Arquitectura de computadoras. Modelos de computadoras

Resumen. El siguiente reporte es una investigación sobre la arquitectura de una computadora, la cual tiene por objetivo dar a conocer internamente a un computador. Desde sus partes internas tanto como externas y las funciones que tiene cada una de ellas.

Introducción.  Una arquitectura de computadora es la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es una descripción funcional, un modelo de los requerimientos e implementaciones de diseño para varias partes de una computadora.

1. ARQUITECTURA DE CÓMPUTO.

1.1Modelos de computadoras.

1. Clásicas.

Existen dos tipos de arquitecturas clásicas, las cuales son el modelo de Von Neumann y Hardvard. El modelo clásico de arquitectura de computadoras fue diseñado por  Von Neumann la cual se conforma de los siguientes elementos: dispositivos de entrada, de proceso, de almacenamiento y de salida. Esta arquitectura se desarrolló en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Von Neumann asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la misma unidad de memoria en la que los datos van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se encuentran almacenados en memoria. El modelo de Harvard al igual que la de Neumann se almacena como código numérico en la memoria, pero Harvard no las almacena en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos. En la siguiente imagen se aprecia el modelo de Von Neumann

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En esta imagen le pertenece al modelo de Harvard

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1. Modelos segmentados (Pipeline).

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Las arquitecturas segmentadas aumentan el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones. Descomponiéndolo en etapas para poder procesar una instrucción diferente y así trabajar con varias a la vez. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute. Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen sobre el otro extremo. De esto proviene el nombre Pipelining o entubamiento.

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1. De Multiprocesamiento.

En este modelo de arquitectura como su nombre lo indica permite que dos o más procesadores compartan una memoria central. Un punto importante que los caracteriza es que así como los microprocesadores comparten el acceso a dicha memoria, así mismo compiten por una igualdad para dicho acceso. Un computador se conforma por microprocesadores independientes los cuales tienden a comunicarse por la memoria a través de un bus compartido.

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1. ANALISIS DE LOS COMPONENTES.

1. CPU

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La Unidad Central de Proceso es el lugar donde se realizan las operaciones de cálculo y control de los componentes que forman la totalidad del conjunto del sistema informático. También  procesa  información la cual llega al ordenador. Todo este proceso de intercambio de información se realiza por medio de los periféricos y la CPU. Los periféricos pueden ser de entrada, salida, comunicaciones y entrada-salida.  

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El microprocesador central de la computadora se divide en:

1. ARQUITECTURAS.

Todo CPU se divide en 3 subunidades las cuales son, la unidad de control que se encarga de manejar y coordinar todas las operaciones del sistema informático. La ULA que sus siglas significan; Unidad Lógica Aritmética esta realiza funciones aritméticas como son las sumas. Y por último los registros que son los que se dedican a almacenar datos en el CPU.

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1. TIPOS

-Supercomputadoras: Una supercomputadora está diseñada para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica. Cuentan con un control de temperatura especial.
-Macrocomputadoras: También conocidas como Mainframes. Éstas macrocomputadoras son grandes rápidos y caros. Cuentan con sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida. Los mainframes son más poderosos que las supercomputadoras porque soportan más programas simultáneamente, pero las supercomputadoras ejecutan un solo programa más rápido que un mainframe.
-Minicomputadoras: Surgen en 1960 como una versión más pequeña de la macrocomputadora. Una minicomputadora es un sistema de multiproceso (varios procesos en paralelo) puede soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Actualmente la usan para almacenar grandes bases de datos.
-Microcomputadoras o PC’s: Las microcomputadoras o computadoras personales (PC’s) se originan a partir de la creación de los microprocesadores. Un microprocesador es como una computadora en un chip, es decir un circuito integrado independiente. Las PC’S son para uso personal y relativamente son baratas. Actualmente las encontramos en oficinas, escuelas y hogares.

1. CARACTERISTICAS

Dentro de las características más importantes tenemos las siguientes:

Modelo del programador (Conjunto de registros que el programador puede utilizar), forman el modelo mental del CPU que el programador utiliza al programar en ensamblador.

Conjunto de instrucciones que puede ejecutar el CPU

Modos de direccionamiento que pueden usarse para obtener los operandos de las instrucciones.

Ciclo de instrucción (el conjunto de pasos que realiza el CPU para procesar cada instrucción)

Buses de interconexión, usados para que el CPU lea y escriba a la memoria y a los dispositivos de entrada y salida.

1. FUNCIONAMIENTO (ALU, unidad de control, Registros y buses internos).

• Unidad de control. Es el centro lógico de una computadora pues todos los recursos de una computadora son administrados en la unidad de control, acá es donde se dirigen los flujos de datos. Cabe mencionar que cada instrucción es expresada en micro código.
• Unidad lógica-aritmética. Es donde se Almacena  datos que son de tipo numérico, la Unidad Lógica Aritmética sólo realiza dos tipos de operaciones: las operaciones aritméticas y las operaciones lógicas. Es por ello que gran parte del procesamiento involucra la comparación de números o la realización de operaciones matemáticas.

Registros. De propósito general: Algunos registros son de propósito general (o registros multipropósito), mientras que otros tienen propósitos especiales.

De segmento de memoria: Estos registros adicionales generan direcciones de memoria cuando se combinan con otros registros en el microprocesador.

De instrucciones: EIP (apuntador de instrucciones) direcciona la siguiente instrucción en una sección de memoria definida como segmento de código. Este registro es IP (16 bits) cuando el microprocesador opera en modo real y EIP (32 bits) cuando el 80386 y superiores operan en modo protegido. El apuntador de instrucciones puede modificarse mediante un salto (jump) o una instrucción de llamada (call).

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