Arquitectura de Von Neumann

La arquitectura de Von Neumann es un modelo de diseño de computadoras que utiliza una única unidad de almacenamiento (memoria) para almacenar tanto las instrucciones como los datos que necesita el procesador.

Partes

• Unidad Central de Proceso (CPU): El cerebro del sistema, responsable de ejecutar las instrucciones. Se compone de:
  • ALU (Unidad Aritmética Lógica): Realiza operaciones aritméticas (+, -, *, /) y lógicas (AND, OR, XOR) con los datos.
  • UC (Unidad de Control): Dirige y coordina las operaciones de la CPU, indicando a los componentes qué hacer y cuándo.
  • Registros: Pequeñas unidades de memoria dentro de la CPU que almacenan datos e instrucciones temporalmente.
  • PC (Contador de Programa): Almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
  • RI (Registro de Instrucciones): Almacena la instrucción actual que se está ejecutando.
• Memoria: Almacena las instrucciones y los datos del programa en ejecución. Se organiza en celdas, cada una con una dirección única.
• Buses: Canales de comunicación que transmiten información entre los componentes del sistema. Existen tres tipos principales:
  • Bus de Datos: Transporta los datos.
  • Bus de Direcciones: Transporta las direcciones de memoria a las que se quiere acceder.
  • Bus de Control: Transporta señales de control para coordinar las operaciones.
• Periféricos: Dispositivos que permiten la interacción del usuario con la computadora. Se clasifican en:
  • De entrada: Permiten al usuario introducir información al sistema (ej. teclado, ratón).
  • De salida: Permiten al sistema mostrar información al usuario (ej. pantalla, impresora).

Placas Base

La placa base es el componente principal de una computadora que conecta y comunica la CPU con todos los demás componentes, como la memoria, los periféricos y las ranuras de expansión.

Tipos (según su forma)

• AT: Placas base antiguas de gran tamaño.
• Baby-AT: Variante más pequeña de la AT, con conector de teclado de 5 pines y conector de alimentación dividido.
• ATX: Diseño más moderno con mejor distribución de componentes, mejor refrigeración y conector de alimentación único.
• BTX: Diseño que prioriza la refrigeración de la CPU, pero que puede provocar un mayor calentamiento de otros componentes.

Tipos (según su zócalo)

El zócalo es el conector donde se instala la CPU.

• ZIF: Superficie plana con orificios para pines en la CPU (común en AMD).
• LGA: Superficie con pines que hacen contacto con puntos de contacto en la CPU (común en Intel).
• Slot: La CPU se inserta como un cartucho (obsoleto).

Buses de Expansión

Conectores que permiten añadir tarjetas de expansión al sistema.

• ISA/EISA: Primeros buses de expansión, lentos para estándares actuales.
• PCI: Más pequeño que ISA, transmisión paralela de datos.
• AGP: Dedicado a tarjetas gráficas, mayor velocidad que PCI.
• PCIe: El estándar actual, alta velocidad y compatible con una variedad de dispositivos.

Conectores Internos

• IDE, SATA: Para discos duros y unidades ópticas.
• FDD: Para disqueteras (obsoleto).
• De energía: Para alimentar los componentes.
• USB, Frontales: Para conectar dispositivos USB.
• CD-IN, S/R DIF, Fan: Para audio, sensores y ventiladores.

Conectores Externos

• PS/2: Para teclado y ratón (obsoleto).
• COM, Paralelo: Para impresoras y otros dispositivos (obsoleto).
• VGA, DVI, HDMI: Para monitores.
• Ethernet: Para conexión de red.
• Audio: Para altavoces y micrófonos.
• Firewire: Para dispositivos de alta velocidad (obsoleto).
• Coaxial, Óptico: Para audio digital.

Jerarquía de Memoria

La jerarquía de memoria se organiza por velocidad y coste:

1. Registros
2. Caché
3. RAM
4. HDD (Disco Duro)

Dual Channel y Triple Channel

Tecnologías que permiten aumentar el ancho de banda de la memoria RAM utilizando dos o tres módulos de memoria en paralelo.

• Dual Channel: 64 bits + 64 bits = 128 bits
• Triple Channel: 64 bits + 64 bits + 64 bits = 192 bits

Puertas Lógicas

• NOT: Invierte el valor de entrada (0 se convierte en 1, 1 se convierte en 0).
• AND: La salida es 1 solo si ambas entradas son 1.
• OR: La salida es 1 si al menos una de las entradas es 1.
• XOR: La salida es 1 si las entradas son diferentes.

Multi-Núcleo

La demanda de mayor potencia de procesamiento llevó a aumentar la velocidad de las CPUs, pero esto también aumentó el calor generado. La tecnología multinúcleo surgió como solución, permitiendo ejecutar múltiples instrucciones en paralelo utilizando varios núcleos de procesamiento en un solo chip.

Controlador de Memoria Integrado

Componente que facilita el acceso a la memoria desde la CPU y se encarga de refrescar la información para evitar su pérdida.

Thermal Design Power (TDP)

Cantidad de calor que el sistema de refrigeración de la computadora debe disipar para mantener la CPU a una temperatura segura.

Fases de Ejecución de Instrucciones

Fase de Captación

1. La UC lee la dirección de memoria almacenada en el PC.
2. La UC accede a la posición de memoria indicada por el PC.
3. La UC copia la instrucción almacenada en esa posición de memoria al RI.
4. El PC se incrementa para apuntar a la siguiente instrucción.

Fase de Ejecución

La UC decodifica y ejecuta la instrucción almacenada en el RI. Algunos ejemplos de instrucciones:

• Leer (A): Lee un dato desde un periférico de entrada y lo almacena en la memoria.
• C = A + B: Suma los valores almacenados en las posiciones de memoria A y B, y almacena el resultado en la posición de memoria C.
• Escribir (C): Envía el valor almacenado en la posición de memoria C a un periférico de salida.
• B = A: Copia el valor almacenado en la posición de memoria A a la posición de memoria B.