Arquitectura y organizacion de computadoras.

Arquitectura y Organización de Computadoras

Índice de contenido Arquitectura y Organización de Computadoras............................................................1 Revisión y conceptos fundamentales......................................................................1 Hardware y Software............................................................................................2 Arquitectura y organización de computadoras..........................................................3 Lenguajes de programación..................................................................................3 Compilación....................................................................................................4 Interpretación.................................................................................................4 Diferencias entre compiladores e intérpretes.......................................................5 Niveles de descripción de una computadora............................................................5 Trabajo de investigación ......................................................................................8 Revisión y conceptos fundamentales Se entiende por procesador a una entidad capaz de comprender un enunciado y ejecutar el trabajo indicado en el mismo. El procesador no puede realizar la tarea demandada si no cuenta con los recursos necesarios. El conjunto de todos los recursos necesarios para la ejecución de un determinado trabajo constituye el ambiente de ese trabajo. El ambiente para un procesador dado es específico para el trabajo a ejecutar. Existe dependencia entre el procesador y el ambiente, esto es, la manera ejecutar el trabajo depende de los recursos puestos a disposición del procesador. La ejecución de una tarea no trivial no es inmediata. Supone la realización de una cierta cantidad de pasos sucesivos hasta alcanzar el fin deseado. A cada uno de ellos se los denomina acción. Se define una acción como un suceso de duración finita que modifica el ambiente. Para un procesador dado una acción se dice primitiva si su enunciado es suficiente para que él pueda ejecutarla sin información adicional. Toda acción no primitiva debe ser descompuesta una sucesión de acciones primitivas para el procesador dado. El procesador debe respetar la secuencia de acciones, esto es, ejecutarlas en el orden en que apareen en el enunciado. No obstante, y bajo ciertas condiciones, resulta posible realizar más de una acción a la vez, se conoce a este procedimiento como ejecución en paralelo. En ese caso, los trabajos a realizar se completan en menor cantidad de tiempo, pero generalmente exige la presencia de varios procesadores. Para un procesador bien definido y un trabajo a ejecutar por este procesador, un algoritmo es el enunciado de una secuencia de acciones primitivas que permiten realizar ese trabajo. Nótese que se define un algoritmo y no el algoritmo. Esto es así porque para realizar un mismo trabajo, pueden existir más de un algoritmo para resolverlo.

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Gracias a la capacidad para comunicar el pensamiento humano mediante algoritmos, se construyen máquinas cuyo comportamiento simula, en alguna medida, la inteligencia humana. Se las conoce como máquinas algorítmicas. El nivel de inteligencia que simula la máquina está limitado por la inteligencia que se le pueda comunicar por medio de algoritmos. Ente las máquinas algorítmicas, están las computadoras. Se puede definir a una computadora como un dispositivo electrónico diseñado para aceptar datos de entrada y procesarlos – en una secuencia lógica, predeterminada por un algoritmo – para elaborar resultados que se puedan obtener como salidas.  En el ámbito de las computadoras, los algoritmos se expresan como programas. Los programas son algoritmos codificados con un lenguaje no ambiguo cuya sintaxis y semántica es entendida por la máquina. Al ejecutarse el programa sobre datos de entrada, genera otros nuevos, de salida. Los datos de salida serán o no la solución al problema1.

Hardware y Software Para la RAE2, Se entiende por hardware al conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora. Se compone de las partes físicas y tangibles de ésta, es decir, los objetos que pueden describirse propiamente, mediante parámetros y expresiones físicas. También se denomina soporte físico. El software es el conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas para ejecutar ciertas tareas en una computadora. Son los objetos que pueden describirse propiamente, mediante expresiones lógicas. También se lo denomina soporte lógico. Desde un punto de vista abstracto funcional, hardware y software son equivalentes. Esto quiere decir que cualquier software podría construirse físicamente o que cualquier hardware puede implementarse partiendo de algún modelo existente de máquina y un programa adecuado. En la práctica esto no siempre es posible porque los obstáculos relativos a velocidad, complejidad de diseño o costos pueden ser insalvables.

1 Nótese que la definición no indica que el programa tenga que ser correcto. 2 Real Academia Española.

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Arquitectura y organización de computadoras Stallings3 define a la arquitectura de computadoras como los atributos de un sistema que son visibles para un programador o, para decirlo de otra manera, aquellos atributos que tienen un impacto directo en la ejecución lógica de un programa. Se trata de un concepto que integra software, hardware, algoritmos y lenguajes de programación para el procesamiento de datos y la generación de información. Por su parte, la organización de computadoras se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones que dan lugar a especificaciones arquitectónicas. La arquitectura describe lo que sucede, mientras que la organización describe cómo sucede. La arquitectura de una computadora es de interés de un usuario convencional, el cual desea conocer cuáles son las funcionalidades de una computadora y cuáles son sus limitaciones. En una organización de una computadoras, el usuario especializado se interesa en la forma de cómo se relacionan sus diferentes partes y cómo lograr de éstas sus mayores prestaciones, al mas bajo costo. La arquitectura puede prevalecer en el tiempo, pero su organización cambia con la evolución de la tecnología.

Lenguajes de programación Los circuitos de una computadora reconocen y ejecutan un número limitado de instrucciones primitivas.  Su enunciado es suficiente para que puedan ejecutarse sin información adicional. Cualquier programa que contenga instrucciones complejas debe ser descompuesto en instrucciones primitivas para ser ejecutado. El conjunto de instrucciones primitivas de una computadora y que determinan acciones a ser tomadas por la máquina, constituyen un lenguaje que permite a las personas comunicarse con el computador. Se lo denomina lenguaje de máquina o también, por su proximidad con los dispositivos físicos de la máquina, se conoce también como lenguaje de bajo nivel. Como los circuitos electrónicos de la computadora detectan fácilmente señales eléctricas, particularmente las del tipo on – off4, la comunicación con ella se realiza mediante ese tipo de señales. Como las computadoras son dispositivos de digitales, los seres humanos representan esos valores mediante el 1 y el 0 respectivamente.  A cada uno de esos símbolos se lo conoce como dígito binario o bit5. Ellos

3 Organización y arquitectura de computadores, Stallings, William. 7ma ed. 2006 Pearson Educación. 4 encendido – apagado. Se logra detectando la presencia o ausencia de una señal electrica. 5 Contracción de las palabras binary digit

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que constituyen el alfabeto6 de la máquina, sobre los que se construyen los comandos e instrucciones, esto es, el lenguaje de máquina. Al momento de diseño de una computadora se decide cuál será el lenguaje de máquina. Por lo general para mantener la relación costo/rendimiento lo más baja posible, se diseñan instrucciones primitivas tan simples como sea posible. Debido a esta simplicidad el lenguaje de máquina se torna tedioso y difícil de utilizar. Para facilitar la programación, se desarrollaron les lenguajes que están más cerca de los utilizados por los seres humanos. Se los conoce como lenguajes de alto nivel. Pero un programa escrito en alguno de estos lenguajes no puede ser ejecutado directamente por la computadora, por lo tanto, se debe convertir a lenguaje máquina. Considérese una máquina M0, definida con un lenguaje de máquina L0 y L1 un nuevo lenguaje formado por instrucciones más fáciles de usar por las personas que las instrucciones primitivas de L0. Como M0 sólo puede ejecutar programas escritos en su lenguaje de máquina, todo programa escrito en L1 debe convertirse a instrucciones de L0. Los métodos para hacerlo son la compilación, la interpretación o una combinación de ambos.

Compilación Consiste en generar un nuevo programa donde se sustituye cada instrucción escrita en L1 por una sucesión equivalente de instrucciones en L0. Un programa escrito en L0, denominado compilador, se encarga de realizar la traducción, generando el nuevo programa. M0 puede ejecutar directamente el nuevo programa en lugar del original puesto que sus instrucciones están en L0. Si bien no se recomienda, el programa original escrito en L1 podría desecharse. Habitualmente se denomina al programa escrito en L1 programa fuente y al producido por el compilador programa objeto.

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