Introducción a la Arquitectura de Computadoras: Conceptos Fundamentales y la Arquitectura de Von Neumann

1. Introducción a Conceptos Básicos de Informática

Un sistema informático está compuesto por:

1. Hardware: Es la parte tangible, componentes que podemos montar y desmontar. Ej: La placa base.
2. Software: Es la parte no tangible, elementos que no se pueden tocar, pero que al encender el PC, permiten que este funcione, que podamos realizar cálculos o escritos. Ej: Windows.
3. Componente Humano: Es la parte que hace referencia a la persona que usa el ordenador, ya sea creando software o como usuario terminal.

3. Elementos Funcionales de un Ordenador Digital

Definimos un ordenador como un dispositivo electrónico, capaz de recibir datos de entrada y transformarlos convenientemente para obtener determinados resultados.

4. Arquitectura de un Ordenador

La arquitectura de un ordenador define su comportamiento funcional. Se establecen una serie de componentes que hacen que el sistema realice las operaciones siguiendo unas determinadas pautas.

4.1. Arquitectura de Von Neumann

1. Su funcionamiento básico sería: buscar un programa en la memoria principal, una vez encontrado, se va pasando instrucción a instrucción a la unidad central de proceso, donde se realizan las operaciones necesarias.
2. Las computadoras con esta arquitectura constan de cinco partes: La unidad aritmética-lógica, la unidad de control, la memoria (RAM), un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos.
3. El concepto se recalcó a partir del memorando «First Draft of a Report on the EDVAC».
4. Dicho documento fue redactado en vistas a la construcción del sucesor de la computadora ENIAC y desarrollado por John Presper Eckert.

4.2. Unidades Funcionales del Ordenador Digital

La arquitectura de Von Neumann se fundamenta en 3 ideas claves:

1. Primera idea: En la memoria de un ordenador se almacenan simultáneamente datos e instrucciones.
2. Se puede acceder a la información contenida en la memoria especificando la dirección donde se encuentra almacenada.
3. La ejecución de un programa se realiza de forma secuencial pasando de una instrucción a la que sigue inmediatamente.

4.2.1. Unidad de Control

Existen diferentes implementaciones de la unidad de control:

• Primer caso: los componentes principales son el circuito de lógica secuencial, el de control de estado, el de lógica combinacional y el de emisión de reconocimiento de señales de control.
• Segundo caso: la microprogramación de la unidad se encuentra en una micromemoria.
• Por último, en diseños de computadoras, la unidad de control es típicamente una parte interna de la CPU.

4.2.2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU)

1. Es un circuito digital que realiza las operaciones aritméticas y operaciones lógicas, entre dos números.
2. Los circuitos electrónicos más complejos están dentro de los chips de microprocesadores modernos. Estos procesadores tienen dentro de ellos una ALU muy compleja y potente.

4.2.3. Memoria

1. Es el dispositivo que retiene, memoriza o almacena datos informáticos durante algún intervalo de tiempo.
2. Proporciona una de las principales funciones de la computación moderna: el almacenamiento de información y conocimiento.
3. Componente fundamental de la computadora, que interconectada a la unidad central de procesamiento y los dispositivos de entrada/salida, implementa los fundamentos del modelo de computadora de la arquitectura de Von Neumann.

4.2.4. Memoria: Aclaraciones

1. Hoy en día, cuando hablamos de memoria nos solemos referir a una forma de almacenamiento de estado sólido, conocida como memoria RAM, que no es lo mismo que almacenamiento masivo (aunque es similar).
2. Existe una diferencia técnica importante y significativa entre «memoria» y «almacenamiento masivo», que se ha ido diluyendo por el uso histórico de los términos de almacenamiento masivo.

4.2.5. Periféricos

1. Designa al aparato o dispositivo auxiliar e independiente conectado a la unidad central de procesamiento de la computadora.
2. Se le consideran periféricos a las unidades o dispositivos de hardware a través de los cuales la computadora se comunica con el exterior, sirviendo como memoria auxiliar.

4.2.6. Clasificación de Periféricos

1. Las unidades de entrada/salida no siempre son individuales.
2. Unidad de Entrada: teclado…
3. Unidad de Salida: impresora…
4. La unidad de memoria masiva mixta, las que leen información de una cinta actúan como unidad de entrada y cuando escriben o graban información de la memoria central como unidad de salida.