Arquitectura Del Computador

Conceptos Básicos de la Arquitectura del Computador

Una computadora es una maquina electrónico mecánica la cual se utiliza para procesar información, desempeñar algún trabajo, etc

La computadora posee esencialmente dos partes:

Hardware.- Es el conjunto de componentes físicos de una computadora (equipo Físico)

Software.- es el conjunto de programas que controlan el funcionamiento de una computadora (equipo Lógico)

1. HARDWARE

Conjunto de componentes físicos de una computadora. Se compone de :

1.1) Dispositivos De Entrada y Salida (Periféricos)

Son dispositivos capaces de “leer” datos codificados. Algunos dispositivos físicos de E/S son el teclado, cintas, discos magnéticos, el monitor, la impresora, etc.

1.2) Memoria Central o Principal

Aquí se almacenan:

• Los datos que se envían para procesarse desde los dispositivos de almacenamiento.

• Las instrucciones de programas que realizarán los procesos, y

• Los resultados obtenidos listos para ser enviados a un dispositivo de almacenamiento secundario.

Almacena programas y datos durante su ejecución Las memorias se pueden clasificar en dos grupos:

a) Las de lectura solamente ROM (Read Only Memory), la información está grabada en el de manera permanente e inalterable.

b) Las de lectura y escritura. RAM (Random Acess Memory) a diferencia de los ROM pierden su contenido de información al faltarles la corriente eléctrica. Además permiten leer, escribir o modificar un dato cuantas veces sea necesario. Constituye la parte modular del almacenamiento primario.

La RAM es como un estante con varios casilleros (celdas de almacenamiento), en cada uno de los cuales se colocará un dato. Cada uno de estos casilleros pueden contener (según el diseño interno de la computadora) un grupo especifico de bits (llamado palabra) que se transfiere y maneja con una sola operación. Así se tiene maquinas que trabajan con 8 a 64 bits por palabra. Cada localización de palabra tiene asociado un nombre llamado dirección. En la RAM cualquier localización se alcanza especificando su dirección.

El tiempo para accesar una palabra se llama tiempo de acceso a la memoria que es un tiempo fijo, del orden de los nanosegundos (10-9 s).

La capacidad de memoria de una computadora se mide por bloques de 1024 caracteres, unidad que se representa con la letra K.

Ejm:

Una máquina cuya memoria principal tenga 65536 caracteres de 8 bits cada uno se indica como

64 K (64 x 1024 = 65536).

1 M = 1024 k 1 G = 1024 M

Ejm:

Una máquina con HD 1.28 Gb = 1.28 *1024 * 1024 * 1024 = 1374389535 b

1.3) La Unidad Central de Proceso UCP

Conjunto de circuitos electrónicos que permiten ejecutar cálculos sencillos como suma y multiplicación. Es el cerebro de la computadora, consta de 2 partes principales:

• Unidad de Control UC

• Unidad Aritmética y lógica UAL

1. 3.1 Unidad Aritmética y Lógica

Realiza cálculos (+ , - , * , / ) y todas las operaciones lógicas (comparaciones: < , > , <> , = ).

Cualquier operación aritmética / lógica se realiza trayendo los operandos necesarios a la UAL donde se realiza la operación.

1.3.2 Unidad de Control

Tiene las 3 funciones principales:

• Leer e interpretar las instrucciones. Las instrucciones se trasladan a partir del almacenamiento primario a la UC en donde se decodifica e interpreta. Esta indica a otros componentes del procesador que realicen las operaciones necesarias para ejecutar la instrucción.

• Dirigir las operaciones de los componentes internos del procesador.

• Controlar el flujo de los programas, datos de entrada y de salida del almacenamiento primario.

1.4) Dispositivos de Almacenamiento Secundario (Memoria Auxiliar)

Dispositivos tales como cintas y discos magnéticos para almacenar grandes cantidades de información.

1.5) Programa Almacenado

Para que una computadora procese datos es necesario instruirla. Esto es depositar un programa en la memoria central, es decir la computadora posee un programa almacenado para proceso de datos.

Este programa contiene las instrucciones de las operaciones que debe realizar el procesador. La Unidad de control hace efectiva cada instrucción del programa almacenado.

El programa almacenado necesita estar depositado en memoria en un código legible para la máquina. Estos códigos son interpretados por la UC para llevar a cabo el proceso.

En resumen la operación de una computadora puede describirse así:

• La computadora acepta la información (programas y datos) a través de una unidad de entrada y la transfiere a la memoria.

• Bajo control de un programa, la información almacenada en la memoria se recupera y lleva a una unidad aritmética y lógica para que sea procesada.

• La información procesada sale de la computadora a través de una unidad de salida.

• Una unidad de control dirige todas las actividades dentro de la máquina.

2. SOFTWARE

Conjunto de programas que controlan el funcionamiento de la computadora. Estos pueden ser:

2.1) Sistema Operativo

Es un conjunto integrado de programas que se utilizan para administrar los recursos y operaciones de un sistema de computación.

2.2) Programas de Traducción (Lenguajes de programación)

Programas que transforma las instrucciones que preparan las personas en un lenguaje adecuado en los códigos del lenguaje máquina que requieren las computadoras.

2.3) Programas de Aplicación

Programas que se escriben para realizar una tarea específica.

Ejm:

Word para procesar textos;

Power Point para procesar diapositivas;

Excel para procesar formularios, facturas que impliquen ejecución de cálculos y operaciones matemáticas.

3. ALGORITMO. PROGRAMA Y LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN

3.1) Algoritmos: Conjuntos de pasos para resolver un problema. Son independientes del lenguaje de programación en que se pueden expresar.

3.2) Programa: Conjunto de instrucciones (ordenes dadas a la computadora) que permiten ejecutar una determinada tarea, es decir es un medio para lograr un fin. Es el algoritmo que se expresa en un formato determinado (lenguaje de programación)

3.3) Lenguajes de Programación: Son lenguajes utilizados para desarrollar programas en computadoras. Los lenguajes más utilizados son: C++, pascal, etc.

Lenguaje Máquina .- Escritos en lenguajes directamente inteligibles por la computadora (cadenas de 0 y 1)

Ejm:

Dirección Contenido

100 0010 0000 0000 0100

Lenguaje de Bajo Nivel (Ensamblador) formado por instrucciones conocidas como nemotécnicas.

Ejm:

ADD m,n, p

Programa fuente Programa ensamblador Programa Objeto

Lenguajes de Alto Nivel.- Diseñados para que las personas escriban y entiendan los programas más fácilmente que los lenguajes anteriores Son portables, es decir pueden ser ejecutados en diferentes tipos de computadoras.

Ejm: Basic

Cobol

Fortran

Lisp

C

Pascal, etc.

3.4) Traductores de Lenguaje Programas que traducen los programas fuentes hechos en lenguaje de alto nivel a código máquina. Pueden ser:

Intérprete

Programa fuente Interprete Traducción y ejecución línea a línea

Compilador y fases: Compilación proceso de Traducción de programas fuente en programas objeto.

Programa fuente Compilador Programa objeto

Programa Objeto Montador o Enlazador Programa ejecutable en lenguaje máquina

3.4) Fases en el proceso de programación:

 Definición y análisis del problema

 Diseño del algoritmo

 Codificación del programa

 Depuración y verificación del programa

 Documentación

 Mantenimiento

TEMA II.- Algoritmos

1.- ETAPAS DE LA SOLUCIÓN DE UN PROBLEMA

La principal razón para que las personas aprendan lenguajes de programación es utilizar la computadora como herramienta para la solución de problemas. Dos fases son muy identificadas para lograr la solución de problemas:

• Fase de resolución del problema

• Fase de implementación (realización) en un lenguaje de programación.

1.1.- Fase de resolución del problema

Esta fase incluye, a su vez, el análisis del problema asi como el diseño y posterior verificación del algoritmo.

Análisis del problema. El primer paso para la solución de un problema es el análisis del mismo. Se debe examinar cuidadosamente el problema a fin de obtener una idea clara sobre lo que se solicita y determinar los datos necesarios para conseguirlo.

Diseño del algoritmo. Puede ser definido como la secuencia ordenada de pasos, sin ambigüedades, que conducen a la solución de un problema.

Verificación de algoritmos. Una vez terminado de escribir un algoritmo es necesario comprobar que realiza las tareas para las que se ha diseñado y produce el resultado

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