ARQUITECTURA
El concepto de arquitectura en
el entorno informático proporciona una descripción de
la construcción y distribución física de los
componentes de la computadora.
La arquitectura de una computadora explica la
situación de sus componentes y permite determinar las posibilidades de que
un sistema informático,
con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para
las que se va a utilizar.
Finalmente, cuando se haya respondido a estas
preguntas, el usuario tendrá una idea aproximada de los objetivos que
han de cumplir los diferentes sistemas informáticos a evaluar.
La Unidad Central del Sistema es un habitáculo en
forma de caja donde se sitúa el «cerebro»
de la computadora,
esto es, la unidad central de proceso(CPU),
así como los distintos componentes que van a ayudar al sistema informático en
sus operaciones habituales (bus, memorias, fuentes dealimentación eléctrica,
etcétera).
La unidad central de proceso se compone de:
• Una Unidad de Control que
manejará los diferentes componentes del sistema informático así como los datos a
utilizar en los diferentes procesos.
• Una Unidad Aritmético-Lógica que
realizará las diferentes operaciones de cálculo en
las que la computadora basa su funcionamiento.
• Unos Registros del
Sistema que sirven como área de trabajo interna
a la unidad central de proceso.
La unidad central de proceso se conecta a una serie
de memorias que le sirven como soporte para el manejo de los datos
y programas que
se han de utilizar mientras se encuentre operativa.
La unidad central de proceso y las memorias se
conectan entre ellas por medio del bus. El bus es un enlace de
comunicaciones que conecta todos los componentes que configuran el sistema
informático y permite la transferencia de información entre
ellos. Esta información se compone de datos y órdenes de comandos para
manipular los datos. Existen varias tecnologías de diseño y
construcción de buses entre las que se pueden distinguir las arquitecturas ISA,
EISA y MCA que se verán más adelante.
Es evidente que la configuración de un sistema
informático ha de realizarse en función de
los objetivos operativos que vaya a cubrir la citada computadora. Así, un
sistema informático que se va a dedicar exclusivamente a CAD/CAM (diseño
asistido por computadora) no tendrá una configuración similar a la de una
computadora que va a dedicarse a controlar los diferentes enlaces de
comunicaciones que componen red informática.
Los diferentes periféricos que se pueden conectar a
un sistema informático se dividen en cuatro grupos principales:
• Periféricos de
Entrada de Información.
• Periféricos de Almacenamiento de
Información.
• Periféricos de Salida de Información.
• Periféricos de Comunicaciones.
La Unidad Central del Sistema (System Unit en inglés)
es el centro de operaciones de cualquier computadora existente en el mercado actual.
En la unidad central del sistema se alojan los componentes y circuitería que
van a realizar las tareas fundamentales de la computadora.
Al abrir la unidad central del sistema de una
computadora se pueden apreciar una serie de componentes:
- Placa principal.
- Microprocesador central o unidad central de
proceso (CPU).
- Bus.
- Memoria principal.
- Otros componentes controladores.
- Fuente de alimentación eléctrica.
A continuación se estudiará detenidamente cada uno
de ellos.
1. Placa Principal.
Es una placa con un circuito impreso donde se
conectan los elementos básicos de la computadora: el microprocesador, el bus y
toda o parte de la memoria principal.
En algunos lugares también aparece denominada como
placa base o placa madre.
2. Microprocesador Central o Unidad Central de
Proceso (CPU).
Es el elemento fundamental de la computadora. El
microprocesador va a ocuparse de la ejecución de las órdenes de comandos, los
cálculosmatemáticos solicitados
por las referidas órdenes, el manejo de los datos asociados a los cálculos.
Otra función importante del microprocesador va a ser el control de los
componentes del sistema informático conectados a él y que le dan apoyo y le
permiten realizar todas las operaciones que le son solicitadas por los
diferentes programas de aplicación.
El microprocesador se va a ocupar también de controlar
y gestionar el tráfico de datos entre la unidad central del sistema y los
periféricos optimizando los procesos a realizar por la computadora.
3. Bus.
El bus, quizá fuera mejor decir los buses ya que
existen varios con diversas funciones,
es un circuito que conecta el procesador central
con todo el resto de componentes de la computadora.
El bus sirve para que le llegue al procesador la
información y las solicitudes de trabajo, desde el exterior, y envíe hacia
afuera los resultados del trabajo realizado.
4. Memoria Principal.
Es la zona de trabajo donde la computadora va a
almacenar temporalmente las órdenes a ejecutar y los datos que deberán
manipular esas órdenes.
Cuanto mayor sea la cantidad de memoria existente
en el sistema informático, mayores serán las posibilidades de trabajo de la
computadora, ya que ésta podrá manipular una cantidad superior de datos al
mismo tiempo (siempre
que el sistema operativo lo permita).
5. Componentes de Control.
Son elementos que sirven como apoyo al
funcionamiento del microprocesador central.
Fundamentalmente, son componentes especializados en
realizar determinadas operaciones, descargando al microprocesador central de
estas actividades y permitiéndole obtener una mayor rapidez y efectividad en el
manejo del conjunto del sistema informático.
Los controladores más importantes son el
controlador de interrupciones, el generador de reloj y el controlador de acceso
directo a memoria.
Las placas de expansión interna más importantes son
las de control del subsistema de vídeo, que manejarán las señales que
envía la CPU a la pantalla del sistema informático y las del controlador de los
discos de la computadora que controlará el flujo de datos entre la memoria
principal y el subsistema de almacenamiento.
Estos componentes serán estudiados en el
apartado concreto de
sus tareas dentro del sistema informático.
6. Fuente de Alimentación Eléctrica.
Las fuentes de alimentación proporcionan la energía
eléctrica que necesita por la computadora para funcionar. Esa energía se
estabiliza para impedir que la computadora se vea afectada por oscilaciones
bruscas en el suministro de las compañías eléctricas.
La fuente de alimentación transforma la corriente
alterna de 220 voltios de la red ciudadana en
corriente continua y de menor voltaje, que es la que necesitan los diferentes
componentes de la computadora.
Los voltajes que proporciona la fuente de
alimentación son de 12 y 5 voltios. El primero se utiliza para poner en
funcionamiento los componentes mecánicos de la computadora (discos, diskettes,
etc.). El segundo se utiliza en los componentes electrónicos (el
microprocesador, la memoria, el reloj, etc.).
En caso de que se abra la unidad central del
sistema de la computadora es muy importante no manipular la fuente de
alimentación; hay que tener en cuenta que, si el sistema informático está
enchufado y encendido, la fuente de alimentación es potencialmente peligrosa.
Si se está intentando realizar alguna operación dentro de la caja de la unidad,
deben manipularse cuidadosamente los cables que entran y salen de la caja de la
fuente de alimentación y bajo ningún concepto intentar abrirla.
La Unidad Central de Proceso es el lugar donde se
realizan las operaciones de cálculo y control de los componentes que forman la
totalidad del conjunto del sistema informático.
Las CPU de las actuales computadoras son microprocesadores construidos
sobre un cristal de silicio semiconductor donde se crean todos los elementos
que forman un circuito electrónico (transistores,
etc.) y las conexiones necesarias para formarlo.
El microcircuito se encapsula en una pastilla
de plástico con
una serie de conexiones hacia el exterior, en forma de patillas metálicas, que
forman su nexo de unión al resto del sistema informático. Estas pastillas de
plástico, con una multitud de patillas de conexión metálicas, reciben el nombre
de chips.
El microprocesador central de una computadora se
divide en:
• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).
• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit
o ALU en inglés).
• Registros.
La Unidad de Control maneja y coordina todas las
operaciones del sistema informático, dando prioridades y solicitando los servicios de
los diferentes componentes para dar soporte a la unidad aritmético-lógica en
sus operaciones elementales.
Los Registros son una pequeña memoria interna
existente en la CPU que permiten a la ALU el manejo de las instrucciones y los
datos precisos para realizar las diferentes operaciones elementales.
De la misma forma que la placa principal tiene un
bus para conectar la CPU con los diferentes dispositivos del sistema
informático, la unidad de control tiene un bus interno para conectar sus
componentesName=g12; HotwordStyle=BookDefault; .
Es la parte de la unidad central de proceso que
actúa como coordinadora de todas las tareas que ha de realizar la computadora.
Asimismo, se encarga de manejar todas las órdenes que la computadora necesita
para realizar la ejecución de las operaciones requeridas por los programas de
aplicación.
Sus funciones Básicas son:
1. Manejar todas las operaciones de acceso, lectura y escritura a
cada una de las posiciones de la memoria principal donde se almacenan las
instrucciones necesarias para realizar un proceso.
2. Interpretar la instrucción en proceso.
3. Realizar las tareas que se indican en la
instrucción.
Esta unidad también se ocupa de controlar y
coordinar a las unidades implicadas en las operaciones anteriormente
mencionadas, de manera que se eviten problemas internos
que se puedan producir entre los componentes de la computadora.
La unidad de control, finalmente, comunica entre sí
y dirige las entradas y salidas desde y hasta los periféricos, dando el
oportuno tratamiento a la información en proceso.
Para realizar su cometido, la unidad de control
necesita manejar la siguiente información:
• El registro puntero de instrucciones.
• La instrucción a ejecutar.
• Las señales de entrada/salida.
La salida que proporcionará la unidad de control
será el conjunto de órdenes elementales que servirán para ejecutar la orden
solicitada.
Los pasos en que se divide este proceso son:
1. Extraer de la memoria principal la instrucción a
ejecutar.
2. Tras reconocer la instrucción, la unidad de
control establece la configuración de las puertas lógicas (las interconexiones
de los diferentes componentes del circuito lógico) que se van a ver
involucradas en la operación de cálculo solicitada por la instrucción,
estableciendo el circuito que va a resolverla.
3. Busca y extrae de la memoria principal los datos
necesarios para ejecutar la instrucción indicada en el paso número 1.
4. Ordena a la unidad involucrada en la resolución
de la instrucción en proceso que realice las oportunas operaciones elementales.
5. Si la operación elemental realizada ha
proporcionado nuevos datos, éstos se almacenan en la memoria principal.
6. Se incrementa el contenido del registro puntero
de instrucciones.
Los Registros son un medio de ayuda a las
operaciones realizadas por la unidad de control y la unidad aritmética y
lógica. Permiten almacenar información, temporalmente, para facilitar la
manipulación de los datos por parte de la CPU.
Realizando una similitud con el resto del sistema
informático, los registros son a la CPU como la memoria principal es a la
computadora.
Los registros se dividen en tres grupos
principales:
• Registros de Propósito General.
• Registros de Segmento de Memoria.
• Registros de Instrucciones.
Seguidamente se presenta una relación completa de
los tres grupos de registros que contiene un microprocesador típico como puede
ser el Intel 80386:
Registros de Propósito General:
(AX) Registro de Datos
(DX) Registro de Datos
(CX) Registro de Datos
(BX) Registro de Datos
(BP) Registro Puntero Base
(SI) Registro Índice Fuente
(DI) Registro Índice Destino
(SP) Registro Puntero de la Pila
Registros de Segmento de Memoria:
(CS) Registro Segmento de Código
(SS) Registro Segmento de la Pila
(DS) Registro Segmento de Datos
(ES) Registro Segmento de Datos Extra
(DS) Registro Segmento de Datos Extra
(ES) Registro Segmento de Datos Extra
Registros de Instrucciones
(FL) Registro de «Flags» o también denominado
registro de estado
Memoria
Principal:
La Memoria Principal es la zona de la unidad
central de sistema que almacena la información, en forma de programas y datos,
que se va a procesar seguidamente o va a servir de apoyo a las diferentes
operaciones que se van a efectuar por la computadora.
La posibilidad del proceso inmediato de la
información que almacena la memoria principal es su característica fundamental,
ya que, mientras que los datos existentes en la memoria principal pueden ser
procesados de inmediato por la unidad central de proceso, la información
contenida en la memoria auxiliar (discos, cintas, etc.) no puede ser procesada
directamente por la unidad central de proceso.
La memoria principal está conectada directamente a
los buses, que son su medio de comunicación con
la unidad central de proceso del sistema informático. La cantidad de memoria
existente en una computadora se verá limitada por la capacidad de
direccionamiento del bus; esto forma el Mapa de Memoria.
La memoria principal está compuesta lógicamente por
una serie de celdas de bits que permiten almacenar en cada una de ellas un bit
de información en código binario (0, 1) que será parte de un dato o una
instrucción.
Para poder identificar cada una de las celdas de la
memoria, éstas se numeran; a este número se le llama dirección y es el medio a
través del cual la unidad de control puede manejar la información.
Las direcciones de la memoria se localizan a través
del mapa de memoria. La dirección de cada celda de la memoria se establece por
una matriz en
la que los parámetros son el número total de direcciones y la longitud de
palabra que maneja el sistema informático. Esto supone una limitación, ya que
la computadora sólo puede manejar un número limitado de bits de dirección en
sus operaciones de direccionamiento.
La Palabra representa la cantidad de bits de
información manejada en paralelo por la computadora. Tamaños típicos de
palabras son 8 bits, 16 bits, 32 bits, etc.
Una vez localizada la dirección de la celda de
memoria se podrán realizar dos operaciones: leer la información existente en
ella o bien escribir nueva información para poder ser almacenada y
posteriormente procesada.
Para poder determinar si el sistema informático va
a leer o escribir se utiliza el registro de datos. El registro de datos es un
bit que, según el valor de
la información que contenga (0,1) indica a la unidad de control si se va a leer
o escribir en el acceso a la memoria que se esté realizando en ese momento. En
ambos casos, esta operación se realiza a través del bus de datos.
Cuando la unidad de control lee de la celda de
memoria, necesita que se le proporcione una dirección a la cual ir a leer. La
información existente en la celda no se destruye.
Cuando la unidad de control escribe en la celda de
memoria, debe recibir dos informaciones: la dirección de la memoria donde
escribir y la información que se debe escribir propiamente dicha. La
información existente en la celda de memoria previamente se destruye, ya que lo
que había escrito se sustituye por una nueva información.
La memoria principal se divide fundamentalmente en
dos partes: Volátil y No Volátil.
La Memoria Volátil pierde la información almacenada
en su interior si el sistema informático que la soporta es apagado. Esta parte
de la memoria principal se conoce como RAM (Memoria de Acceso Aleatorio o
Random Access Memory).
Las Memorias No Volátiles se dividen en memorias de
Sólo Lectura (ROM) y en otras que permiten la Manipulación de la Información
que contienen por diversos medios especiales
que se verán más adelante.
Existen dos modos distintos de Acceso a la Memoria:
• Acceso por Palabras.
• Acceso por Bloques.
1. Acceso por Palabras.
También se le denomina acceso aleatorio. La
operación de acceso se realiza sobre una sola palabra de información.
Recuérdese que palabra es la cantidad de bits que maneja el sistema informático
al mismo tiempo.
Este tipo de acceso únicamente se utiliza con
memorias estáticas (RAM) ya que el tiempo de acceso empleado es siempre el
mismo.
2. Acceso por Bloques.
Es el modo de acceso utilizado en las memorias
dinámicas. Consiste en empaquetar en un bloque un conjunto de datos al que se
añade una cabecera para identificarlo. El acceso se realizará a la cabecera del
bloque y una vez en ella se accederá a la información que contiene.
El acceso en las memorias dinámicas se realiza por
bloques, debido a que tardan más tiempo que las estáticas en acceder a una zona
de la memoria. La ventaja es que una vez que acceden a la zona donde se sitúa
el bloque son muy rápidas en acceder a la información existente.
Debe tenerse en cuenta que si la cantidad de
memoria principal del sistema informático no es muy grande el procesador se
verá restringido en supotencia por
la limitada capacidad de manipulación y acceso a los datos.
Las Tecnologías para fabricar memorias se
caracterizan por:
• Coste.
• Tiempo de acceso.
• Capacidad de almacenamiento.
La Optimización se consigue con una gran capacidad
de almacenamiento, un tiempo de acceso muy corto y un costo pequeño.
Nombre
|
Tamaño Máximo
|
Tiempo de Acceso
|
Registros
|
Hasta 200 Bytes
|
Menos de 10
Nanosegundos
|
Memoria Caché
|
Hasta 512 Bbytes
|
Entre 10 y 30
Nanosegundos
|
Memoria Principal
|
Más de 1 Gigabyte
|
Entre 30 y 100
Nanosegundos
|
Las memorias de acceso aleatorio son memorias en la
que se puede leer y escribir información. Permite el acceso a cualquier información
que contenga con la misma velocidad.
Esto significa que se puede acceder aleatoriamente a cualquier información
almacenada sin que se afecte la eficiencia del
acceso. Contrasta con las memorias secuenciales, por ejemplo una cinta
magnética, donde la facilidad de acceso a una información depende del lugar de
la cinta donde esté almacenada.
La memoria RAM se utiliza tanto para almacenar
temporalmente programas y datos como para guardar los resultados intermedios
que se están manipulando durante un proceso.
Una celda de memoria concreta de la RAM se puede
referenciar con una dirección de Segmento de Memoria y un valor determinado
dentro de ese segmento llamado «desplazamiento».
Los segmentos de memoria se agrupan en diferentes
Áreas de Trabajo que permiten delimitar las diversas funciones que se realizan
en la memoria.
Las áreas de la memoria son:
• Memoria Convencional.
• Memoria Extendida.
En la actualidad, las unidades centrales de
proceso, como el microprocesador 80486, pueden llegar a manejar hasta 4
gigabytes de memoria, por lo que los sistemas operativos como OS/2 o WINDOWS han
previsto esta posibilidad, pudiendo manejar esa cantidad de memoria.
La Memoria Convencional se Divide en:
• Memoria Baja.
• Memoria Alta.
La Memoria Baja es el área de memoria del sistema.
Ocupa las primeras direcciones de la memoria convencional y está ocupada por
las tablas de losvectores de
las interrupciones, las rutinas de la ROM-BIOS y
la parte residente del sistema operativo.
La Memoria Alta, también se denomina área de
memoria del usuario, es la zona en la que se sitúan los códigos de los
programas ejecutables y los datos que éstos manejan en las diferentes
aplicaciones que la computadora ejecuta.
La Memoria Extendida se utiliza en computadoras que
poseen una CPU que puede direccionar una gran cantidad de memoria, más de 1
megabyte, asociada a sistemas operativos que permiten gestionarla
correctamente, es decir, los sistemas
operativos multitareas o multiusuario como UNIX,
WINDOWS, sistemas
operativos LAN,
etc.
Sin embargo, puede ocurrir que la memoria extendida
no tenga el tamaño suficiente para que todos los procesos o todos los usuarios
puedan realizar sus tareas al mismo tiempo; una solución que se utiliza para
resolver este problema es una simulación de
la memoria de trabajo llamada Memoria Virtual.
Esta memoria virtual consiste en que cuando el
sistema informático intenta utilizar más memoria de trabajo que la que
realmente existe, el gestor de la memoria salva una parte de la información que
existe en la memoria, en el disco duro del
sistema informático.
Existen dos tipos de memorias RAM:
• RAM Estáticas.
Son memorias RAM convencionales que mantienen la
información almacenada en ellas permanentemente, mientras se mantenga la
alimentación eléctrica.
• RAM Dinámicas (DRAM).
La diferencia fundamental entre este tipo de
memorias y las memorias RAM estáticas es que debido a que la celda de memoria
donde almacenan la información tiende a descargarse, por tanto a perder la
información almacenada en ella, se ha de producir un «refresco», esto es, una
regrabación de la información almacenada cada pocos milisegundos para que no se
pierdan los datos almacenados.
La ventaja con respecto a las memorias RAM
convencionales es su bajo costo para tamaños de memorias medios y grandes.
Un tipo específico de memorias DRAM son las VRAM
(Vídeo RAM). Este tipo de memorias está diseñadas específicamente para
almacenar los datos de vídeo de los sistemas informáticos. Estas memorias son
especialmente útiles para manejar subsistemas de vídeo, ya que su necesidad de
refresco constante permite un manejo más sencillo de las cambiantes señales de
vídeo.
Memoria ROM:
La ROM (Read Only Memory) es una «Memoria Sólo de
Lectura». En ella sólo se puede leer la información que contiene, no es posible
modificarla. En este tipo de memoria se acostumbra a guardar las instrucciones
de arranque y el funcionamiento coordinado de la computadora.
Físicamente, las memorias ROM son cápsulas de
cristales de silicio. La información que contienen se graba de una forma
especial por sus fabricantes o empresas muy especializadas.
Al existir sólo la posibilidad de lectura, la señal
de control, que en la RAM se utilizaba para indicar si se iba a leer o
escribir, sólo va a intervenir para autorizar la utilización de la memoria ROM.
Además de las ROM, en las que sólo puede grabar
información el fabricante de la memoria, existen otros tipos de memorias no
volátiles que se pueden modificar de diversas formas y son de una flexibilidad
y potencia de uso mayor que las simples ROM. La utilización de este tipo de
memorias permite a los usuarios configurar computadoras dedicadas a tareas
concretas, modificando simplemente la programación de
los bancos de memoria del sistema informático. Estas memorias son:
• PROM (Programable Read Only Memory o Memoria
Programable Sólo de Lectura).
Las memorias PROM son memorias sólo de lectura que,
a diferencia de las ROM, no vienen programadas desde la fábrica donde se
construyen, sino que es el propio usuario el que graba, permanentemente, con
medios especiales la información que más le interesa.
• EPROM (Erasable-Programable Read Only Memory o
Memoria Borrable y Programable Sólo de Lectura).
Las EPROM tienen la ventaja, con respecto a las
otras memorias ROM, de que pueden ser reutilizables ya que, aunque la
información que se almacena en ellas permanece permanentemente grabada, ésta se
puede borrar y volver a grabar mediante procesos especiales, como puede ser el
mantenerlas durante treinta minutos bajo una fuente de rayos ultravioletas para
borrarlas.
• EEPROM (Electrically Erasable-Programable Read
Only Memory o Memoria Borrable y Programable Eléctricamente Sólo de Lectura).
Las EEPROM aumentan, más si cabe, su ventaja con
respecto a los anteriores tipos de memorias, ya que la información que se
almacena en ellas se puede manipular con energía
eléctrica y no es necesaria la utilización de rayos
ultravioletas.
La Memoria Caché es una zona especial de la memoria
principal que se construye con una tecnología de
acceso mucho más rápida que la memoria RAM convencional. La velocidad de la
caché con respecto a la memoria RAM convencional es del orden de 5 a 10 veces
superior.
A medida que los microprocesadores fueron
haciéndose más y más rápidos comenzó a producirse una disfunción con la
velocidad de acceso a la memoria de trabajo que se conectaba a ellos en el
sistema informático.
La siguiente vez que el microprocesador necesite
acceder a la memoria RAM convencional existirá una gran probabilidad de
que la información que necesita encontrar se encuentre en las direcciones de
memoria adyacentes a las ya utilizadas. Como estas direcciones de memorias
adyacentes ya se encuentran almacenadas en la memoria caché, el tiempo de
acceso a la información disminuye en gran medida.
La utilización de algoritmos estadísticos
de acceso a los datos permiten una gestión mucho
más racional del manejo de la memoria RAM convencional, disminuyendo los
tiempos de acceso a la memoria convencional y acercando ese tiempo de acceso al
de la propia caché.
Buses:
El Bus es la vía a través de la
que se van a transmitir y recibir todas las comunicaciones, tanto internas como
externas, del sistema informático.
El bus es solamente un Dispositivo de Transferencia
de Información entre los componentes conectados a él, no almacena información
alguna en ningún momento.
Los datos, en forma de señal eléctrica, sólo
permanecen en el bus el tiempo que necesitan en recorrer la distancia entre los
dos componentes implicados en la transferencia.
En una unidad central de sistema típica el bus se
subdivide en tres buses o grupos de líneas.
• Bus de Direcciones.
• Bus de Datos.
• Bus de Control.
Bus de Direcciones
Es un canal de comunicaciones constituido por
líneas que apuntan a la dirección de memoria que ocupa o va a ocupar la
información a tratar.
Una vez direccionada la posición, la información,
almacenada en la memoria hasta ese momento, pasará a la CPU a través del bus de
datos.
Para determinar la cantidad de memoria directamente
accesible por la CPU, hay que tener en cuenta el número de líneas que integran
el bus de direcciones, ya que cuanto mayor sea el número de líneas, mayor será
la cantidad de direcciones y, por tanto, de memoria a manejar por el sistema
informático.
Bus de Datos
El bus de datos es el medio por el que se transmite
la instrucción o dato apuntado por el bus de direcciones.
Es usado para realizar el intercambio de
instrucciones y datos tanto internamente, entre los diferentes componentes del
sistema informático, como externamente, entre el sistema informático y los
diferentes subsistemas periféricos que se encuentran en el exterior.
Una de las características principales de una
computadora es el número de bits que puede transferir el bus de datos (16, 32,
64, etc.). Cuanto mayor sea este número, mayor será la cantidad de información
que se puede manejar al mismo tiempo.
Bus de Control
Es un número variable de líneas a través de las que
se controlan las unidades complementarias.
El número de líneas de control dependerá
directamente de la cantidad que pueda soportar el tipo de CPU utilizada y de su
capacidad de direccionamiento de información.
Arquitecturas de Bus:
Dependiendo del diseño y la tecnología que se
utilice para construir el bus de una microcomputadora se pueden distinguir tres
arquitecturas diferentes:
• Arquitectura ISA.
• Arquitectura MCA.
• Arquitectura EISA.
• Arquitectura ISA.
• Arquitectura ISA
La Arquitectura ISA (Industry Standard Architecture
en inglés) es la arquitectura con que se construyó el bus de los
microcomputadores AT de IBM.
Esta arquitectura se adoptó por todos los
fabricantes de microcomputadoras compatibles y, en general, está basada en
el modelo de
tres buses explicado anteriormente. Su tecnología es antigua, ya que se diseñó
a principios de
la década de los 80, lo que provoca una gran lentitud, debido a su velocidad de
8 megaherzios y una anchura de sólo 16 bits.
• Arquitectura MCA.
La Arquitectura MCA (MicroChannel Architecture en
inglés) tuvo su origen en una línea de microcomputadoras fabricadas por IBM,
las PS/2 (PS significa Personal System).
Las PS/2 fueron unas microcomputadoras en las que,
en sus modelos de
mayor rango, se sustituyó el bus tradicional de las computadoras personales por
un canal de comunicaciones llamado MicroChannel.
El MicroChannel no es compatible, ni en su diseño
ni en las señales de control, con la tecnología de bus tradicional, si bien su
misión de transferencia de direcciones de memoria y datos es similar en ambos
casos. Las ventajas de MicroChannel son una mayor velocidad, 10 megaherzios,
una anchura de 32 bits, la posibilidad de autoinstalación y una mejor gestión
de los recursos conectados al canal gracias a un control denominado busmaster.
• Arquitectura EISA.
La Arquitectura EISA (Extended Industry Standard
Architecture en inglés) surge como una mejora del estándar ISA por parte de
un grupo de
empresas fabricantes de microcomputadoras compatibles. La velocidad del bus
aumenta, así como la posibilidad de manejo de datos, llegándose a los 32 bits
en paralelo; asimismo posee autoinstalación y control de bus.
La unión del aumento de la velocidad interna del
bus y los 32 bits trabajando en paralelo permite a esta arquitectura una
capacidad de manejo y transferencia de datos desconocida hasta ese momento,
pudiendo llegar hasta los 33 megabytes por segundo.
La gran ventaja de la arquitectura EISA es que es
totalmente compatible con ISA, esto es, una tarjeta de expansión ISA funciona
si se la inserta en una ranura EISA. Evidentemente, no va a poder utilizar
totalmente la potencia del nuevo estándar, funcionando a menor velocidad, pero
funcionando al fin y al cabo.
En la actualidad no existe una arquitectura que
tenga el suficiente peso específico como para desbancar totalmente al resto, si
bien, poco a poco, la arquitectura ISA puede ir desapareciendo de las
configuraciones de los sistemas informáticos dando paso a las otras dos
arquitecturas.
El reloj de una computadora se utiliza para dos
funciones principales:
1. Para sincronizar las diversas operaciones que
realizan los diferentes subcomponentes del sistema informático.
2. Para saber la hora.
El reloj físicamente es un circuito integrado que
emite una cantidad de pulsos por segundo, de manera constante. Al número de
pulsos que emite el reloj cada segundo se llama Frecuencia del Reloj.
La frecuencia del reloj se mide en Ciclos por
Segundo, también llamados Hertzios, siendo cada ciclo un pulso del reloj. Como
la frecuencia del reloj es de varios millones de pulsos por segundo se expresa
habitualmente en Megaherzios.
El reloj marca la
velocidad de proceso de la computadora generando una señal periódica que es
utilizada por todos los componentes del sistema informático para sincronizar y
coordinar las actividades operativas, evitando el que un componente maneje unos
datos incorrectamente o que la velocidad de transmisión de datos entre dos
componentes sea distinta.
Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj mayor será
la velocidad de proceso de la computadora y podrá realizar mayor cantidad de
instrucciones elementales en un segundo.
El rango de frecuencia de los microprocesadores
oscila entre los 4,77 megaherzios del primer PC diseñado por IBM y los 200
megaherzios de las actuales computadoras basadas en los chips Intel Pentium.
Las Tarjetas de
Expansión están diseñadas y dedicadas a actividades específicas, como pueden
ser las de controlar la salida de vídeo de la computadora, gráficas,
comunicaciones, etc.
Las tarjetas de expansión no forman parte de la
unidad central de proceso, pero están conectadas directamente a ésta a través
del bus, generalmente dentro de la propia caja de la unidad central del
sistema, y controladas por la CPU en todas sus operaciones.
Las tarjetas de expansión complementan y ayudan a
la placa base y, por tanto, al microprocesador central descargándole de tareas
que retardarían los procesos de la CPU, añadiendo al mismo tiempo una serie de
posibilidades operativas que no estaban previstas en los primeros modelos de
computadoras.
A lo largo de la historia del desarrollo de
las computadoras se han ido aprovechando diseños técnicos anteriores para crear
subcomponentes de sistemas informáticos de complejidad superior; un ejemplo
puede ser el microprocesador 8086 que sirvió como microprocesador principal
para una serie de sistemas informáticos, como fueron los PS/2 de IBM. En la
actualidad puede emplearse como microprocesador de tarjetas gráficas dedicadas
a controlar los subsistemas de vídeo.
Las tarjetas de expansión cumplen una importante
cantidad de cometidos que van desde controlar actividades del proceso general
del sistema informático (subsistema de vídeo, subsistema de almacenamiento
masivo de información en los diferentes discos de la computadora, etc.) hasta
permitir una serie de tareas para las que los diseñadores del sistema
informático no han previsto facilidades o que debido a su costo sólo se
entregan como opcionales.
Las Tarjetas de Expansión
Controladoras de Periféricos son placas que contienen circuitos lógicos y que
se conectan al bus de datos para recibir la información que la CPU envía hacia los
periféricos almacenándola en Buffers, esto es, una serie de Memorias
Intermedias que actúan como amortiguadoras de los flujos de datos que se
transmiten en el interior del sistema informático y descargan al procesador
principal del control del tráfico de señales y datos entre el procesador y los
periféricos exteriores.
Las tarjetas de expansión controladoras de
periféricos más importantes son:
• Las Tarjetas de Expansión Controladoras del Modo
de Vídeo.
• Las Tarjetas de Expansión Controladoras de Entrada/Salida
de Datos.
• Las Tarjetas de Expansión Controladoras de
Comunicaciones.
Este tipo de tarjetas de expansión son también
llamadas Tarjetas Gráficas. Las tarjetas gráficas van a proporcionar diferentes
clases de calidad en
la información que el sistema informático va a poder mostrar en su pantalla.
La información que la computadora va a representar
en su pantalla se encuentra en una zona de la memoria RAM que alimenta
periódicamente al cañón de electrones, a través de la tarjeta controladora del
modo gráfico, de los datos necesarios para representar la información
almacenada en la pantalla del sistema informático.
La pantalla de la computadora se refresca, esto es,
modifica el dibujo que
aparece en ella con una periodicidad de entre 50 y 80 veces por segundo. El
dibujo que aparece en la pantalla del sistema informático es el almacenado en
la memoria de vídeo de la computadora y que la tarjeta gráfica recibe para
manejar los datos y enviarlos hacia la pantalla del sistema informático.
Cuando la tarjeta de vídeo envía la información
almacenada en la memoria hacia la pantalla de la computadora, estos datos pasan
por un convertidor digital/analógico para convertirse en una señal eléctrica
compatible con la necesaria para que el componente de generación de imágenes de
la pantalla del sistema informático (cañón de rayos, LCD, etc.) forme la imagen en
la pantalla de la computadora.
Existen diferencias entre los distintos tipos de
tarjetas gráficas entre las que caben destacar:
1. Modo de Trabajo.
Es como se va a manejar la información que se va a
representar en la pantalla del sistema informático.
Los modos principales de trabajo son:
• Modo Texto:
Se maneja la información en forma de texto, si bien algunos de estos caracteres
pueden utilizarse para realizar dibujos sencillos.
• Modo Gráfico: Es más completo que el anterior ya
que a la posibilidad del manejo de caracteres se une la de la creación de
dibujos complejos.
2. Utilización del Color.
Algunas tarjetas de vídeo pueden manejar una serie
de parámetros, en forma de código binario, que permiten la utilización del
color en las pantallas de los sistemas informáticos que estén preparadas para
ello. La utilización, o no, del color permite realizar la siguiente
diferenciación:
• Monocromas: Utilizan sólo un color que resalta
sobre el fondo de la pantalla de la computadora.
• Policromas: Utilizan la serie de tres colores fundamentales
(rojo, azul y verde) para obtener las diferentes mezclas de
colores y tonos que se van a representar en la pantalla del sistema
informático.
3. Resolución Gráfica.
Es una matriz formada por la cantidad total de
líneas de información y el número de puntos en que se puede dividir cada una de
las líneas. Esta matriz es la información que la tarjeta gráfica envía hacia la
pantalla de la computadora.
A continuación van a estudiarse los tipos de
tarjetas gráficas más conocidas:
Tarjeta Gráfica Hércules:
Las tarjetas gráficas Hércules son tarjetas de
vídeo que trabajan en modo gráfico en sistemas informáticos cuya configuración
incluye pantallas monocromas.
Fueron diseñadas por Hércules Corp. para poder
crear gráficos en
las pantallas monocromas de las primeras computadoras personales debido a que
la tarjeta de vídeo que incluían estos sistemas informáticos, el Adaptador
Monocromo de IBM, sólo podía trabajar en modo texto.
Debido a que Hércules Corp. era una empresa independiente,
IBM nunca consideró a la tarjeta de vídeo creada por ella como un estándar,
aunque sí lo fue de hecho.
Este modelo de tarjeta de vídeo posee una
resolución gráfica de 720 puntos por 348 líneas.
Tarjeta Gráfica CGA.
La tarjeta gráfica CGA (Color Graphics
Adapter-Adaptador de Gráficos Color) fue diseñada para introducir el color en
el mundo de la microinformática.
Las tarjetas gráficas CGA trabajan en los modos
texto y gráfico, pudiendo conectarse a ellas pantallas de computadora
monocromas y de color.
El problema que presentan las CGA es que su
resolución gráfica es muy pobre en comparación con el resto de las tarjetas
gráficas del mercado, siendo de 640 puntos por 240 líneas en modo monocromo y
de 320 puntos por 200 líneas trabajando con cuatro colores.
Tarjeta Gráfica EGA.
La EGA (Enhanced Graphics Adapter-Adaptador
Mejorado de Gráficos) es una tarjeta de vídeo que trabaja en modo gráfico y
mejora en gran medida las prestaciones de la CGA. Esta tarjeta gráfica
trabaja con pantallas de computadora monocromas o de color.
La resolución de la tarjeta gráfica EGA es de 640
puntos por 350 líneas y maneja hasta 16 colores al mismo tiempo.
Tarjeta Gráfica MCGA.
Esta Tarjeta Gráfica (MicroChannel Graphics Adapter
- Adaptador Gráfico MicroChannel) fue diseñada por IBM para trabajar en sus
microcomputadoras del tipo PS/2.
La MCGA tenía una resolución máxima de 640 puntos
por 400 líneas en modo monocromo, reduciéndose a medida que se aumentaba el
número de colores con que se trabajaba.
Tarjeta Gráfica VGA.
La Tarjeta Gráfica VGA (Video Graphics
Adapter - Adaptador Vídeo de Gráficos) se diseñó, como la anterior, para los
sistemas informáticos PS/2 de IBM. La diferencia entre ambas tarjetas gráficas
es que si la anterior se instaló en los sistemas informáticos menos potentes,
la VGA se instaló en los sistemas informáticos más potentes de la gama PS/2,
debido a su mejor resolución.
Al contrario que la MCGA, la tarjeta gráfica VGA sí
tuvo un modelo compatible con el bus habitual de los sistemas PC y gracias a su
calidad de diseño y fabricación ha llegado a convertirse en un estándar dentro
del mercado microinformático.
La resolución de esta tarjeta gráfica tiene dos
modos distintos:
• La resolución en modo texto es de 720 puntos por
400 líneas manejando los dos colores del monocromo.
• La resolución en modo gráfico es de 640 puntos
por 480 líneas y maneja 16 colores.
Tarjeta Gráfica SVGA.
La tarjeta gráfica SVGA (Super Video Graphics
Adapte - Super Adaptador Vídeo de Gráficos) es un diseño de reciente creación.
Ha sido introducida en el mercado como una tarjeta gráfica VGA, ampliada y
mejorada, que rápidamente está consiguiendo una importante cuota de instalación
en las configuraciones de los nuevos sistemas informáticos.
La posibilidad de manejo por la propia tarjeta
gráfica de un megabyte de memoria DRAM, que puede ampliarse hasta los dos
megabytes, supone una importante potencia gráfica que da, a los sistemas
microinformáticos, posibilidades de manejo de gráficos que antes sólo podían
realizar las estaciones de trabajo o las minicomputadoras.
La resolución de esta tarjeta gráfica es muy alta,
llegando a los 1.280 puntos por 1.024 líneas.
Tarjetas Controladoras de Entrada y Salida de Datos
La función principal de estos dispositivos es
adaptar la información procesada por la unidad central de proceso, canalizando
las transferencias de información entre la computadora y los dispositivos
periféricos exteriores.
Con las tarjetas controladoras de entrada y salida
de datos se consigue:
1. Independencia funcional entre la unidad central de
proceso y los periféricos asociados a ella. Las tarjetas controladoras evitan
la lentitud de los procesos debido a la diferencia de velocidad entre la CPU y
los periféricos.
2. Adaptación de diversos tipos de periféricos al
sistema informático, independientemente de que la operatividad entre ellos y la
computadora no sea compatible.
3. Pueden servir de traductoras entre el modo digital
de la computadora y el analógico del de otros medios por los que se pueden
establecer enlaces entre sistemas informáticos.
Las Tarjetas Controladoras de comunicaciones son
unidades que permiten la conexión de una computadora central, denominada
sistema central o servidor, con una serie de computadoras menos potentes que
utilizan parte de los recursos del servidor para aumentar su operatividad.
La conexión se produce a través de una serie de Enlaces
que unen todas las computadoras entre sí formando una Red de Comunicaciones.
Si los sistemas informáticos que constituyen esta
red de comunicaciones se encuentra en una zona no muy extensa, no mayor que un
edificio, la red se denomina Red de Área Local (LAN - Local Área Network).
Si la red de comunicaciones tiene una extensión
mayor y se utilizan los servicios de las compañías telefónicas para enlazar las
diferentes computadoras que componen la red, ésta se denomina Red de Área
Extensa (WAN-Wide Área Network).
Las tarjetas controladoras de comunicaciones más
comunes son las tarjetas de conexión a redes de área local.
Este tipo de tarjetas de comunicaciones se estudiarán más adelante en un
apartado específico dedicado a ella; sin embargo, se puede adelantar aquí que
las tarjetas controladoras de comunicaciones se dividen en dos grupos
principales:
• Tarjetas de conexión a redes locales (LAN).
• Tarjetas de expansión módem (para redes de
comunicaciones extensas).
Las tarjetas de conexión a redes LAN son
tarjetas de expansión que proporcionan una Conexión y una Dirección que
permiten identificar al usuario en el interior de la red, posibilitándole el
poder enviar y recibir información al sistema informático.
La conexión que proporcionan las tarjetas de
conexión a redes de área local es a un cable coaxial muy
similar al utilizado para conectar una televisión comercial a su antena
exterior. La velocidad que este medio permite dentro de la red de
comunicaciones es, sin embargo, inferior a la que poseen los sistemas
informáticos conectados a ella, rondando unos pocos megaherzios.
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