Arquitectura Informática

Uno de los problemas en la arquitectura informática es la diferencia entre la velocidad de la CPU y la velocidad con que la memoria proporciona instrucciones y datos. Las CPU modernas pueden procesar instrucciones en 3 nanosegundos (3.000 millonésimas de segundo). Un acceso a memoria típico, en cambio, requiere 70 nanosegundos, y cada juego de instrucciones puede suponer múltiples accesos. Para compensar esta disparidad se han diseñado nuevos chips que sitúan cerca de la CPU memorias muy rápidas llamadas caché. Debido a su proximidad a la CPU y a su rapidez, las memorias caché pueden suministrar instrucciones y datos más rápidamente que la memoria normal. La memoria caché almacena las instrucciones y datos empleados más frecuentemente, y mejora notablemente la eficacia de la computadora.  Aunque una memoria caché más grande puede contener más datos, también resulta proporcionalmente más lenta. Por eso, los arquitectos de ordenadores emplean diseños con múltiples memorias caché. ...

La CPU de un ordenador está conectada con la memoria y con el mundo exterior a través de una arquitectura que puede ser abierta o cerrada. Las arquitecturas abiertas pueden ampliarse después de la construcción del sistema, generalmente añadiendo circuitos adicionales, por ejemplo, conectando al sistema principal un chip con un nuevo microprocesador. Las especificaciones del sistema se hacen públicas, lo que permite que otras empresas puedan fabricar los productos de expansión. Las arquitecturas cerradas suelen utilizarse en computadoras especializadas que no necesitan ampliaciones, como los microprocesadores que controlan los hornos de microondas. Algunos fabricantes de ordenadores han empleado arquitecturas cerradas para que sus clientes obtengan los circuitos de ampliación únicamente a través de ellos. El fabricante cobra más, pero las opciones para el consumidor se reducen.  Partes de la CPU

Al diseñar un sistema informático, se tienen en cuenta los cinco elementos fundamentales que componen el hardware: la unidad aritmético-lógica, la unidad de control, la memoria, la entrada y la salida. La unidad aritmético-lógica realiza operaciones aritméticas y compara valores numéricos. La unidad de control dirige el funcionamiento de la computadora recibiendo instrucciones del usuario y transformándolas en señales eléctricas que puedan ser comprendidas por los circuitos del ordenador. La combinación de la unidad aritmético-lógica y la unidad de control se denomina unidad central de procesamiento, o CPU (siglas en inglés). La memoria almacena instrucciones y datos. Las secciones de entrada y salida permiten respectivamente que la computadora reciba y envíe datos. Se necesitan arquitecturas diferentes de hardware debido a las necesidades especializadas de los distintos sistemas y usuarios. Por ejemplo, un usuario puede necesitar que su sistema muestre gráficos de forma extremadame...

Los problemas de diseño no pueden ser resueltos sin la ayuda de un computador, siendo la maquina un complemento y no un substituto del talento creativo, la computadora mientras no pueda inventar, puede explorar relaciones muy rápida y sistemáticamente de acuerdo a reglas pre establecidas. El computador funciona como una extensión natural de la habilidad analítica del hombre.  Término general que se aplica a la estructura de un sistema informático o de una parte del mismo. El término se aplica también al diseño del software de sistema, por ejemplo, el sistema operativo, y a la combinación de Hardware y Software básico que comunica los aparatos de una Red informática. La arquitectura de ordenadores se refiere a toda una estructura y a los detalles necesarios para que sea funcional, es decir, cubre sistemas informáticos, microprocesadores, circuitos y programas del sistema. Por lo general, el término no suele referirse a los programas de aplicación, como hojas de cálculo o procesador...

Para ponernos en contexto respecto al tema de Arquitectura Informática, es importante entender la estructura de la computadora. Aquí un vídeo introductorio:  Créditos canal de Youtube: UCAM Universidad Católica de Murcia

HARDWARE  La palabra hardware se refiere a todas las partes físicas de un sistema informático; sus componentes son: eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos.Los cables, gabinete periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado; contrariamente, el soporte lógico es intangible y es llamado software. FIRMWARE El firmware es un programa informático que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Está tan fuertemente integrado con la electrónica del dispositivo siendo el software que tiene directa interacción con el hardware: es el encargado de controlarlo para ejecutar correctamente las instrucciones externas. En resumen, un firmware es un software que maneja físicamente al hardware. ENSAMBLADOR El ensamblador, es un lenguaje de programación de bajo nivel para los computadores, microprocesadores, microcontroladores y otros circuitos integrados programables. Imple...

Son las encargadas de procesar la lógica de las instrucciones del sistema. Existen siete tipos básicos diferentes: NOT: es la negación de la entrada. Funciona con una sola entrada y una sola salida. AND: es la multiplicación binaria de dos entradas y da una sola salida. OR: es la suma binaria de dos entradas y da como salida la suma propia o el bit carry de ser necesario. XOR: es la suma binaria de dos entradas y da el resultado como salida, sin incluir el bit carry. NAND: es la negación de AND. Da una única salida. NOR: es la negación de OR. Da una única salida. XNOR: es la negación de XOR. Da una única salida.

Pila: A una pila no se puede acceder aleatoriamente. Esta limitación hace difícil generar código eficiente. También dificulta una implementación eficiente, ya que la pila llega a ser un cuello de botella es decir que existe dificultad para la transferencia de datos en su velocidad mk. Acumulador: Como el acumulador es solamente almacenamiento temporal, el tráfico de memoria es el más alto en esta aproximación. Registro: Todos los operadores deben ser nombrados, conduciendo a instrucciones más largas.

Pila: Modelo sencillo para evaluación de expresiones (notación polaca inversa). Instrucciones cortas pueden dar una buena densidad de código. Acumulador: Instrucciones cortas. Minimiza estados internos de la máquina (unidad de control sencilla). Registro: Modelo más general para el código de instrucciones parecidas. Automatiza generación de código y la reutilización de operandos. Reduce el tráfico a memoria. Una computadora tiene 32 registros, como estándar. El acceso a los datos es más rápido y veloz.

La implantación de instrucciones es similar al uso de una serie de desmontaje en una fábrica de manufacturación. En las cadenas de montaje, el producto pasa a través de muchas etapas de producción antes de tener el producto desarmado. Cada etapa o segmento de la cadena está especializada en un área específica de la línea de producción y lleva a cabo siempre la misma actividad. Esta tecnología es aplicada en el diseño de procesadores eficientes. A estos procesadores se les conoce como pipeline processors . Estos están compuestos por una lista de segmentos lineales y secuenciales en donde cada segmento lleva a cabo una tarea o un grupo de tareas computacionales. Los datos que provienen del exterior se introducen en el sistema para ser procesados. La computadora realiza operaciones con los datos que tiene almacenados en memoria, produce nuevos datos o información para el uso externo. Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguiente...

Es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de 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 (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo.