Que E Suna Computadora

Tomando en consideración la información presentada en el video, a continuación estudiaremos los siguientes temas que nos ayudarán a comprender mejor qué es y cómo funciona una computadora:

El Modelo de Von Neumann

Los pasos para realizar un programa

Los principales paradigmas y lenguajes de programación utilizados actualmente.

Para fines de este curso entenderemos que unacomputadora es una máquina electrónica que recibe datos de entrada y los procesa de acuerdo al conjunto de instrucciones, llamado programa, para obtener nuevos datos que son el resultado del proceso, tal como se ilustra en la siguiente figura:

Como puedes darte cuenta, ambos elementos son necesarios para que una computadora funcione, ya que si los aislamos no pueden funcionar; por ejemplo, si tuviéramos una computadora con todos los componentes de hardware más avanzados que existen (procesador, tarjeta madre, monitor, teclado, etc.), pero sin Sistema Operativo instalado, de poco serviría pues al prenderla, únicamente veríamos una pantalla negra y, por consiguiente, no podríamos interactuar con ella. Para comprender mejor lo que acabamos de decir, avanza al siguiente tema en el que conocerás la forma en que se estructura y funciona una computadora.

Te has planteado alguna vez preguntas como estas:

¿Cómo funciona y se estructura internamente la computadora?,

¿cómo se obtienen los resultados? y ¿cómo se guardan los programas y datos en la memoria?

Cuando tenemos un primer acercamiento con equipos de cómputo, a pesar de manejarlos a diario, estas preguntas no son tan fáciles de contestar. Es por eso que en esta sección explicaremos y responderemos a estos cuestionamientos mediante el Modelo de Von Neumann, el cual constituye la base de la arquitectura de las computadoras actuales

El Modelo de Von Neumann propone que tanto el programa como los datos sean almacenados en la memoria, de esta forma la computadora no tiene que reconstruirse, pues para programarla únicamente debe introducirse el programa por el dispositivo indicado y posteriormente alimentarla con los datos de entrada para que calcule la salida correspondiente.

Los elementos que componen esta arquitectura son: la unidad central de procesamientointegrada por la unidad aritmética-lógica y la unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada/salida. A continuación se describe brevemente la función de cada uno de los elementos que integran el Modelo de Von Neumann.

Unidad Central de Procesamiento

La Unidad Central de Procesamiento (CPU, Central Process Unit) controla y coordina la ejecución de las instrucciones, para ello utiliza la Unidad Aritmético-Lógica encargada del procesamiento de los datos y la Unidad de Control para el procesamiento de las instrucciones.

Unidad Central de Procesamiento

Unidad Aritmético-Lógica (ALU, Arithmetic Logic Unit), realiza todas las operaciones aritméticas (suma y resta) y lógicas (operaciones del Álgebra de Boole). Además de los circuitos que le permiten realizar dichas operaciones, la ALU incluye un elemento auxiliar donde se almacenan temporalmente los datos que manipula, conocido como Acumulador o Registro Temporal (TR, Temporal Register).

Unidad Central de Procesamiento

Unidad de Control (CU, Control Unit), se encarga de leer las instrucciones almacenadas en memoria, decodificarlas y después enviar las señales a los componentes que están involucrados en su ejecución, para lo cual tiene dos elementos auxiliares el Contador del Programa (PC, Program Counter) y el Registro de Instrucción (IR, Instruction Register). En el IR se guarda temporalmente la instrucción que debe ser ejecutada, mientras que en el PC se almacena la dirección de memoria que contiene la siguiente instrucción que se ejecutará.

Memoria Principal

La memoria principal es la parte de la computadora donde se almacenan los datos y las instrucciones durante la ejecución de un programa. Físicamente está compuesta por circuitos integrados. Las computadoras actuales cuentan con un área de memoria de sólo lectura – a la que se le conoce como memoria de tipo ROM (Read Only Memory) –y otraen la cual es posible escribir y leer datos – denominada de tipo RAM (Random Access Memory). Ésta tiene el inconveniente de ser volátil pues al apagarse la computadora los datos almacenados se pierden.

Para resolver este inconveniente, se cuenta con otro tipo de memoria, denominada memoria secundaria, en ella se puede almacenar una gran cantidad de información permanentemente, mientras el usuario no la borre. La desventaja de este tipo de dispositivos es que no son tan rápidos como la memoria RAM. Los discos duros, los discos ópticos (CD o DVD), la memoria flash (USB) y las cintas magnéticas, entre otras, son ejemplos de dispositivos de almacenamiento secundario.

Dispositivos de entrada y salida

Los dispositivos de entrada y salida (Input/Output) son responsables de la comunicación con el usuario del sistema. Los dispositivos de entrada permiten introducir en la computadora datos e instrucciones, mismas que son transformadas en señales binarias de naturaleza eléctrica para almacenarlas en la memoria. Por otro lado, los dispositivos de salida permiten enviar los resultados a los usuarios de las computadoras, transformando las señales eléctricas binarias en información que éstos puedan comprender. El teclado está considerado como el dispositivo de entrada estándar pero existen otros del mismo tipo, por ejemplo: el ratón, el escáner, la lectora óptica, el micrófono o la tabla digital. A su vez, elmonitor es el dispositivo de salida estándar; otros ejemplos de dispositivos de salida son: impresora, bocinas, plotter, etc.

Es así que todas las unidades de la computadora se comunican a través del sistema de busesque son cables mediante los cuales se envían señales y dependiendo de la información que transmiten se clasifican en:

El bus de direcciones transmite la dirección de memoria de la que se quiere leer o en la que se quiere escribir.

El bus de control selecciona la operación a realizar en una celda de memoria (lectura o escritura).

El bus de datos transmite el contenido desde o hacia una celda de memoria seleccionada en el bus de direcciones según la operación elegida en el bus de control sea lectura o escritura.

Ahora ya sabemos cómo está estructurada internamente la computadora, qué elementos la integran y cuál es la función de cada uno de ellos; el siguiente paso es descubrir cómo colaboran para llevar a cabo la ejecución de un programa, enseguida lo explicamos:

Los datos de entrada que requiere un programa se introducen a la computadora, a través de los dispositivos de entrada; posteriormente se almacenan en la memoria RAM, para que la CPU pueda procesarlos, conforme a las instrucciones del programa, hasta obtener el resultado deseado, mismo que envía al usuario por medio de los dispositivos de salida. Todas estas acciones son coordinadas por la unidad de control que envía las señales y datos a cada uno de los dispositivos de la computadora involucrados en la ejecución de las instrucciones del programa a través del sistema de buses. En la siguiente sección se describe con mayor detalle este proceso.

Ejecución de programas en la computadora

Para entender mejor lo que sucede en el interior de la CPU al ejecutar cualquier programa, a continuación se describen de manera general los pasos que se realizan una vez que el programa y los datos fueron almacenados en la memoria principal:

Al período en el que se ejecuta una instrucción se le conoce como ciclo de instrucción ociclo fetch.

Con el fin de ilustrar este procedimiento, analizaremos la ejecución del siguiente programa escrito en un lenguaje de programación ficticio.

Ejemplo 1.1: El siguiente conjunto de instrucciones sirve para calcular el área de un rectángulo.

Imprimir “Ingresa la base:”

Leer b

Imprimir “Ingresa la altura:”

Leer h

area ← b*h

Imprimir área

Programa 1: Calcula el área de un rectángulo

Antes de definir paso a paso la ejecución de este programa, describiremos la función de cada una de las instrucciones que lo integran.

Instrucción Descripción

Imprimir <Dato> Imprime en el dispositivo de salida estándar los <Datos> indicados en la instrucción, que pueden ser un mensaje de texto o el valor de una variable.

Leer <X> Lee por medio del teclado un dato, lo almacena en la variable <X> indicado y lo almacena en la memoria RAM.

<X> ← <Dato> La flecha representa una asignación, esta acción actualiza la dirección de memoria asignada a <X> con el valor <Dato>.

Cabe señalar que en los lenguajes de programación, las direcciones de memoria se representan por medio de variables, para hacerlos más legibles. De tal manera que <X> representa una variable y <Dato> puede ser un mensaje o cualquier valor.

Ahora sí, de acuerdo con la información anterior, describamos paso a paso las acciones que realiza la unidad de control junto con las otras unidades de la computadora involucradas en la ejecución de cada una de las instrucciones del programa.

Imprimir “Ingresa la base:”

La unidad de control envía señales al monitor para que imprima el mensaje “Ingresa base:”.

Leer b

La unidad de control coordina las acciones necesarias para que, por medio delteclado, el usuario introduzca un número y

...