En la siguiente entrada se va a explicar qué es un sistema informático y la arquitectura de Von Neumann.
SISTEMA INFORMÁTICO
SISTEMA INFORMÁTICO
Un sistema informático como todo sistema, es el conjunto de partes interrelacionadas, hardware, software y de recurso humano que permite almacenar y procesar información. El hardware incluye computadoras o cualquier tipo de dispositivo electrónico inteligente, que consisten en procesadores, memoria, sistemas de almacenamiento externo, etc. El software incluye al sistema operativo, firmware y aplicaciones, siendo especialmente importante los sistemas de gestión de bases de datos. Por último el soporte humano incluye al personal técnico que crean y mantienen el sistema (analistas, programadores, operarios, etc.) y a los usuarios que lo utilizan.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN SISTEMA INFORMÁTICO
Un sistema informático está formado por cuatro componentes básicos:
Hardware:
- Unidad central de proceso
- Memoria auxiliar
- Periféricos entrada/salida
- Buses de comunicación
Software:
- Sistema Operativo
- Aplicaciones
Humanware:
- El profesional informático
- Los usuarios
El software que viene incorporado en el hardware llamado Firmware
CARACTERÍSTICAS DE LA ARQUITECURA DE VON NEUMANN
El nacimiento u origen de la arquitectura Von Neumann surge a raíz de
una colaboración en el proyecto ENIAC del matemático de origen húngaro,
John Von Neumann.
Este trabajaba en 1945 en el Laboratorio Nacional Los Álamos cuando se
encontró con uno de los constructores de la ENIAC. Compañero de Albert Einstein, Kurt Gödel y Alan Turing en Princeton, Von Neumann se interesó por el problema de la necesidad de recablear la máquina para cada nueva tarea.
En 1949 había encontrado y desarrollado la solución a este problema,
consistente en poner la información sobre las operaciones a realizar en
la misma memoria utilizada para los datos, escribiéndola de la misma
forma, es decir en código binario. Su "EDVAC" fue el modelo de las
computadoras de este tipo construidas a continuación. Se habla desde
entonces de la arquitectura de Von Neumann, aunque también diseñó otras formas de construcción. El primer computador comercial construido en esta forma fue el UNIVAC I, fabricado en 1951 por la Sperry-Rand Corporation y comprado por la Oficina del Censo de Estados Unidos.
Existen
muchas opciones opciones posibles a la hora de diseñar un ordenador
digital. En la actualidad, la mas aceptada es la denominada arquitectura
Von Neumann propuesta por el matemático húngaro John Von Neumann en 1945. Esta arquitectura consta de las siguientes partes:
- Unidad de Memoria (UM): es la encargada de almacenar la información.
- Unidad Central de Proceso (CPU) o microprocesador: esta constituido por millones de componentes electrónicos. Se encarga de interpretar la instrucciones y de procesar los datos. Esta a su vez está constituida por:
- Unidad de control (CU): su objetivo es gestionar y coordinar todas las unidades funcionales para obtener el fin deseado.
- Unidad Aritmético-Lógica (ALU): tiene como cometido realizar las operaciones necesarias para `procesar la información.
- Unidad de Entrada/Salida: su misión es realizar las operaciones de introducción y extracción de información en el ordenador.
- Buses de comunicación: comunican entre si todas las unidades a través de unos canales llamados buses.
Unidad de memoria
Es la encargada de almacenar la información. Esta arquitectura se caracteriza por utilizar dicha unidad tanto par almacenar información como para almacenar programas.Aquí surge el concepto de programa almacenado. De esta manera, un ordenador puede utilizarse para varios cometidos sin necesidad de reprogramarlo.
La memoria de un ordenador se organiza en varios niveles en función de su velocidad, esta distribución se denomina jerarquía de memoria y optimiza el uso de esta ya que la información se ubica en un determinado nivel según su probabilidad de ser utilizado: a mayor probabiliad, menor nivel.
Los niveles están diseñados de forma que las memorias más rápidas se sitúan en los niveles más bajos. Existe una relación entre la velocidad de una memoria y su capacidad y coste: a mayor velocidad, mayor coste y menor capacidad. En general, los niveles de jerarquía de memoria son estos:
| Nivel | Memoria | Velocidad | Capacidad |
|---|---|---|---|
| 4 | Auxiliar | < 10 KHz | GB a EB |
| 3 | Secundaria | > 100 KHz | GB a EB |
| 2 | Principal | > 66 MHz | MB a GB |
| 1 | Cache | > 200 MHz | KB a MB |
| 0 | Registros | > 1GHz | bit |
- Auxiliar: Esta memoria se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraibles o en red.
- Secundaria: También llamada memoria de disco. Se utiliza para almacenar información de forma permanente por lo que es de alta capacidad.
- Principal: Conocida también como memoria RAM. Es el bloque que constituye realmente la unidad de memoria (UM). Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.
- Caché: Memoria intermedia entre la UM y la CPU usada como apoyo para acelerar los accesos de la CPU a la UM. la chaé en realidad está dispuesta en varios niveles (L1, L2, L3, L4). En función de la frecuencia de uso, la información se va moviendo entre los diferentes niveles de la caché antes de abandonarla.
- Registros: Son memorias de alta velocidad y baja capacidad utilizadas para el almacenamiento intermedio de datos en las unidades funcionales, especialmente en la UC y la UAL.
La unidad de memoria viene a coincidir con la memoria principal. La unidad de memoria está compuesta por un elemento de memoria y dos registros auxiliares.
El elemento de memoria a su vez, está compuesto por un conjunto de celdas, cada una de las cuales tiene capacidad para un Byte.
Todas las celdas están identificadas por un número llamado dirección de memoria.
Los registros auxiliares son:
- Un registro de direcciones (RD)
- Un registro de datos (RM)
- Lectura (L) con la que se accede a la información que contiene.
- Escritura (E) con la que se introduce información en la memoria.
Unidad Central de Proceso (CPU) o microprocesador
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| Intel Core i7 |
- Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
- Unidad de control (UC)
-Circuito de control (Formado por un decodificador y un secuenciador)
-Reloj
-Registros
- Su propia memoria integrada que no es la RAM
Unidad de Entrada/Salida (UE/S)
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| Unidad de entrada/Salida |
Es la encargada de establecer la comunicación entre el usuario y la CPU. Para llevar a cabo el enlace utiliza unos dispositivos llamados periféricos. Podemos clasificarlos en función de su propósito en:
- De entrada: Se introduce información en el ordenador.
- De salida: Usados por el ordenador para mostrar información al usuario.
- De entrada y salida: Pueden actuar en los dos sentidos, tanto para introducir datos como para mostrarlos.
- Periféricos de comunicaciones
- Periféricos de almacenamiento
- Interfaz: Se encarga de gestionar el intercambio de información entre periféricos y la CPU.
- Controlador: Controla directamente el periférico y suele ir integrado en él.
Buses del sistema
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| Bus del sistema |
Este bus se encuentra separado en tres canales que manejan respectivamente direcciones, datos y señales de control, los cuales permiten el procesador comunicarse con los demás dispositivos del microcomputador, tales como las memorias y los dispositivos de E/S.
Bus de Datos
Este bus es bidireccional y es el canal por el cual se conducen los datos entre la CPU y los demás dispositivos (memorias, puertos y otros).
Bus de Direcciones
El bus de direcciones es un canal unidireccional por el cual la CPU envía las direcciones de memoria para ubicar información en los dispositivos de memoria, puertos u otros dispositivos del microcomputador.
Bus de Control
El bus de control, al igual que el bus de direcciones es unidireccional y se utiliza para efectuar la lectura y escritura en las memorias y puertos de E/S. Este bus en general lo emplea la CPU para controlar el flujo de los datos y las direcciones de forma organizada.
Fuentes
1.- Wikipedia
2.- Apuntes propios
3.- Personal Globered
4.- El Puig
5.- Informáticafrida
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