arquitectura basica de un computador

.- La arquitectura básica de un computador.

1. El Concepto de von Neumann.

Los primeros computadores se programaban en realidad recableándolos. Esto prácticamente equivalía a reconstruir todo el computador cuando se requería de un nuevo programa. La tarea era simplificada gracias a un panel de contactos (muy similar al de los primeros conmutadores telefónicos que eran atendidos por operadoras, y que hoy en día sólo llegamos a ver en viajes películas en blanco y negro. Ver fig. 1) con el que era posible enlazar circuitos para crear secciones dedicadas a una actividad específicas. La programación del computador se llevaba a cabo, literalmente, reconstruyéndolo.

Fig 1.- ENIAC, primer computador electrónico y su panel de conexiones

Mientras que el recablear al computador establecía una clara distinción entre los datos (representados por los estados o señales eléctricas que serín mantenidas por los relevadores o a través de los bulbos que conformaban al computador) y el programa (las conexiones que serían establecidas entre estos componentes del hardware) la labor de "programación" requería sino del propio creador del computador si a un verdadero experto y conocedor de electrónica, principios de lógica digital y del problema mismo. Esto vino a cambiar con el concepto del programa almacenado, un concepto teórico muy importante que fue establecido por el matemático John von Neumann el 30 de junio de 1945 en un borrador sobre el diseño de la EDVAC. A diferencia de los primeros computadores, von Neumann proponía que tanto el programa como sus datos fueran almacenados en la memoria del computador. Esto no solo simplificaba la labor de programación al no tener que llevar a cabo el recableado del computador sino que además libraba y generalizaba el diseño del hardware para hacerlo independientede cualquier problema y enfocado al control y ejecución del programa. Este concepto fue tan importante y decisivo que dio lugar al concepto de la arquitectura de von Neumann, aún presente en nuestros días.

La arquitectura de von Neumann se compone de tres elementos:

1. La Unidad Central de Procesamiento (CPU, por sus siglas en inglés), que es considerada como el cerebro y corazón del computador. Internamente consiste de una Unidad Aritmético-Lógica (ALU), un conjunto de registros y una Unidad de Control (CU). La ALU es donde se realizan todas las operaciones que involucran un procesamiento matemático (particularmente aritmético) o lógico (operaciones booleanas). Los registros permiten el almacenammiento de datos para estas operaciones y sus resultados. En la CU es donde se ejecutan todo el resto de las operaciones (decisión, control, movimiento de datos). Una CPU con todos estos elementos implementada en un solo chip recibe el nombre de microprocesador.
2. La memoria, que es donde datos y programa es almacenado. La memoria puede ser visto como un arreglo unidimensional finito en la que cada localidad es identificada por un valor asociado a su posición y que es comunmente llamado dirección. Existen diversos tipos de memoria, identificados por el tipo de tecnología usada, aunque para un computador son generalmente clasificadas en dos grandes grupos por tipo de uso al que de destina. La memoria RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) y que es aquella destinada al almacenamiento de datos y programas (incluyendo al sistema operativo), es considerada temporal o de tipo volátil ya que pierde si contenido cuendo el computador es apagadoo reinicializado. La memoria ROM es aquella de tipo permanente, aun cuando el computador sea desenergizado mantendrá su contenido. Es usada principalmente para el almacenamiento de pequeños programas destinados a la adminsitración básica de recursos, especialmente de entrada y salida.
3. Las interfaces de entrada y salida (I/O). destinadas a liberar de trabajo a la CPU en la comunidación con dispositivos de entrada (teclados, ratones), salida (impresoras) y entrada-salidas (discos, cintas).

Estos tres elementos están interconectados a través de un conjunto de líneas que llevan instrucciones (control bus), datos (data bus) y que permiten dar los valores de direcciones de memoria y dispositivos (memory bus).

clasificacion de los compuadores

SUPERCOMPUTADORAS

·         Una supercomputadora es el tipo de computadora más potente y más rápido que existe en un momento dado.
·         Estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica.
·         Asimismo son las más caras, sus precios alcanzan los 30 MILLONES de dólares y más; y cuentan con un control de temperatura especial, ésto para disipar el calor que algunos componentes alcanzan a tener.
·         Unos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes:
1.  Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares.
2.  Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos.
3.  El estudio y predicción de tornados.
4.  El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo.
5.  La elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo.
·         Debido a su precio, son muy pocas las supercomputadoras que se construyen en un año.

Macrocomputadoras

·         Las macrocomputadoras son también conocidas como Mainframes.
·         Los mainframes son grandes, rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida.
·         Los mainframes tienen un costo de varios millones de dólares.
·         De alguna forma los mainframes son más poderosos que las supercomputadoras porque soportan más programas simultáneamente. Pero las supercomputadoras pueden ejecutar un sólo programa más rápido que un mainframe.
·         En el pasado, los Mainframes ocupaban cuartos completos o hasta pisos enteros de algún edificio, hoy en día, un Mainframe es parecido a una hilera de archiveros en algún cuarto con piso falso, ésto para ocultar los cientos de cables d e los periféricos , y su temperatura tiene que estar controlada.

 Minicomputadoras

·         En 1960 surgió la minicomputadora, una versión más pequeña de la Macrocomputadora.
·         Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un Mainframe, y esto ayudó a reducir el precio y costos de mantenimiento.
·         Las Minicomputadoras, en tamaño y poder de procesamiento, se encuentran entre los mainframes y las estaciones de trabajo.
·         En general, una minicomputadora, es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo) capaz de soportar de 10 hasta 200 usuarios simultáneamente.
·         Actualmente se usan para almacenar grandes bases de datos, automatización industrial y aplicaciones multiusuario.

 Microcomputadoras

·         Las microcomputadoras o Computadoras Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores.
·         Un microprocesador es "una computadora en un chic", o sea un circuito integrado independiente.
·         Las PC´s son computadoras para uso personal y relativamente son baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares.
·         El término PC se deriva de que para el año de 1981 , IBM®, sacó a la venta su modelo "IBM PC", la cual se convirtió en un tipo de computadora ideal para uso "personal", de ahí que el término "PC" se estandarizó y los clones que sacaron posteriormente otras empresas fueron llamados "PC y compatibles", usando procesadores del mismo tipo que las IBM , pero a un costo menor y pudiendo ejecutar el mismo tipo de programas.

funcion principal y componentes harware de un computador

Hardware de una computadora

El hardware son todos los componentes físicos que forman parte o interactúan con la computadora. Existen diversas formas de categorizar el hardware de una computadora, pero aquí decidimos clasificarlo en cinco áreas:

* Componentes básicos internos: Algunos de los componentes que se encuentran dentro del gabinete o carcaza de la computadora (ver limpieza del gabinete)
Placa Madre: toda computadora cuenta con una placa madre, pieza fundamental de una computadora, encargada de intercomunicar todas las demás placas, periféricos y otros componentes entre sí.
Microprocesador: ubicado en el corazón de la placa madre, es el "cerebro" de la computadora. Lógicamente es llamado CPU.
Memoria: la memoria RAM, donde se guarda la información que está siendo usada en el momento. También cuenta con memoria ROM, donde se almacena la BIOS y la configuración más básica de la computadora. (ver ¿qué es el bios? y Cómo instalar memoria RAM en la computadora)
Cables de comunicación: normalmente llamados bus, comunican diferentes componentes entre sí.
Otras placas: generalmente van conectadas a las bahías libres de la placa madre. Otras placas pueden ser: aceleradora de gráficos, de sonido, de red, etc. (Ver Cómo instalar una placa aceleradora)
Dispositivos de enfriamiento: los más comunes son los coolers (ventiladores) y los disipadores de calor.
Fuente eléctrica: para proveer de energía a la computadora. (Ver Tipos e instalación de fuentes de alimentación eléctrica).
Puertos de comunicación: USB, puerto serial, puerto paralelo, para la conexión con periféricos externos.

* Componentes de almacenamiento: Son los componentes típicos empleados para el almacenamiento en una computadora. También podría incluirse la memoria RAM en esta categoría.
Discos duros: son los dispositivos de almacenamiento masivos más comunes en las computadoras. Almacenan el sistema operativo y los archivos del usuario. (Ver cómo instalar un disco duro)
Discos ópticos: las unidades para la lectura de CDs, DVDs, Blu-Rays y HD-DVDs. (Ver cómo limpiar discos ópticos).
Disquetes: las unidades para lectura de disquetes, casi sin uso en la actualidad.
Otros dispositivos de almacenamiento: ZIP, memorias flash, etc.

* Componentes o periféricos externos de salida: Son componentes que se conectan a diferentes puertos de la computadora, pero que permanecen externos a ella. Son de "salida" porque el flujo principal de datos va desde la computadora hacia el periférico.
Monitor: se conecta a la placa de video (muchas veces incorporada a la placa madre) y se encarga de mostrar las tareas que se llevan a cabo en la computadora. Actualmente vienen en CRT o LCD. (Ver cómo limpiar un monitor LCD y cómo limpiar un monitor CRT).
Impresora: imprime documentos informáticos en papel u otros medios.
Altavoces: forma parte del sistema de sonido de la computadora. Se conecta a la salida de la placa de sonido (muchas veces incorporada a la placa madre).

* Componentes o periféricos externos de entrada: Son componentes que se conectan a diferentes puertos de la computadora, pero que permanecen externos a ella. Son de "entrada" porque el flujo principal de datos va desde el periférico hacia la computadora.
Mouse o ratón: dispositivo empleado para mover un cursor en los interfaces gráficos de usuario. Cumplen funciones similares: el Touchpad, el Trackball, y el Lápiz óptico. (Ver limpieza del mouse)
Teclado: componentes fundamental para la entrada de datos en una computadora. (Ver limpieza del teclado).
Webcam: entrada de video, especial para videoconferencias.
Escáner: permiten digitalizar documentos u objetos.
Joystick, volante, gamepad: permiten controlar los juegos de computadora. (Ver los mejores videojuegos de la historia).

tendencias y futuros desarollos

• El Sistema Operativo del Mañana:

Se ha progresado mucho en el desarrollo de los sistemas operativos. Estos progresos han sido paralelos a la aparición de nuevas tecnologías y de nuevos algoritmos para las tareas de los sistemas operativos.
Actualmente, hay solamente dos paradigmas fundamentales del sistema operativo: el intérprete de la línea de comando (UNIX, DOS), y la interfaz gráfica (Macintosh OS, OS/2, Windows 95). Mientras que el último es claramente más intuitivo y preferido por la mayoría de los usuarios, la industria debe ahora tomar otra medida hacia el sistema operativo ideal. La generación siguiente de sistemas operativos utilizará las nuevas herramientas desarrolladas tales como programación orientada a objetos (OOP), y nueva tecnología de hardware (DRAM's y los microprocesadores densos y baratos), para crear un ambiente que beneficie a los programadores (con modularidad y la abstracción crecientes) así como a los usuarios (proporcionándoles una interna, constante y gráficamente orientada interfaz). Los sistemas operativos futuros también se adaptarán fácilmente a las preferencias cambiantes del usuario y a las tecnologías futuras (tales como sistemas de realidad virtual).

Cuarta generación

Cuarta generación

Después de los cambios tan específicos y marcados de las generaciones anteriores, los desarrollos tecnológicos posteriores, a pesar de haber sido muy significativos, no son tan claramente identificables.

En la década del 70 empieza a utilizarse la técnica LSI (Large Scale Integration) Integración a Gran Escala. Si en 1965 en un "chip" cuadrado de aproximadamente 0.5 centímetros de lado podía almacenarse hasta 1.000 elementos de un circuito, en 1970 con la técnica LSI podía almacenarse 150.000.

Algunos investigadores opinan que esta generación se inicia con la introducción del sistema IBM System/370 basado en LSI.

Otros dicen que la microtecnología es en realidad el factor determinante de esta cuarta generación. En 1971 se logra implementar en un chip todos los componentes de la Unidad Central de Procesamiento fabricándose así un microprocesador, el cual a vez dio origen a los microcomputadores.

Algunas características de esta generación de microelectrónica y microcomputadores son también: incremento notable en la velocidad de procesamiento y en las memorias; reducción de tamaño, diseño modular y compatibilidad entre diferentes marcas; amplio desarrollo del uso del minicomputador; fabricación de software especializado para muchas áreas y desarrollo masivo del microcomputador y los computadores domésticos.

Tercera generacion

Tercera generación

El cambio de generación se presenta con la fabricación de un nuevo componente electrónico: el circuito integrado. Incorporado inicialmente por IBM, que lo bautizó SLT (Solid Logic Technology). Esta tecnología permitía almacenar los componentes electrónicos que hacen un circuito en pequeñas pastillas, que contienen gran cantidad de transistores y otros componentes discretos.

Abril 7 de 1964 es una de las fechas importantes en la historia de la computación. IBM presentó el sistema IBM System/360, el cual consistía en una familia de 6 computadores, compatibles entre sí, con 40 diferentes unidades periféricas de entrada, salida y almacenaje. Este sistema fue el primero de la tercera generación de computadores. Su tecnología de circuitos integrados era mucho más confiable que la anterior, mejoró además la velocidad de procesamiento y permitió la fabricación masiva de estos componentes a bajos costos.

Otro factor de importancia que surge en esta tercera generación es el sistema de procesamiento multiusuario. En 1964 el doctor John Kemeny, profesor de matemáticas del Darmouth College, desarrolló un software para procesamiento multiusuario. El sistema Time Sharing (tiempo compartido) convirtió el procesamiento de datos en una actividad interactiva. El doctor Kemeny también desarrolló un lenguaje de tercera generación llamado BASIC.

Como consecuencia de estos desarrollos nace la industria del software y surgen los minicomputadores y los terminales remotos, aparecen las memorias electrónicas basadas en semiconductores con mayor capacidad de almacenamiento.

Segunda generacion

Segunda generación

En 1947 tres científicos: W. Shockley, J. Bardeen y H.W. Brattain, trabajando en los laboratorios Bell, recibieron el premio Nobel por inventar el transistor. Este invento nos lleva a la segunda generación de computadores. El transistor es mucho más pequeño que el tubo al vacío, consume menos energía y genera poco calor.

La utilización del transistor en la industria de la computación conduce a grandes cambios y una notable reducción de tamaño y peso.

En esta generación aumenta la capacidad de memoria, se agilizan los medios de entrada y salida, aumentan la velocidad y programación de alto nivel como el Cobol y el Fortran.

Entre los principales fabricantes se encontraban IBM, Sperry - Rand, Burroughs, General Electric, Control Data y Honeywell. Se estima que en esta generación el número de computadores en los Estados Unidos pasó de 2.500 a 18.000.