INTRODUCCIÓN
SISTEMA INFORMÁTICO
Un sistema informático (SI) es un conjunto de componentes necesarios para la explotación de las aplicaciones informáticas o software.
Su objetivo es dar soporte al procesado, almacenamiento, entrada y salida de datos.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA INFORMÁTICO
Un sistema informático está formado por cuatro componentes básicos:
La parte física o hardware:
- Unidad central de proceso
- Memoria auxiliar
- Periféricos entrada/salida
- Buses de comunicación
La parte lógica o software:
- Sistema Operativo
- Aplicaciones
La parte humana o Humanware:
- El profesional informático
- Los usuarios
¿Cuáles son las características principales de la arquitectura propuesta por Von Neumann?
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ARQUITECTURA DE VON NEUMANN |
En la actualidad se utilizan dos tipos principales de ordenadores: Analógicos y digitales. Sin embargo, el termino ordenador suele utilizarse para referirse exclusivamente al tipo digital.
Existen muchas opciones opciones posibles a la hora de diseñar un ordenador digital. En la actualidad, la mas aceptada es la denominada arquitectura Von Neumann propuesta por el matemático húngaro John Von Neumann en 1945. Esta arquitectura consta de las siguientes partes:
Unidad de Memoria (UM)
Unidad Central de Proceso (CPU) o microprocesador
-Unidad de control (UC)
-Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
Unidad de Entrada/Salida (U E/S)
¿De que partes consta? y ¿que funcionalidad tienen?
Unidad de Memoria (UM)
Es la encargada de almacenar la información. Esta arquitectura se caracteriza por utilizar dicha unidad tanto par almacenar información como para almacenar programas.Aquí surge el concepto de programa almacenado. De esta manera, un ordenador puede utilizarse para varios cometidos sin necesidad de reprogramarlo. Existen varios niveles de jerarquía los cuales son:
Todas estas celdas están identificadas por un numero llamado dirección de memoria.
Los registros auxiliares son:
Existen muchas opciones opciones posibles a la hora de diseñar un ordenador digital. En la actualidad, la mas aceptada es la denominada arquitectura Von Neumann propuesta por el matemático húngaro John Von Neumann en 1945. Esta arquitectura consta de las siguientes partes:
Unidad de Memoria (UM)
Unidad Central de Proceso (CPU) o microprocesador
-Unidad de control (UC)
-Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
Unidad de Entrada/Salida (U E/S)
¿De que partes consta? y ¿que funcionalidad tienen?
Unidad de Memoria (UM)
Es la encargada de almacenar la información. Esta arquitectura se caracteriza por utilizar dicha unidad tanto par almacenar información como para almacenar programas.Aquí surge el concepto de programa almacenado. De esta manera, un ordenador puede utilizarse para varios cometidos sin necesidad de reprogramarlo. Existen varios niveles de jerarquía los cuales son:
| Nivel | Memoria | Velocidad | Capacidad |
|---|---|---|---|
| 4 | Auxiliar | < 10 KHz | GB a EB |
| 3 | Secundaria | > 100 KHz | GB a EB |
| 2 | Principal | > 66 MHz | MB a GB |
| 1 | Cache | > 200 MHz | KB a MB |
| 0 | Registros | > 1GHz | bit |
- Auxiliar: Esta memoria se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraibles o en red.
- Secundaria: También llamada memoria de disco. Se utiliza para almacenar información de forma permanente por lo que es de alta capacidad.
- Principal: Conocida también como memoria RAM. Es el bloque que constituye realmente la unidad de memoria (UM). Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.
- Caché:Memoria intermedia entre la UM y la CPU usada como apoyo para acelerar los accesos de la CPU a la UM. La chaCé en realidad está dispuesta en varios niveles (L1, L2, L3, L4). En función de la frecuencia de uso, la información se va moviendo entre los diferentes niveles de la caché antes de abandonarla.
- Registros: Son memorias de alta velocidad y baja capacidad utilizadas para el almacenamiento intermedio de datos en las unidades funcionales, especialmente en la UC y la UAL.
Todas estas celdas están identificadas por un numero llamado dirección de memoria.
Los registros auxiliares son:
- Un registro de direcciones (RD), utilizado para almacenar de forma temporal la dirección de memoria de un dato o instrucción.
- Un registro de datos (RM), que almacena temporalmente cualquier dato o instrucción que se intercambie con la memoria.
El registro de direcciones enlaza el bus de direcciones con la memoria de forma unidireccional: desde el bus hacia la memoria.
El registro de datos enlaza el bus de datos con la memoria de forma bidireccional: desde el bus hacia la memoria y viceversa.La memoria puede realizar dos tipos de operaciones:
Unidad central de proceso(CPU) o microprocesador
Es el circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos. Se encarga de interpretar las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Constituida eseNcialmente por:
En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU (siglas en inglés de arithmetic logic unit), es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas (como suma, resta, multiplicación, etc.) y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números.
Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.
El registro de datos enlaza el bus de datos con la memoria de forma bidireccional: desde el bus hacia la memoria y viceversa.La memoria puede realizar dos tipos de operaciones:
- Lectura(L): se accede a la información que contiene.
- Escritura(E): se introduce información en la memoria.
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| Ejemplo de una UM |
Unidad central de proceso(CPU) o microprocesador
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| Distintos microprocesadores |
- Unidad Aritmético-Lógica(UAL)
- Unidad de Control(UC)
- Su propia memoria integrada que no es la RAM
Unidad Aritmético-Lógica(UAL)
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| Un típico símbolo esquemático para una UAL. Donde A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control; D es un estado de la salida. |
Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc.
Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno (y los mainframes) puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU.
Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemático 80387, y procesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas.
Unidad de Control(UC)
La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada/salida.
Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.
Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el 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. En el segundo caso, la microprogramación de la unidad de control se encuentra almacenada en una micromemoria, a la cual se accede de manera secuencial para posteriormente ir ejecutando cada una de las microinstrucciones.
La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada/salida.
Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas (interpretación) y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso.
Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el 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. En el segundo caso, la microprogramación de la unidad de control se encuentra almacenada en una micromemoria, a la cual se accede de manera secuencial para posteriormente ir ejecutando cada una de las microinstrucciones.
Las funciones realizadas por la unidad de control varían grandemente por la arquitectura interna del CPU, pues la unidad de control realmente implementa esta arquitectura. En un procesador regular que ejecuta las instrucciones x86 nativamente, la unidad de control realiza las tareas de leer (fetch), decodificar, manejo de la ejecución y almacenamiento de los resultados. En un procesador x86 con un núcleo RISC, la unidad de control tiene considerablemente más trabajo que hacer. Ella maneja la traducción de las instrucciones x86 a las microinstrucciones del RISC, maneja la planificación de las microinstrucciones entre las varias unidades de ejecución, y maneja la salida de estas unidades para cerciorarse de que terminen donde supuestamente deben ir. En uno de estos procesadores la unidad de control está dividida en otras unidades debido a la complejidad del trabajo que debe realizar (tales como una unidad de planificación para manejar la planificación y una unidad de retiro para ocuparse de los resultados que vienen de la tubería (pipe)). Almacena los datos mas utilizados de modo que se buscan primero en la computadora y luego en la RAM.
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| Ejemplo de una UC |
Unidad de Entrada/Salida (UE/S)
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| Periféricos de e/s |
Es la encargada de establecer la comunicación entre el usuario y la CPU. Para llevar a cabo el enlace utiliza unos dispositivos llamados periféricos. Podemos clasificarlos en función de su propósito en:
-Periféricos de almacenamiento
- De entrada: Se introduce información en el ordenador.
- De salida: Usados por el ordenador para mostrar información al usuario.
- De entrada y salida: Pueden actuar en los dos sentidos, tanto para introducir datos como para mostrarlos:
-Periféricos de almacenamiento
Debido a la gran cantidad de periféricos existentes, deberá haber un sistema que permita el intercambio de información entre cualquiera de estos dispositivos y el ordenador, el cual consta de dos partes:
Interfaz: Se encarga de gestionar el intercambio de información entre periféricos y la CPU.
Controlador: Controla directamente el periférico y suele ir integrado en él.
Buses de comunicación
Interfaz: Se encarga de gestionar el intercambio de información entre periféricos y la CPU.
Controlador: Controla directamente el periférico y suele ir integrado en él.
Buses de comunicación
Todas esta unidades se comunican entre sí a través de unos canales llamados buses.Los buses pueden ser de diferentes tipos:
- Bus de datos (BD): transfiere datos entre los elementos del ordenador.
- Bus de direcciones (BA): transfiere direcciones entre la UM Y UC.
- Bus de control (BC): emite señales de control que gobiernan el funcionamiento de las unidades.
Para terminar...
Aquí os dejo un vídeo en el cual se os ofrece información mas detallada sobre el tema:
Artículos relacionados:
Fuentes:
- http://equipo02-computacion.wikispaces.com/4.+Modelo+o+Arquitectura+de+Von+Neumann
- Apuntes de FUHA
- www.youtube.com
- http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_aritm%C3%A9tico_l%C3%B3gica
- http://es.wikipedia.org/wiki/Unidad_de_control
EXCELENTE TU TRABAJO Y LA AYUDA QUE ME PRESTO. GRACIAS
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