Arquitectura De La Computadora

ARQUITECTURA DE LA COMPUTADORA

Centrándonos en los ordenadores sobre los que vamos a trabajar desarrollaré a grandes rasgos la arquitectura Von Newman que, si bien no es la primera en aparecer, sí que lo hizo prácticamente desde el comienzo de los ordenadores y se sigue desarrollando actualmente. Claro es que está siendo desplazada por otra que permiten una mayor velocidad de proceso, la RISC.

En los primeros tiempos de los ordenadores, con sistemas de numeración decimal, una electrónica sumamente complicada muy susceptible a fallos y un sistema de programación cableado o mediante fichas, Von Newman propuso dos conceptos básicos que revolucionarían la incipiente informática:

a) La utilización del sistema de numeración binario. Simplificaba enormemente los problemas que la implementación electrónica de las operaciones y funciones lógicas planteaban, a la vez proporcionaba una mayor inmunidad a los fallos (electrónica digital).

b) Almacenamiento de la secuencia de instrucciones de que consta el programa en una memoria interna, fácilmente accesible, junto con los datos que referencia. De este forma la velocidad de proceso experimenta un considerable incremento; recordemos que anteriormente una instrucción o un dato estaban codificados en una ficha en el mejor de los casos.

Tomando como modelo las máquinas que aparecieron incorporando las anteriores características, el ordenador se puede considerar compuesto por las siguientes partes:

- La Unidad Central de Proceso, U.C.P., más conocida por sus siglas en inglés (CPU).

- La Memoria Interna, MI.

- Unidad de Entrada y Salida, E/S.

- Memoria masiva Externa, ME.

Realicemos a continuación una descripción de lo que se entiende por cada una de estas partes y cómo están relacionadas entre si:

- La Unidad Central de Proceso (CPU) viene a ser el cerebro del ordenador y tiene por misión efectuar las operaciones aritmético-lógicas y controlar las transferencias de información a realizar.

- La Memoria Interna (MI) contiene el conjunto de instrucciones que ejecuta la CPU en el transcurso de un programa. Es también donde se almacenan temporalmente las variables del mismo, todos los datos que se precisan y todos los resultados que devuelve.

- Unidades de entrada y salida (E/S) o Input/Output (I/O): son las encargadas de la comunicación de la máquina con el exterior, proporcionando al operador una forma de introducir al ordenador tanto los programas como los datos y obtener los resultados.

Como es de suponer, estas tres partes principales de que consta el ordenador deben estar íntimamente conectadas; aparece en este momento el concepto de bus: el bus es un conjunto de líneas que enlazan los distintos componentes del ordenador, por ellas se realiza la transferencia de datos entre todos sus elementos.

Se distinguen tres tipos de bus:

- De control: forman parte de él las líneas que seleccionan desde dónde y hacia dónde va dirigida la información, también las que marcan la secuencia de los pasos a seguir para dicha transferencia.

- De datos: por él, de forma bidireccional, fluyen los datos entre las distintas partes del ordenador.

- De direcciones: como vimos, la memoria está dividida en pequeñas unidades de almacenamiento que contienen las instrucciones del programa y los datos. El bus de direcciones consta de un conjunto de líneas que permite seleccionar de qué posición de la memoria se quiere leer su contenido. También direcciona los puertos de E/S.

La forma de operar del ordenador en su conjunto es direccionar una posición de la memoria en busca de una instrucción mediante el bus de direcciones, llevar la instrucción a la unidad central de proceso -CPU- por medio del bus de datos, marcando la secuencia de la transferencia el bus de control. En la CPU la instrucción se decodifica, interpretando qué operandos necesita: si son de memoria, es necesario llevarles a la CPU; una vez que la operación es realizada, si es preciso se devuelve el resultado a la memoria.

MEMORIA RAM

La memoria RAM (Random Access Memory Module o memoria de acceso aleatorio) es un tipo de memoria que utilizan los ordenadores para almacenar los datos y programas a los que necesita tener un rápido acceso.

Se trata de una memoria de tipo volátil, es decir, que se borra cuando apagamos el ordenador, aunque también hay memorias RAM no volátiles (como por ejemplo las memorias de tipo flash.

Los datos almacenados en la memoria RAM no sólo se borran cuando apagamos el ordenador, sino que tambien deben eliminarse de esta cuando dejamos de utilizarlos (por ejemplo, cuando cerramos el fichero que contiene estos datos).

Estas memorias tienen unos tiempos de acceso y un ancho de banda mucho más rápido que el disco duro, por lo que se han convertido en un factor determinante para la velocidad de un ordenador. Esto quiere decir que, dentro de unos límites, un ordenador irá más rápido cuanta mayor sea la cantidad de memoria RAM que tenga instalada, expresada en MegaBytes o GigaBytes.

Los chips de memoria suelen ir conectados a unas plaquitas denominadas módulos, pero no siempre esto ha sido así, ya que hasta los ordenadores del tipo 8086 los chips de memoria RAM estaban soldados directamente a la placa base.

Con los ordenadores del tipo 80386 aparecen las primeras memorias en módulos, conectados a la placa base mediante zócalos, normalmente denominados bancos de memoria, y con la posibilidad de ampliarla (esto, con los ordenadores anteriores, era prácticamente imposible).

Los primeros módulos utilizados fueron los denominados SIMM (Single In-line Memory Module). Estos módulos tenían los contactos en una sola de sus caras y podían ser de 30 contactos (los primeros), que posteriormente pasaron a ser de 72 contactos.

Módulos SIMM. Podemos ver a la Izda. un módulo de 30 contactos y a la drcha. uno de 72 contactos.

Este tipo de módulo de memoria fue sustituido por los módulos del tipo DIMM (Dual In-line Memory Module), que es el tipo de memoria que se sigue utilizando en la actualidad.

Esta clasificación se refiere exclusivamente a la posición de los contactos.

En cuanto a los tipos de memoria, la clasificación que podemos hacer es la siguiente:

DRAM:

Las memorias DRAM (Dynamic RAM) fueron las utilizadas en los primeros módulos (tanto en los SIMM como en los primeros DIMM). Es un tipo de memoria más barata que la SDRAM, pero también bastante más lenta, por lo que con el paso del tiempo ha dejado de utilizarse. Esta memoria es del tipo asíncronas, es decir, que iban a diferente velocidad que el sistema, y sus tiempos de refresco eran bastante altos (del orden de entre 80ns y 70ns), llegando en sus últimas versiones, las memorias EDO-RAM a unos tiempos de refresco de entre 40ns y 30ns.

SDRAM:

Las memorias SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) son las utilizadas actualmente (aunque por SDRAM se suele identificar a un tipo concreto de módulos, en realidad todos los módulos actuales son SDRAM).

Son un tipo de memorias síncronas, es decir, que van a la misma velocidad del sistema, con unos tiempos de acceso que en los tipos más recientes son inferiores a los 10ns, llegando a los 5ns en los más rápidos.

Las memorias SDRAM se dividen a su vez en varios tipos

SDR:

Módulo SDR. Se pueden ver las dos muescas de posicionamiento.

Los módulos SDR (Single Data Rate) son los conocidos normalmente como SDRAM, aunque, como ya hemos dicho, todas las memorias actuales son SDRAM.

Se trata de módulos del tipo DIMM, de 168 contactos, y con una velocidad de bus de memoria que va desde los 66MHz a los 133MHz. Estos módulos realizan un acceso por ciclo de reloj.

Empiezan a utilizarse con los Pentium II y su utilización llega hasta la salida de los Pentium 4 de Intel y los procesadores Athlon XP de AMD, aunque las primeras versiones de este último podían utilizar memorias SDR.

Este tipo de módulos se denominan por su frecuencia, es decir, PC66, PC100 o PC133.

DDR:

Módulo DDR. Vemos que tiene una sola muesca de posicionamiento, situada a la derecha del centro del módulo.

Los módulos DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) son una evolución de los módulos SDR. Se trata de módulos del tipo DIMM, de 184 contactos y 64bits, con una velocidad de bus de memoria de entre 100MHz y 200MHz, pero al realizar dos accesos por ciclo de reloj las velocidades efectivas de trabajo se sitúan entre los 200MHz y los 400MHz. Este es un punto que a veces lleva a una cierta confusión, ya que tanto las placas base como los programas de información de sistemas las reconocen unas veces por su velocidad nominal y otras por su velocidad efectiva.

Comienzan a utilizarse con la salida de los Pentium 4 y Thlon XP, tras el fracasado intento por parte de Intel de imponer para los P4 un tipo de memoria denominado RIMM, que pasó con más pena que gloria y tan sólo llegó a utilizarse en las primeras versiones

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