Arquitectura De Computadoras                                                  

¿Que es arquitectura de computadoras?

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de Computadoras. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.

Componentes de la arquitectura

Los componentes que involucra la arquitectura de computadoras son: Equipos de Entrada, Equipos de Salida, System Unit, Equipos de Almacenamiento y Equipos de comunicación.

• Equipos de Entrada: Un equipo de entrada es cualquier componente de Hardware que permite que un usuario entre datos o instrucciones a la computadora. Seis equipos de entrada (o de Input) comunes son: Teclado("Keyboard"), "Mouse", Micrófono, "Scanner", Cámara Digital y Cámara De Computadoras Personales.
• Equipos de Salida: Un equipo de salida es cualquier componente de Hardware que puede recibir y presentar información para un usuario. Tres tipos comunes son: Impresora("Printer"), Monitor y Bocinas.
• System Unit: También es conocido como el chasis. Es parecido a una caja hecha en metal o plástico, que protege los componentes electrónicos internos de la computadora.
• Equipos de Almacenamiento: Para empezar a almacenar es igual a guardar datos, instrucciones o información para un uso futuro. El equipo de almacenamiento registra o guarda a un medio de almacenamiento, al igual recupera o extrae por medio del almacenamiento. Es un lugar físico donde la computadora mantiene los datos, instrucciones o información. 

Tipos de memorias y para que sirven?.

Para empezar la memoria sirve para almacenar, retener información todo el tiempo que deseemos, lo podemos leer y escribir cuantas veces queramos. 

• Memoria RAM: Es un tipo de memoria de ordenador a la que se puede acceder aleatoria mente, permite almacenar y extraer información (lectura/escritura). Se puede usar para guardar datos y de más información que nosotros queramos meterle.
• Memoria ROM: Es una memoria de solo lectura no se puede escribir sobre ella, es un medio de almacenamiento de ordenadores y dispositivos electrónicos la cual solo permite leer información mas no escribirla.
• Memoria Caché: Es una memoria en la que almacenas una serie de datos para su acceso rápido, es un tipo de memoria. Volátil (Del tipo de RAM) pero de una gran velocidad.
• Memoria Flash: Consiste en una pequeña tarjeta destinada a almacenar grandes cantidades de información en un espacio reducido. Este tipo de memorias son denominadas no volátiles va que conservan los datos aún cuando no se encuentran conectadas a la corriente eléctrica.
• Memoria USB: Pequeño dispositivo para el almacenamiento de información digital que utilizan las memorias flash. Suelen usarse para reproductores mp3. Son resistentes al polvo y a los rasguños y en teoría pueden almacenar la información durante 10 años y escribirse alrededor de 1 Millón de veces.  

Que es un procesador y para que sirve?.

El Procesador (CPU, por Central Processing Unit o Unidad Central de Procesamiento), es por decirlo de alguna manera, el cerebro del ordenador. Permite el procesamiento de la información numérica, es decir, información ingresada en formato Binario, así como la ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria.
El procesador es un circuito electrónico que funciona a la velocidad de un reloj interno, gracias a un cristal de cuarzo que, sometido a una corriente eléctrica, envía pulsos, determinados "picos". la velocidad de reloj (también denominada ciclo), corresponde al número de pulsos por segundo, expresados en Hertz (Hz). De este modo, un ordenador de 200 MHz posee un reloj que envía 200.000.000 pulsos por segundo. Por lo general, la frecuencia de reloj es un múltiplo de la frecuencia del sistema (FSB, Front-Side Bus o Bus de la Parte Frontal), es decir, un múltiplo de la frecuencia de la Placa Madre.


Con cada pico de reloj, el procesador ejecuta una acción que corresponde a su vez a una instrucción o bien a una parte de ella. La medida CPI (Cycles Per Instrutcion o Ciclos por Instrucción) representa el número promedio de ciclos de reloj necesarios para que el microprocesador ejecute una instrucción. En segundo que es capaz de procesar. Los MIPS (Millions of Instructions Per Second o millones de instrucciones por segundo) son las unidades que se utilizan, y corresponden a la frecuencia del procesador divida por el número de CPI.
Una instrucción es una operación elemental que es procesador puede cumplir. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Las instrucciones  poseen dos campos:

• El Código De Operación, que representa la acción que el procesador debe ejecutar.
• El Código Operando, que define los parámetros de la acción. El código operando depende a su vez de la operación. Puede tratarse tanto de información como de una dirección de memoria.

El número de bits en una instrucción varía de acuerdo al tipo de información  (entre 1 y 4 bytes de 8 bits).
Las instrucciones pueden agruparse en distintas categorías. A continuación presentamos algunas de las más importantes:

• Acceso A Memoria: Acceso a la memoria o transferencia de información entre registros.
• Operaciones Aritméticas: Operaciones tales como suma, resta, división o multiplicación.
• Operaciones Lógicas: Operaciones tales como Y, O, NO, NO EXCLUSIVO, etc.
• Control: Controles de secuencia, conexiones condicionales, etc.

Registro

Cuando el procesador ejecuta instrucciones, la información almacena en forma temporal en pequeñas ubicaciones de memoria local de 8, 16, 32 o 64 bits, denominadas registros. Dependiendo del tipo de procesador, el número total de registros puede variar de 10 a varios cientos.

Los  registros más importantes son:

• El Registro Acumulador (ACC), que almacena los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas.
• El Registro De Estado (PSW, Processor State: Word o Palabra de Estado del Procesador), que contiene los indicadores de estado del sistema (lleva dígitos, desbordamientos, etc).
• El Registro De Instrucción (RI), que contiene la instrucción que está siendo procesada actualmente.
• El Contador Ordinal (OC o PC por Program Counter, Contador de Programa), que contiene la dirección de la siguiente instrucción a procesar.  
• El Registro Del Búfer, que almacena información en forma temporal desde la memoria.

Memoria Caché.

La Memoria Caché (también Memoria Buffer) es una memoria rápida que permite reducir los tiempos de espera de las distintas informaciones almacenada por la RAM (Random Acces o Memoria De Acceso Aleatorio). En efecto, la memoria principal del  ordenador es más lenta que la del procesador.

Existen, sin embargo, tipos de memoria que son mucho mas rápidos, pero que tienen un costo más elevado. La solución consiste entonces, en incluir este tipo de memoria local próxima al procesador y en almacenar en forma temporal la información principal que se procesará en él. Los últimos modelos de ordenadores poseen muchos niveles distintos de Memoria Caché:

• La Memoria Caché Nivel 1 (denominada L1 Cache, por Level 1 Cache) se encuentra integrada directamente al procesador. Se subdivide en dos partes: *La primera parte es la Caché de instrucción, que contiene instrucciones de la RAM que fueron decodificadas durante su paso por las canalizaciones. *La segunda parte es la Caché de información, que contiene información de la RAM, asi como información utilizada recientemente durante el funcionamiento del procesador.                                   

El tiempo de espera para acceder a las memorias Caché nivel 1 es muy breve; es similar al de los registros internos del procesador.

• La Memoria Caché Nivel 2 (denominada L2 Cache, por Level 2 Cache) se encuentra ubicada en la carcasa junto con el procesador (en el chip). La Caché nivel 2 es un intermediario entre el procesador con su caché interna y la RAM. Se puede acceder más rápidamente que a la RAM, pero no tanto como la Caché Nivel 1.
• La Memoria Caché Nivel 3 (denominada  L3 Cache, por Level 3 Cache) se encuentra ubicada en la placa madre.

Todos estos niveles de caché reducen el tiempo de latencia de diversos tipos de memoria al procesar o transferir información. Mientras el procesador está en funcionamiento, el controlador de la Caché Nivel 1 puede interconectarse con el controlador de la Caché Nivel 2, con el fin de transferir información sin entorpecer el funcionamiento del procesador. También, la Caché Nivel 2 puede interconectarse con la RAM(Caché Nivel 3) para permitir la transferir la transferencia sin entorpecer el funcionamiento normal del procesador.

Periféricos de entrada.

Un Dispositivo de Entrada o Periférico de Entrada es cualquier periférico (pieza del equipamiento del hardware de computadoras) utilizado para proporcionar datos y señales de control a un sistema de procesamiento de información (por ejemplo, un equipo). Los periféricos de entrada y salida componen la interfaz de hardware entre un equipo como un escáner o controlador 6DOF.

Clasificación.

Muchos periféricos de entrada su pueden clasificar de acuerdo a:

• Modalidad de entrada (por ejemplo, el movimiento mecánico, sonoro, visual, etc).
• Si la entrada es discreta (por ejemplo, pulsaciones de teclas) o continua (por ejemplo, una posición, aunque digitalizados en una cantidad discreta, es lo suficientemente rápido como para ser considerado continuo).
• El grado de libertad que se trate (por ejemplo, los ratones tradicionales en dos dimensiones, o los navegantes tridimensionales diseñados para aplicaciones CAD).

Los dispositivos de señalamiento, que son dispositivos de entrada usados para especificar una posición en el espacio, además se pueden clasificar de acuerdo a :

• Si la entrada es directa o indirecta. Con la entrada directa, el espacio de entrada coincide con el espacio de exhibición, es decir, señalando que se hace en el espacio donde la retroalimentación visual o el cursor aparece. Las pantallas táctiles y los lápices ópticos cuentan con la aportación directa. Ejemplos de participación indirecta de entrada incluyen el ratón y el trackball.
• Si la información de posición es absoluta (por ejemplo, en una pantalla táctil) o familiar (por ejemplo con un ratón que se puede levantar y reposicionar).

Tenga en cuenta que la entrada directa es casi necesariamente favorable, pero de entrada indirecta puede ser absoluta o relativa. Por ejemplo, la digitalización de tabletas gráficas que no tienen una pantalla incrustada cuentan con la aportación indirecta y el sentido posiciones absolutas y con frecuencia se ejecuta en un modo de entrada favorable, pero también pueden ser configurados para simular un modo de entrada de la familia cuando el lápiz o disco puede ser levantado y colocado de nuevo.

Teclados

Un teclado es un dispositivo de interfaz humana, que se representa como una disposición de botones. Cada botón, o tecla, se puede utilizar para ingresar cualquier carácter lingüístico a un ordenador, o hacer un llamamiento a una función en particular de la computadora. Los teclados tradicionales que se basan en utilizar botones pulsadores, aunque variaciones más recientes son teclados virtuales, o incluso el teclado de proyección.

Dispositivos Apuntadores


Un dispositivo señalador es un dispositivo de interfaz humana que permite a un usuario introducir datos especiales a una computadora. En el caso de los ratones y las pantallas táctiles, estos usualmente se logra mediante la detección de movimiento a través de una superficie física. Los dispositivos analógicos, tales como los ratones 3D, joysticks o varilla de indicación, la función de presentación de informes por su ángulo de desviación. Los movimientos del dispositivo de señalización hace "eco", es decir repite, en la pantalla los movimientos del cursor, creando una forma sencilla e intuitiva para navegar en un ordenador o computadora GUI.

Alto Grado De Dispositivos De Entrada Libre


Algunos dispositivos que permiten que muchos grados continuos de la libertad como entrada. Estos se pueden utilizar como dispositivos señaladores, pero generalmente se utilizan en formas que no impliquen apuntación  a una ubicación en el espacio, tales como el control de un ángulo de la cámara mientras que en aplicaciones 3D. Este tipo de dispositivos se utilizan típicamente en CAVE's, donde requiere entradas y registros 6DOF.

Píxel


Un Píxel o Pixel, plural pixeles (acrónimo del ingles Picture Element, "Elemnto de imagen") es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea esta un fotograma de video o un gráfico.