Arquitectura de computadoras

1. Colegio de Alto
Rendimiento-Moquegua
"Año de la Consolidación del Mar de Grau"
HARDWARE Y SOFTWARE EN LA SOCIEDAD
OBJETIVO DE EVALUACIÓN:
OE1: Conocimiento y Comprensión de contenidos específicos
 Demostrar conocimiento técnico de terminología, conceptos y herramientas de TISG.
OE2: Aplicación y análisis
 Explicar los impactos de aplicaciones y desarrollos de TI en situaciones específicas
Primera generación: Corresponde a los ordenadores electrónicos constituidos por válvulas de
vacío. Eran muy voluminosos, sujetos a múltiples averías y con un alto consumo energético. En
un principio estaban orientados a ser utilizados en el cálculo científico, aunque muy pronto se
ofrecieron para operaciones de gestión.
Segunda generación: Surge con la utilización de transistores montados sobre circuitos impresos.
El volumen, el costo y la fiabilidad mejoraron considerablemente.
Tercera generación: Al perfeccionarse las tecnologías de semiconductores condujo a la
obtención de componentes que incluían múltiples transistores, resistores y diodos. Estos
componentes, llamados circuitos integrados fueron utilizados en los ordenadores dando lugar a
esta generación.
Cuarta generación: Se puede situar en la aparición de los circuitos con integración a gran escala
(VLSI). En 1971 la firma Intel consiguió integrar en un solo bloque la mayor parte de una Unidad
Central de Proceso, fabricando un componente (el 4004) al que se empezó a llamar
microprocesador.
Quinta generación: inicia a principios de los años ochenta, teniendo como característica
principal la evolución de las comunicaciones a la par de la tecnología.
La computación paralela sigue avanzando al grado de que los sistemas paralelos empiezan a
competir con los sistemas vectoriales en términos de poder total de cómputo.
La miniaturización de componentes y su consecuente reducción en costo y necesidades técnicas
ayudan a obtener sistemas de muy alta capacidad en donde las estaciones de trabajo compiten
y superan en capacidad a las supercomputadoras de las generaciones anteriores.
1. Arquitectura en el entorno informático:
Se denomina hardware de computadores consiste en circuitos electrónicos, visualizadores,
medios de almacenamiento magnéticos y ópticos, equipos electromecánicos y dispositivos de
comunicación. Por lo que la arquitectura de computadoras abarca la especificación del
repertorio de instrucciones y las unidades hardware que implementan las instrucciones.
2. Definición de Computadora
Un computador o computadora es una máquina calculadora electrónica rápida que acepta como
entrada información digitalizada, la procesa de acuerdo con una lista de instrucciones
almacenada internamente y produce la información de salida resultante. A la lista de
instrucciones se le conoce como programa y el medio de almacenamiento interno memoria del
computador.

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Hay muchos tipos de computadores, varían en tamaño, costo, poder de cómputo y uso. El
computador personal es el más común, el cual encuentra amplia aplicación en hogares, centros
de enseñanza y oficinas de negocios. Se encuentra conformado por unidades de procesamiento
y de almacenamiento, unidades de salida de visualización y de salida de audio, así como de un
teclado, lo que permite su fácil ubicación sobre una mesa en el hogar o en la oficina. Los medios
de almacenamiento incluyen discos duros, CD, DVD, BluRay y memorias flash.
Los computadores portátiles son la versión compacta con todos los componentes
empaquetados. Las estaciones de trabajo con capacidad de entrada/salida de gráficos de alta
resolución, aunque con las dimensiones de un computador de sobremesa, se caracterizan por
su rapidez de procesamiento; se usan frecuentemente en aplicaciones de ingeniería,
especialmente para trabajo de diseño interactivo.
3. Introducción a la Arquitectura de la Computadora
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 central de 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 formada por solo 5 componentes básicos: procesador, memoria RAM,
disco duro, dispositivos de entrada/salida y software.
4. Conceptos Iniciales de la Arquitectura de Computadoras
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 de tensión 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.
a. Procesador
Es el cerebro del sistema, encargado de procesar todos los datos e informaciones. A pesar
de que es un dispositivo muy sofisticado 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 en función 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 y ceros, los cuales son
http://o.aolcdn.com/hss/storage/adam/7c96335bbb8f34bf5bcd5
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interpretados de una manera más rápida por la computadora, ya que el lenguaje maquina
utiliza el código binario para ser interpretado por el computador.
b. Arquitectura Clásica von Neumann
La arquitectura Von Neumann tiene sus orígenes en el trabajo del matemático
John Von Neumann desarrollado con John Mauchly y John P. Eckert y divulgado
en 1945 en la Moore School de la Universidad de Pensilvania, Estados Unidos, en
el que se presentaba a EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic
Computer). De aquí surgió la arquitectura del programa almacena en memoria y
búsqueda/ejecución secuencial de instrucciones. En términos generales una
computadora tiene que realizar 3 funciones:
 Procesamiento de Datos
 Almacenamiento de Datos
 Transferencia de Datos
Tal que un PC (Personal Computer) debe procesar datos, transformando la
información recibida, de igual forma tiene
que almacenar datos, como resultado final
de estas. También debe de realizar
transferencia de datos entre su entorno y
el mismo. La arquitectura de un
computador hace referencia a la
organización de sus elementos en
módulos con una funcionabilidad definida
y a la iteración entre ellos. En el esquema
de la Figura 1.1 se muestra la estructura
básica de Von Neumann que debe llevar
una computadora para su correcta
operación.
 CPU (por el acrónimo en inglés de central processing unit):
La unidad central de proceso es el corazón del computador. Controla el flujo de datos, los
procesa, y gobierna el secuenciamiento de las acciones en todo el sistema. Para ello
necesita un oscilador externo o reloj que sincroniza las operaciones y marca la velocidad
de proceso, este va marcando la evolución del CPU y mide su velocidad de
funcionamiento; en forma no afortunada la frecuencia del reloj del CPU viene limitada por
la tecnología del CPU y del computador completo ya dependiendo de los periféricos, sus
tarjetas gráficas, memorias, etc. Por lo tanto, el uso excesivo de los recursos que tenga la
computadora puede resultar un sobrecalentamiento que deteriore parcial o totalmente
la CPU.
 Memoria:
Es la responsable del almacenamiento de datos.
 Entrada/Salida:
Transfiere datos entre el entorno exterior y el computador. En él se encuentran los
controladores de periféricos que forman la interfaz entre los periféricos, la memoria y el
procesador.
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 Sistema de interconexión: Buses;
Es el mecanismo que permite el flujo de datos entre la CPU, la memoria y los
módulos de entrada/salida. Aquí se propagan las señales eléctricas que son
interpretadas como unos y ceros lógicos.
 Periféricos:
Estos dispositivos son los que permiten la entrada de datos al computador, y la
salida de información una vez procesada. Un grupo de periféricos puede
entenderse como un conjunto de transductores entre la información física
externa y la información binaria interpretable por el computador. Ejemplos de
estos dispositivos son el teclado, el monitor, el ratón, el disco duro y las tarjetas
de red.
i. Unidad Central de Procesamiento
Controla el funcionamiento de los elementos de un computador. Desde que el sistema
es alimentado por una corriente, este no deja de procesar información hasta que se
corta dicha alimentación. La
CPU es la parte más
importante del procesador,
debido a que es utilizado
para realizar todas las
operaciones y cálculos del
computador. La CPU tiene a
su vez otra estructura
interna que se muestra en
la Figura 1.2.
ii. Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
La unidad aritmética y lógica, llamada también unidad de cálculo, es la
encargada de efectuar el conjunto de operaciones con las que está dotado el
ordenador. Se compone de registros y de un conjunto de circuitos lógicos
responsables de realizar las operaciones lógicas y aritméticas prefijadas desde
la etapa de diseño del ordenador.
iii. Unidad de Control (UC)
La unidad de control es la encargada de gobernar el funcionamiento del
ordenador.
La UC tiene como responsabilidad recibir e interpretar cada instrucción a
ejecutar por el ordenador, para posteriormente transformarla en una serie de
microinstrucciones a muy bajo nivel, particulares para cada arquitectura de
ordenador.
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c. Circuitos de Memoria.
El almacenamiento de la información se hace a través de dispositivos de memoria que
almacenan la información de forma binaria para después tener la posibilidad de recuperar
dichos datos. Estos contribuyen una jerarquía en la que están más cerca de la CPU los
dispositivos más rápidos y en niveles más alejados los dispositivos más lentos.
i. RAM estática asíncrona.
Es una memoria volátil, de acceso rápido que puede almacenar y leer información su
característica es que la hace ideal para ser memoria principal en los ordenadores, la
celda de almacenamiento de la SRAM contiene 4 transistores MOS que almacenan 1
y 0 mientras se mantenga la alimentación del circuito.
ii. Memorias ROM
Las memorias de solo lectura una vez que han sido escritas
o programadas solo se puede leer el contenido de las
celdas, se suelen utilizar para almacenar el código que
permite arrancar a los sistemas; estas se fabrican para
aplicaciones masivas con máscaras de silicio. Hay 3 tips de
memorias ROM que pueden ser programadas en el
laboratorio, algunas pueden ser borradas.
d. La mejor configuración
Es necesario determinar la funcionalidad que va a tener nuestra computadora si
trabajaré archivos del office (Word, Excel, PowerPoint, Access, etc) o realizaremos
edición de video, etc.
Placa Madre
Las placas base (también conocidas como placas madre o tarjetas madre en
América, y motherboard en inglés) son el elemento central de cualquier PC. No
suele haber grandes diferencias de calidad entre ellas a igualdad de precio y, si
bien pueden variar en el chipset
que implementan para realizar el
control de los distintos
elementos, ese chipset viene
especificado por las compañías
de procesadores.
Los fabricantes pueden añadir
características adicionales, como un mejor chip de audio o de red, añadir más o
menos zócalos PCIe y de almacenamiento como M.2, o incluso añadir ledes para
las placas para juguetones. Pero el sector de las placas base está muy maduro y
casi todas dan calidades muy parecidas.
Para la generación Intel Haswell las placas base Asus suelen dar mejores
resultados (o reciben mejores comentarios) si somos de los que trastean con la
BIOS/UEFI. El chipset (que normalmente lo ponen en el nombre de la placa) va a
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definir las conectividades de la placa así como su orientación de uso: normal,
gaming, overclocking, o más habitual un modelo mixto overclocking/gaming.
La diferencia entre una placa normal y otra de overclocking está en la calidad de
sus componentes (condensadores, protección frente a interferencias, adaptación
para refrigeración líquida, otros) para permitir el objetivo de realizar aumentos de
frecuencia estables a procesador y memoria. Suelen ser placas que se venden a
partir de los 80 a 90 euros.
Memoria RAM
Si la computadora tiene poca memoria RAM, nuestro sistema deberá utilizar nuestro
disco duro para almacenar aquellos programas que no caben en RAM esta es la llamada
Memoria Virtual; la cual por sobrecarga puede llegar a volver muy lento nuestro sistema.
Por otro lado, al instalar
mas memoria RAM será
un desperdicio pues no
hará al sistema más
rápido se notara que se
debe instalar más cuando
el sistema se encuentre
lento. Por ejemplo si se
trabaja con aplicaciones
sencillas de oficina la
mínima de RAM a ocupar
seria de 64MB, pero lo
ideal sería 128MB; si se
mantienen programas al
mismo tiempo con
256MB es suficiente ya
que en si el uso de
memoria RAM en la
actualidad también
depende de nuestro
Sistema Operativo ya que
al pasar los años estos van
evolucionando de forma
creciente ocupando
aplicaciones más
complejas por lo cual se necesita más RAM. Cuanta más memoria RAM el PC se

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mantendrá más rápido por más tiempo ya que con el paso del tiempo hay aplicaciones
más complejas y estas hacen que el sistema sea más sofisticado.
Procesador
Depende para que se va a utilizar la computadora por ejemplo si esta será utilizada
para juegos valdría la pena invertir en un procesador como un Athlon o Pentium
4. Si es para aplicaciones pequeñas con que tenga suficiente RAM es más que
suficiente un procesador Duron.
La 6ª generación de procesadores Intel® Core™ i7 ofrece una nueva clase de
informática con una serie de nuevas características para equipar a la próxima
generación de equipos de sobremesa, portátiles y sistemas 2 en 1. Disfrutará de
la velocidad del rayo y de un rendimiento máximo incluso con las tareas y
videojuegos más exigentes. La revolucionaria tecnología Intel® Hyper-Threading
integrada permite que cada núcleo del procesador trabaje en dos tareas a la vez
para que la multitarea sea más fluida, mientras que los gráficos Intel® Iris™
proporcionan unas imágenes en 3D sensacionales y una edición de vídeo y fotos
más rápida y avanzada. Juegue como le gusta y lleve al límite el overclocking para
sus necesidades de videojuegos más exigentes con lo último en rendimiento
máximo.
Disco Duro
Es importante saber el tiempo de acceso, la velocidad de rotación y la
densidad del disco duro. El tiempo de acceso determina cuanto tiempo tarda el
cabezal de lectura en encontrar el dato que debe leerse. La velocidad de rotación
se mide en rpm, revoluciones por minuto.
Durante años, la solución para el almacenamiento masivo de datos en una
computadora ha sido un disco duro. Éste guarda los archivos del sistema operativo

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instalado, la música, los videos, etcétera, dependiendo de platos giratorios que
mantienen la información y son leidos por un cabezal muy al estilo tornamesa.
Pero los SSD funcionan diferente. Asimilándose a una memoria RAM, estas
nuevas unidades de almacenamiento intercambian el disco giratorio por pequeños
chips de memoria flash para entregar capacidad, siendo innecesario un cabezal
para leer datos ya que todo se hace electrónicamente mediante una controladora.
Esto le permite al SSD no tener partes móviles, es decir, no poseer piezas que se
están moviendo físicamente como un disco que gira junto a un cabezal que busca
sectores, permitiendo que la nueva tecnología sea de menor tamaño físico y
presente una serie de otras ventajas que la colocan por sobre el disco duro
tradicional.
Tarjeta Grafica
Existen tarjetas de 2D y 3D. También existen tarjetas aceleradoras de
3D que deben usarse con una tarjeta
de 2D común. También existen las
tarjetas gráficas “combo”, que
realizan funciones de 2D y 3D. Al día
de hoy, incluso las tarjetas gráficas on
board (se refiere a dispositivos que
vienen integrados en la placa madre)
vienen con recursos 3D, aunque su
rendimiento no se compara en lo
absoluto con el de una tarjeta gráfica
de calidad.
 Tarjeta de Sonido
No tiene ninguna influencia
con el rendimiento del equipo,
solamente determina la calidad de
audio. Para uso normal, se utilizan las
Sound Blaster generalmente con
chipsets Yamaha. Las tarjetas de
sonido más caras marcan la
diferencia si pretendemos trabajar en
la edición musical, o queremos oír
música MIDI en máxima calidad.
También existen las tarjetas de
sonido 3D, como la Sound Blaster Live, que generan sonidos que parecen venir
de todas direcciones. Este efecto es muy utilizado en teatros en casa, para
escuchar el sonido de forma más real.

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REFERENCIA BIBLIOGRÁFICAS:
https://sites.google.com/site/computadorasarquitectura/home/unidad1
http://www.pcactual.com/articulo/laboratorio/especiales/11352/tarjetas_graficas_ultima_ge
neracion_amd_nvidia.html
https://www.fayerwayer.com/2015/08/intel-presenta-sus-nuevos-procesadores-de-sexta-
generacion/
http://www.aliat.org.mx/BibliotecasDigitales/sistemas/Arquitectura_computadoras_I.pdf