arquitectura de la computadora

 
1. Introducción a la Arquitectura de Computadores
La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. 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 centralde proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.
La arquitectura de una computadora explica la situación de sus componentes y permite determinar las posibilidades de un sistema informático, con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las que se va a utilizar. La arquitectura básica de cualquier ordenador completo está formado por solo 5componentes básicos: procesador, memoria RAM, disco duro, dispositivos de entrada/salida y software.
1.1 Conceptos Iniciales de la Arquitectura de Computadores
Un computador es un sistema secuencial síncrono complejo que procesa información, esta se trata de información binaria, utilizando solamente los dígitos de valores lógicos ‘1’ y ‘0’. Estos valores lógicos binarios se corresponden con valores detensión eléctrica, de manera que un ‘1’ lógico corresponde a un nivel alto a 5 voltios y un ‘0’ lógico corresponde a un nivel bajo de tensión cercano a 0 voltios; estos voltajes dependen de la tecnología que utilicen los dispositivos del computador.
1.1.1 Procesador
            Es el cerebro del sistema, encargado de procesar todos los datos e informaciones. A pesar de que es un dispositivo muysofisticado no puede llegar a hacer nada por sí solo. Para hacer funcionar a este necesitamos algunos componentes más como lo son memorias, unidades de disco, dispositivos de entrada/salida y los programas. El procesador o núcleo central está formado por millones de transistores y componentes electrónicos de un tamaño microscópico. El procesamiento de las tareas o eventos que este realiza va enfunción de los nanosegundos, haciendo que los miles de transistores que contiene este trabajen en el orden de los MHz. La información binaria se introduce mediante dispositivos periféricos que sirven de interfaz entre el mundo exterior con el usuario. Estos periféricos lo que van a hacer será traducir la información que el usuario introduce en señales eléctricas, que serán interpretadas como unos yceros, los cuales son interpretados de una manera más rápida por la computadora, ya que el lenguaje maquina utiliza el código binario para ser interpretado por el computador.
            Un sistema jerárquico es un conjunto de sistemas interrelacionados, cada uno de los cuales se organiza de manera jerárquica, uno tras otro, hasta que alcanza el nivel más bajo de subsistema elemental. Unaposible clasificación seria:
1.      Nivel de Componente. Los elementos de este nivel son difusiones de impurezas tipo P y de tipo N en silicio, polisilicio cristalino y difusiones de metal que sirven para construir los transistores.
2.      Nivel Electrónico. Los componentes son transistores, resistencias, condensadores y diodos construidos con las difusiones del nivel anterior. Esta tecnología demuy alta escala de integración o VLSI es la que se utiliza en la fabricación de circuitos integrados. En este nivel se construyen las puertas lógicas a partir de transistores.
3.      Nivel Digital. Se describe mediante unos y ceros son las puertas lógicas, biestables y otros módulos tanto combinacionales como secuenciales. Este nivel es la aplicación del algebra booleana y las propiedades de lalógica digital.
4.      Nivel RTL. El nivel de transferencia de registros RTL será el preferido para la descripción de los computadores. Elementos típicos en este nivel de abstracción son los registros y módulos combinacionales aritméticos.
5.      Nivel PMS. Este nivel es el más alto de la jerarquía. Las siglas PMS provienen del ingles Processor Memory Switch. Con elementos de jerarquía los...