Arquitectura de una computadora

Es un ordenador:

Numérico

Toda la información que se puede encontrar dentro de la computadora está codificada por un conjunto ordenado de ceros y unos.

Automático

Puede operar sin la intervención del operador al pasar de una operación a otra en la resolución de un determinado problema.

Secuencial

Debe seguir una serie ordenada de pasos para la resolución de cada problema.

Universal

Está capacitada para resolver cualquier tipo de problema que se plantee, dependiendo como esta plantada la máquina.

El sistema operativo supervisa y controla todas las actividades de entrada/salida y procesamiento de un sistema de computación.El sistema operativo distribuye y controla recursos limitados del equipo de cómputo. Están diseñados para hacer el mejor uso de los componentes de cada sistema de computación.

El conjunto de programas de control del sistema operativo trabaja en forma conjunta y está diseñado para maximizar la eficacia total, Este sistema supervisa todas las actividades, recabando programas especiales de sistema cuando sea necesario.

Los componentes del Sistema Operativo son 2:

Residentes:

Son componentes que residen permanentemente en la memoria central durante todo el procesamiento.

Transientes:

Residen sólo cuando se los necesita, estando almacenados en periféricos.

Funciones básicas del sistema operativo

Proveer servicios para la ejecución, administrar los recursos en proceso, obtener automáticamente la rutina apropiada y mantener la operación del computador.

Actuar como entorno de la aplicación, Supervisar mediante un conjunto de rutinas las operaciones del computador, controlar el desarrollo de las operaciones internas de la CPU.

Carga inicial del sistema operativo

Casi todas las máquinas tienen una parte de su S.O. en la ROM y lo demás se carga en memoria durante el proceso de arranque, La parte que reside siempre en memoria durante la ejecución de los distintos programas se llama residente o supervisor. Hay un primer programa especial, llamado IPL, que forma parte del S.O. cuya única misión es traer a la memoria al segundo y principal programa, el residente.

Este programa se comienza a ejecutar cumpliendo una serie de tareas que difieren de acuerdo al computador, entre ellas:

Pedir la fecha del día al operador

Permitir la ejecución de programas stand-alone

Recibir la configuración del equipo y la asignación de memoria a las particiones.

A diferencia de la RAM y la ROM, los dispositivos de almacenamiento secundario permiten que la computadora registre
información en forma semipermanente.

Procesamiento secuencial

Es el que se da en medios de almacenamiento en el cual el usuario debe pasar secuencialmente por la información, en el mismo orden en que fue grabada, hasta llegar al que le interesa. Un archivo secuencial se procesa de principio a fin.

Este tipo de procesamiento requiere de:

Un archivo maestro: fuente permanente de todos los datos

Un archivo de transacción: refleja la actividad diaria.

Procesamiento aleatorio

Se tiene acceso a los programas y datos deseados directamente del medio de almacenamiento.

La cinta pasa debajo de una cabeza de escritura/lectura y se realiza la operación ordenada. Una unidad de cinta se clasifica por la densidad con que los datos se pueden almacenar, así como por la velocidad de la cinta cuando pasa por debajo de la cabeza, éstas determinan la velocidad de transferencia o el número de caracteres por segundo que se pueden transmitir a la RAM.

Una cinta magnética puede almacenar enormes cantidades de información en un espacio pequeño y a un costo relativamente
bajo. La preferida es la DAT, Su desventaja es que se trata de un medio de acceso secuencial, por ello el uso principal es para el respaldo de datos y algunas otras operaciones en las cuales el tiempo no es un factor decisivo.

Por su capacidad de acceso aleatorio, son el medio más popular para almacenar datos.

Hay dos tipos:

Discos flexibles

Es una pequeña oblea de plástico flexible con sensibilidad magnética encerrada en un paquete de plástico, Es económico, práctico y confiable, pero no tiene la capacidad de almacenamiento ni la velocidad necesaria para trabajos de gran magnitud.

Discos duros

Es un disco rígido con sensibilidad magnética, que gira continuamente a gran velocidad dentro del chasis del computador, Contiene varios platos de disco rígidos apilados en un solo eje giratorio. El movimiento de rotación pasa todos los lados debajo o sobre una cabeza de escritura/lectura, Las cabezas se montan en brazos de acceso que se mueven juntos y flotan encima o bajo las superficies de grabación giratorias. Los datos se almacenan en pistas concéntricas magnetizando la superficie para representar configuraciones de bits.

Los discos usan la organización de sector para almacenar y recuperar datos, la cantidad de sectores depende de la densidad del disco, la dirección de disco representa la ubicación física de un conjunto de datos o un programa determinados. El tiempo de acceso del disco es el intervalo
entre el momento en que la computadora pide la transferencia de datos de un dispositivo de almacenamiento en disco a la RAM y el momento en que la operación se completa.

Usa rayos láser en lugar de imanes para leer y escribir la información en la superficie del disco, Aunque no son tan rápidos como los discos duros. Las unidades de CD-ROM son unidades ópticas capaces de leer discos de datos físicamente idénticos a un disco compacto musical.

Son aquellos elementos que se encuentran alrededor de la CPU

Es un periférico de entrada y los podemos encontrar Normales o Expandidos.
Consiste de las teclas usuales de una máquina de escribir, más un conjunto de teclas de funciones, un teclado numérico y otras teclas de usos especiales.

Es una pantalla de video de alta resolución. Los monitores pueden ser, según el tamaño de la pantalla, Los más usados son los de 14"., Según el tipo se clasifican en VGA Monocromáticos, VGA Color, SVGA Color, y UVGA Color.

Permiten tener un registro en papel de las operaciones realizadas, No hay un estandard universal de impresoras, dada la cantidad de tipos y modelos existentes.

Las Matriciales son rápidas, más baratas, permiten imprimir gráficos y todo tipo de letras. Constan de una serie de agujas situadas en un cabezal móvil.

Las de Inyección de Tinta son más rápidas que las anteriores, y la calidad de impresión es muy superior a la matricial.

Las impresoras Laser son muchísimo más rápidas que las de inyección de tinta y la calidad de impresión es simplemente perfecta.

Este periférico consta de un cable, una pequeña unidad con dos botones en el frente y una esfera debajo de dicha unidad, A medida que deslizamos el mouse sobre una superficie plana, se transmitirán los desplazamientos en la pantalla del monitor, mediante un cursor que variará de forma.

La memoria es un conjunto de registros en donde residen instrucciones y datos.

La memorias se clasifican en:

Memoria de almacenamiento primario. Almacena temporalmente instrucciones de programa y datos. El computador divide un chip de RAM en varias localidades de igual tamaño, Puede almacenarse un trozo de información en cualquier localidad de la RAM tomada al azar y el computador puede recuperarlo rápidamente si se le indica hacerlo.

Es una memoria volatil, ya que la información que contiene no se conserva de manera permanente. Si se interrumpe la energía, dicha información se pierde, La RAM ofrece al procesador un almacenamiento temporal para programas y datos. El espacio de la RAM es siempre escaso por tanto después de que se haya ejecutado un programa, el espacio de almacenamiento que ocupaba se vuelve a distribuir.

Es una memoria no volátil, porque el computador puede leer información de ella pero nunca escribir información nueva. La información en la ROM se graba permanentemente cuando nace el computador, pero no hay manera de reemplazarla a menos que se reemplace el chip de ROM.

Es una variación de la ROM en la que usuario puede cargas programas y datos de solo lectura que una vez cargados rara vez o nunca se cambian.

Es un tipo de PROM que el usuario puede alterar con facilidad.

Se usa para facilitar una transferencia aún más rápida de instrucciones y datos al procesador, es decir que se usa para mejorar el caudal de proceso. Con sólo una fracción de la capacidad de la RAM, la memoria caché sólo contiene las instrucciones y los datos que es probable que el procesador requiera enseguida.

Todas las computadoras digitales están compuestas por cinco secciones básicas

Tiene por función la conversión de señales a nivel humano, en señales que sean entendibles por la máquina.

Los dispositivos electrónicos o electromagnéticos en donde se almacena la información recibida del exterior antes de ser procesada, y la ya procesada, constituye a la Memoria.

Se encarga de que las operaciones se realicen en las secuencias que corresponden.

La información se procesa matemáticamente y se compara lógicamente dentro de la (ALU)

Es el traductor inverso de la unidad de entrada, es decir, la información que estaba en nivel máquina pasa a lenguaje humano.

La computadora se construye a partir de toda la información a ceros y unos, el sistema binario se basa a partir de dos dígitos. Estas características físicas permiten que combinen estos dos estados electrónicos para representar colores, números y letras.

El estado electrónico de encendido o apagado, se representa por medio de un bit, La presencia o ausencia de un bit son como un bit de encendido y un bit de apagado, el bit de encendido es 1 y el bit de apagado es 0.

Las computadoras cuentan con soft que convierten automáticamente los números decimales en binarios y viceversa, para que las palabras, frases y párrafos se ajusten a los circuitos binarios de la computadora se han creado códigos.

Los códigos son como una cadena única de bits, el código mas conocido es ASCII. Los bits puede representar casi todo tipo de información que pueda llegar a procesar un computador

La memoria es una colección que puede almacenar un dígito binario (0 o 1), pero la memoria se divide en mayor tamaño y lo normal son grupos de 8 byts, está participación se denomina BYTE, y dos de estos bytes forman una palabra.

Un byte es la mínima cantidad de información que se permite manejar en la memoria, una palabra es la información necesaria para señalar la posición en memoria de un byte, Por esto las PC son conocidas como máquinas de 16 bits.

La característica de cualquier sistema de computación es su tamaño o capacidad de cómputo, que un sistema de computación puede realizar por unidad de tiempo

Máquina de enormes dimensiones, que usan las grandes organizaciones y que tienden a ser invisibles para el público en general, ya que están escondidas en salas con clima controlado. son capaces de comunicarse simultáneamente con varios usuarios.

También es una máquina multiusuario. es más pequeño y económico que un macrocomputador, pero es mejor y más potente que un computador personal.

Computador de escritorio que tiene el poder de un minicomputador, de uso muy común entre personas cuyas tareas requieren gran cantidad de cálculos, en la práctica a menudo son usadas por una sola persona a la vez.

Computador habitualmente monousuario de propósito general, en una micro se monta el microprocesador, los circuitos electrónicos para manejar los dispositivos periféricos y los chips de memoria en un solo tablero de circuitos. La computador puede se de escritorio o portátil.

Dentro de los computadores portátiles encontramos:

Alimentado por baterías, con pantalla plana y que pueden cargarse como un portafolio.

Más livianas que las anteriores y que pueden transportarse dentro de un portafolio.

Computador manual o PC de bolsillo son tan pequeñas que caben en un bolsillo, Atiende la necesidad de usuarios para los cuales la movilidad es más valiosa que un teclado o una pantalla de tamaño usual.

Hardware

Es el conjunto de circuitos, elementos y equipos eléctricos de un computador.

software

Termino general que se usa para hacer referencia a un programa o a un conjunto de programas, El software se divide en software de aplicaciones y en software de base.

El usuario proporciona al computador patrones de entrada y éste sigue las instrucciones para transformar esa entrada en otro patrón de salida y devolverla al usuario. Estas transformaciones son realizadas por la UCP que interpreta y lleva a cabo las instrucciones de los programas, efectúa manipulaciones aritméticas y lógicas con los datos.

Los factores relevantes de los chips de UCP son

Compatibilidad

No todo el soft es compatible con todas las UCP, En algunos casos se pueden resolver los problemas de compatibilidad

Velocidad

La velocidad de una computadora está determinada por la velocidad de su reloj interno, Las computadoras se describen en términos
de su velocidad de reloj, que se mide en megahertz. La velocidad también está determinada por la arquitectura del procesador.

Desde la perspectiva del usuario es que si es más rápido es mejor. La mayoría de los supercomputadores tiene varios procesadores completos que pueden dividir los trabajos en porciones, lo cual es un trabajo paralelo. Cada CPU tiene dos secciones fundamentales: la unidad de control y la unidad airtmético-lógica.

La Unidad de Control

Si el procesador es el núcleo del sistema de computación, la unidad de control lo es del procesador.

Tiene 3 funciones principales

Leer e interpretar instrucciones del programa.

Dirigir la operación de los componentes internos del procesador.

Controlar el flujo de programas y datos hacia y desde la RAM.

La unidad de control dirige otros componentes necesarios para realizar las operaciones y ejecutar la instrucción.

Registros

Áreas de almacenamiento de trabajo de alta velocidad que contiene la unidad de control, que no pueden almacenar más que unos cuantos bytes. Los registros facilitan el movimiento de datos e instrucciones entre la RAM, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica.

Registro de la instrucción

Registro que contiene la instrucción que se está ejecutando.

Registro de uso general

Almacenan los datos necesarios para el procesamiento inmediato.

Unidad Aritmético-Lógica

Realiza todos los cálculos y todas las operaciones lógicas.

Estos dos bloques forman la Unidad Central de Proceso (CPU)

De esta manera los dos juntos forman
una computadora completa.

Los registros en ambos archivos se clasifican y ordenan en secuencia ascendente por clave. Ambos archivos constituirán entradas y el nuevo archivo maestro será la salida, reflejando las actualizaciones.