Introducción a la Arquitectura de Computadores

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El IAS posee una memoria que contiene mil posiciones de almacenamiento, denominadas palabras, de cuarenta dígitos binarios (bits) cada una. Como ya habíamos comentado anteriormente en esta memoria puede ser almacenado tanto los datos como las instrucciones, por lo tanto, los números y las instrucciones son representados en código binario. En el caso de que se almacene un número, la palabra contendrá un bit que es el signo y los treinta y nueve restantes el valor; pero si se almacena instrucciones, cada palabra consta de dos instrucciones con veinte bits cada una, donde cada instrucción consta de un código de operación de ocho bits y una dirección de doce bits. La unidad de control dirige el IAS captando instrucciones de la memoria y ejecutando una a una. Dicha unidad y la ALU contienen posiciones de almacenamiento llamadas registros definidos así: El registro temporal de memoria(MBR), el cual contiene una palabra procedente de la memoria o que va a ser almacenada en la memoria, registro de dirección de memoria(MAR), que especifica la dirección de memoria de la palabra que va a ser leída o escrita.

También existen el registro temporal de instrucciones (IBR), el cual almacena temporalmente la instrucción(es) contenida(s) en la palabra, Contador de Programa (PC), el cual contiene la dirección de la próxima pareja de instrucciones que serán captadas de la memoria, y finalmente el Acumulador (AC) y Multiplicador cociente (MQ), los cuales se emplean para almacenar operandos y resultados de operaciones de la ALU temporalmente. El IAS trabaja ejecutando repetidamente un ciclo de instrucción, el cual a su vez consta de dos subciclos: captación y ejecución. Durante la captación, el código de operación de la siguiente instrucción es almacenado en el IR, y dirección en el MAR. Luego se lleva a cabo la ejecución, donde los circuitos de control interpretan el código de operación y ejecutan la instrucción enviando las señales de control adecuadas para provocar que los datos se transfieran o que la ALU realice una operación. El IAS consta de un total de veintiuna instrucciones que se pueden clasificar en: transferencia de datos, salto incondicional, salto condicional, aritméticas y modificación de instrucciones.

- Evolución de los computadores

Los computadores aparecen como una solución a las necesidades, durante la segunda guerra mundial, de una agencia que tenía dificultades en el desarrollo de tablas de tiro. Entonces se desarrolló una máquina llamada ENIAC que era enorme, pesaba 30 toneladas y ocupaba 15000 pies cuadrados de espacio, contenía más de 18000 tubos de vacío y cuando estaba en funcionamiento consumía unos 140 kilovatios de potencia; aunque era capaz de resolver 5000 sumas por segundo, esta máquina causaba muchos inconvenientes ya que tenía que ser programada manualmente mediante conmutadores y conectando y desconectando cables. Entonces aparece Von Neumann con la idea conocida como “concepto de programa-almacenamiento” donde las instrucciones eran leídas desde la memoria. En la actualidad casi todos los computadores están basados en el modelo de Neumann. Y es en los años cincuenta donde se contemplaron el nacimiento de la industria de computadores comerciales.

La segunda generación de los computadores se da con el cambio de los tubos de vacío por los transistores, ya que este es más pequeño, barato, disipa menos calor y puede ser usado al igual que los tubos de vacío; un transistor es un dispositivo sólido hecho de silicio. Además de esto se introducen unidades lógicas y aritméticas y unidades de control más complejas, el uso de lenguajes de programación de alto nivel y se incluye un software del sistema con el computador. Gracias a la implementación de los transistores se gana velocidad, y algo que se diferencia con la generación anterior es el uso de canales de datos (módulo de E/S independientes con su propio procesador y su propio conjunto de instrucciones). Otra característica más es el multiplexor, quien organiza los accesos a la memoria desde la CPU y los canales de datos, permitiendo a estos dispositivos actuar de manera independiente.

A través de los años cincuenta y principios de los sesenta, los equipos electrónicos estaban compuestos por componentes discretos como: transistores resistencias, capacitores, etc. Dichos componentes se fabricaban por separado, encapsulados en sus propios contenedores, los cuales eran soldados o cableados juntos en tarjetas de circuitos en forma de papel, para luego ser instalados en computadoras, osciloscopios, entre otros equipos electrónicos. Luego para poder agregar otro transistor se tenía que soldar, para lo cual tenía un tubo de metal, el cual contenía una pieza de silicio del tamaño de una cabeza de un alfiler, pero dicho proceso era costoso y complicado. Lo cual llevo a que las industrias de computadoras a tener problemas para poder potenciar una computadora, ya que las computadoras de segunda generación contaban con diez mil transistores y para poder potenciar las computadoras se necesitaban cientos de miles de transistores, lo cual hacia más difícil su fabricación. En el año de 1958 ocurrió una revolución en la electrónica, la cual dio inicio a la era de la microelectrónica, con la invención del circuito integrado. Desde ese momento comienza la tercera generación, dentro de las cuales tenemos dos miembros muy importantes como son: IBM sistema/360 y DEC PDP-8.

Para la cuarta y quinta generación están basados en avances de la tecnología de circuitos integrados. Con el avance de la tecnología, y la importancia del software y las comunicaciones, así como el hardware, la clasificación en generaciones se vuelve cada vez menos clara y menos significativa. Es decir que la aplicación comercial de nuevos desarrollos resulto unos de los principales cambios de principios de los años sesenta. Entre los cuales tenemos: la memoria semiconductora y los microprocesadores. La memoria semiconductora almacena la información en forma electrónica, mediante circuitos simples, que pueden ser construidos automáticamente y en forma masiva con la cada vez más sofisticada tecnología de integración a gran escala. Lamentablemente, estas memorias son volátiles. Dado que almacenan la información electrónicamente, al quitarse la alimentación la misma se pierde. Por otro lado, los microprocesadores son circuitos integrados que es la parte fundamental de un CPU en una computadora. Se le llama microprocesador a la parte de un CPU que se clasifica como un componente electrónico compuesto por cientos de miles de transistores integrados en una placa de silicio.

- Conclusiones

- Como se sabe un computador es un sistema complejo, y como tal