Funcionamiento del Computador

Funcionamiento del Computador

Un computador es una máquina electrónica que procesa información siguiendo las instrucciones de un programa registrado.

Para comunicarse con el exterior dispone de unos medios de entrada, a través de los que recibe la información, y unos medios de salida, por donde la envía. Tiene dispositivos que le permiten almacenar la información (los datos, los resultados y el propio programa) y procesarla siguiendo las instrucciones del programa.

La información que se procesa en el computador (programas, datos y resultados) está expresada en forma digital binaria, combinando ceros y unos. En consecuencia, tanto los programas como los datos y resultados deben codificarse en este formato para poder ser procesados.

Una vez obtenidos los resultados, estos tienen que ser decodificados para mostrarlos al usuario.

Como hemos visto, un computador se compone de dos partes claramente diferenciadas: una física, que podemos tocar, constituida por circuitos electrónicos, teclado, pantalla, unidades de disco, etc., llamado hardware, o en castellano soporte físico, y otra parte inmaterial, que no podemos tocar, constituida por los programas y datos, llamada software en inglés y soporte lógico en castellano. Ambas partes están íntimamente relacionadas de forma que una no puede operar sin la otra y viceversa.

El significado del término hardware no es fácil de expresar en español con una sola palabra; literalmente se debe entender como \conjunto de útiles duros"; en el contexto que nos ocupa, el hardware de un computador es el conjunto de dispositivos físicos que lo componen, mientras que otra palabra inglesa, software, designa los programas que puede ejecutar el computador.

En cierto modo, el hardware es comparable al cerebro o, más generalmente, al cuerpo físico del computador mientras que el software será lo equivalente a las ideas que pueblan el cerebro. Es conveniente señalar, a pesar de su evidencia, que el hardware y el software son perfectamente inútiles aisladamente: de nada nos sirve un computador si no tenemos ningún programa que ejecutar, y de nada nos sirve tener muchos programas si no disponemos de un computador que los ejecute.

Una unidad de producción adquiere materia prima, la elabora y, finalmente, vende la materia elaborada. Esto mismo es lo que hace un computador: toma algunos datos, los procesa y, finalmente, devuelve el resultado obtenido al procesar la información.

Más concretamente, consideremos una panadería ideal. En esta panadería se compra harina, levadura, (entrada de datos) que posteriormente se elaboran (procesamiento) para producir pan que, finalmente, se vende (salida de datos). Para comprar y vender se necesitan personas que se relacionen con el exterior; en un computador esta labor se realiza mediante los periféricos. Dentro de la panadería podemos encontrar dos zonas bien diferenciadas e indispensables: la primera es la zona de amasado junto con el horno, y la segunda es el almacén.

En el computador el almacén lo representa la memoria y la zona de trabajo es la unidad central de proceso o UCP que, a su vez, consta de la unidad de control o UC (el encargado que controla los procesos de amasado y horneado) y la unidad aritmética y lógica o UAL (zona de amasado y horno). Naturalmente, entre las distintas zonas deben existir pasillos de comunicación para poder sincronizar las acciones de cada uno; en un computador esta información se envía y recibe a través de los buses.

Memoria principal

La memoria representa el almacén donde se guarda la información.

En la memoria principal se guarda el conjunto de instrucciones (programa) que está siendo ejecutado, junto con los datos de entrada y de salida de la ejecución. Estudiaremos la memoria de un computador desde un punto de vista físico (distintos medios de almacenamiento) y desde un punto de vista lógico (de tratamiento de la información).

Podemos encontrar similitudes entre la organización física de la memoria y el almacén de la panadería ideal, en el almacén encontramos estanterías repletas de bandejas iguales, y cuando un trabajador entra en el almacén, bien trae o bien retira algunas de estas bandejas.

La unidad mínima a la que se accede no es una barra de pan (bit) sino una bandeja completa (palabra). La longitud de palabra de memoria viene representada por la capacidad de cada bandeja.

No podemos acceder a cada bit de la memoria aisladamente; la mínima cantidad de memoria a la que podemos acceder está formada por una palabra de memoria.

Físicamente, la memoria está dividida en celdas (con una capacidad de información de un bit), agrupadas en palabras de memoria.

Funcionamiento de la memoria

Para acceder a cada palabra de memoria debemos poder referirnos a ellas. Esto se hace asignando una dirección numérica binaria a cada palabra a modo de “dirección postal". La dirección de memoria determina una palabra de memoria, que es la que contiene la información.

Clasificación de las memorias

La memoria se encarga de intercambiar información con el procesador según las necesidades de éste. Con la tecnología actual los procesadores alcanzan velocidades de varios millones de cómputos por segundo, lo que obliga a la memoria a tener una velocidad semejante a fin de no menguar la eficiencia del computador. Por otra parte, la capacidad de memoria es otra característica interesante, ya que, en principio, no podríamos ejecutar programas que no pudieran ser cargados completamente en memoria. Las características de velocidad y capacidad están reñidas entre sí, por lo que es necesario alcanzar un compromiso entre ambas dependiendo de la finalidad. Según el nivel de compromiso alcanzado podemos destacar varios niveles jerárquicos de memoria: de más rápida y cara (por lo que suelen tener menor capacidad) a menos rápida y mayor capacidad:

1. Memoria principal

2. Memoria secundaria

3. Memoria auxiliar

Los dos últimos tipos de memoria serán desarrollados en la sección de periféricos, pues pueden ser considerados como periféricos de almacenamiento.

Hemos dicho anteriormente que las memorias son dispositivos de lectura y escritura, y esto es cierto cuando hablamos de la memoria principal de un computador. Sin embargo, existe otro tipo de memorias de sólo lectura que hace las veces de manual de comportamiento de la máquina que la contiene.

Las memorias de sólo lectura reciben el nombre genérico de memorias ROM (acrónimo del inglés Read Only Memory). Los computadores vienen dotados con una memoria de este tipo donde se almacena la rutina de arranque. Otras aplicaciones de este tipo de memoria las encontramos en las lavadoras automáticas (los programas de lavado se almacenan en una ROM) y en los juguetes electrónicos. En este tipo de memoria la información es almacenada de forma permanente.

Algunas variantes de la memoria ROM son la PROM (ROM programable), EPROM (PROM borrable, erasable PROM) y la EEPROM (PROM eléctricamente borrable). Estos tipos de memoria son útiles en la fase de desarrollo de un sistema, en la cual aún no se ha fijado el contenido final de la ROM.

Las memorias de lectura y escritura suelen llamarse memorias RAM (del inglés Random Access Memory). Dentro de este tipo de memorias podemos distinguir las RAM estáticas y las RAM dinámicas. Las estáticas se caracterizan por tener un tiempo de acceso igual a cada dirección de memoria (cada dirección tiene su propio camino de acceso dentro del microchip, generalmente construido con semiconductores). Por otra parte, son memorias volátiles en el sentido de que necesitan la alimentación eléctrica para conservar la información.

En las RAM dinámicas la información necesita ser recordada periódicamente, ya que se va descargando con el tiempo. Esta pérdida de información es debida a que están construidas usando pequeños condensadores.

La razón de ser de este tipo de memorias es la economía, pues generalmente son más baratas que las estáticas.

Unidad central de proceso (CPU)

La UCP representa el cerebro de la computadora y allí es donde se procesa la información recibida, por lo que casi siempre nos referiremos a ella como el procesador. La UCP está formada por la unidad de control (UC), que clasifica y organiza las instrucciones recibidas (encargado), y la unidad aritmética y lógica (UAL), que las ejecuta (donde se “amasa y cuece" la información).

Físicamente el procesador es un microchip y consta de unos circuitos electrónicos que permiten realizar operaciones elementales con la información. El procesador se conecta con el resto de los componentes de un computador mediante unas patillas metálicas, cada una de las cuales transporta información binaria, a través de los buses de comunicación.

El cometido de la UC consiste en recibir la instrucción que se va a ejecutar, determinar su tipo (cálculo aritmético, lógico,..), determinar si esa instrucción necesita argumentos almacenados en la memoria, leer (en su caso) las direcciones de memoria que contienen los argumentos de la instrucción y dar la orden correspondiente a la UAL. Por su parte, la labor de la UAL es la de ejecutar las instrucciones aritméticas y lógicas, una vez que la UC ha determinado su tipo y ha leído sus argumentos (si los hubiera). Las instrucciones que llegan a la UAL son muy sencillas, y se reducen a un cálculo aritmético elemental (según el tipo

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