Estructura de computadores

Introducción:

Cualquier trabajo humano requiere de tareas repetitivas, monótonas y que pueden automatizarse. Las herramientas permiten obtener mejores rendimientos del esfuerzo humano y permiten al ser humano realizar cada vez menos tareas tediosas y más tareas productivas. Los cálculos también pueden ser monótonos y repetitivos. A finales del siglo XIX, los gobiernos, ejércitos y empresas necesitaban procesar cantidades ingentes de información. El censo de un país podía durar lustros. Resulta que todas estas tareas se pueden dividir en muchas subtareas muy simples. Estas subtareas son tan simples que coinciden con las de otras tareas que son muy diferentes. Por ejemplo, realizar cálculos de trayectoria de misiles es muy diferente a calcular intereses en un banco. Pero comparten subtareas comunes: sumar, restar, multiplicar, guardar los resultados... La diferencia son los datos introducidos y el orden en que se ejecutan estas subtareas. Podemos definir la informática como el tratamiento automático de la información. A ese tratamiento se le denomina procesamiento. Los datos aportan conocimiento, a partir de los datos y un cierto proceso, se puede obtener información. En cuanto al término computador u ordenador son indistintos. El primero hace más referencia a la capacidad de cálculo y el segundo a la capacidad de procesar la información. La diferencia entre el computador y otras máquinas es que este es programable. Un computador en principio no está especializado en hacer algo en concreto. Sino que espera a que alguien le diga los datos y las instrucciones que debe hacer. Es decir: lo programe. Un programa es un conjunto de instrucciones que se le mandan al ordenador para que este las ejecute. Estas instrucciones están ordenadas secuencialmente, ya que el ordenador sólo es capaz de ejecutarlas de una en una. Un ordenador, por tanto, recibe datos de entrada, que es la información original. Los procesa siguiendo las órdenes del programa y devuelve unos datos de salida, la información derivada. Hoy en día existen muchos tipos de ordenadores digitales. Casi todas las máquinas que realizan algo de forma automática disponen de un ordenador en su interior. Algunos de estos ordenadores son muy pequeños, otros tienen las capacidades muy limitadas, otros son los llamados supercomputadores que son capaces de realizar cálculos muy complejos y otros, los más comunes son los ordenadores personales. Todos ellos tienen una serie de características comunes que hacen que funcionen de una forma parecida. Estas características son comunes en cualquier ordenador digital y se definen en la arquitectura de computadores. La arquitectura fundamental de los computadores actuales es la publicada por Von Neumann a principios de los años 40. A pesar de la espectacular evolución de los mismos, los fundamentos han permanecido invariables durante estos años. Esta evolución, ilustrada perfectamente en la ley de Moore (que asegura que velocidad se duplicaría cada año y se ha cumplido casi exactamente hasta hoy), ha hecho que los ordenadores sean más pequeños, más rápidos y almacenen más información. En 1970, la invención del microprocesador hizo posible una mayor integración y nacieron los ordenadores modernos. A principio de los 80 surgieron los primeros ordenadores personales y con ellos un nuevo mercado orientado al ocio y la comunicación. La arquitectura de computadores es un tema teórico, cuyas relaciones con los ordenadores reales dependen de los diseñadores actuales de hardware. Sin embargo, es importante conocerla, ya que, sin entrar en características particulares de los dispositivos reales, constituye la base teórica sobre la que estos se construyen. Entendemos un ordenador digital como la máquina que a partir de unos datos y unas órdenes, los procesa y saca otros datos. Para ello necesita unos dispositivos de entrada y salida, una memoria y un procesador de la información.

Estructura básica de un ordenador.

Un ordenador digital tiene 3 partes fundamentales: La memoria, la unidad central de proceso y la unidad de entrada y salida. Estas partes de comunican por medio de los buses. Según la arquitectura Von Neumann; la memoria, la CPU y los sistemas de entrada y salida están conectados al un mismo bus.

Un ordenador ejecuta programas, que son un conjunto de instrucciones y datos que se ejecutan de forma secuencial y que a partir de unos datos de entrada producen un a salida. Para ejecutar esos programas el ordenador sigue esta estructura básica:

• Busca cual es la siguiente instrucción a ejecutar.
• Decodifica la instrucción
• Busca los operandos
• Realiza la operación
• Y almacena el resultado.

Como se puede entender, esas instrucciones han de ser precisas y previamente conocidas por el ordenador. Las instrucciones, los operandos y el resultado están en la memoria, el procesador es el encargado de la ejecución de las mismas. Los programas en la memoria están almacenados en Lenguaje máquina. Pero para programarlos existen lenguajes de más alto nivel que son más fácilmente entendibles por los humanos y que agilizan la programación. Los programas compiladores se encargan luego de transformarlo a lenguaje máquina.