: impresoras, pantallas CRT, etc. que se pueden usar para la interacción con seres humanos o con otros dispositivos electrónicos.