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Componentes del Computador
Panorama Estrucutral del Software
El hardware de un sistema de cómputo moderno se organiza funcionalmente en cuatro subsistemas principales que trabajan de manera coordinada:
Procesamiento
Ejecuta instrucciones y operaciones, cuyo núcleo es la Unidad Central de Procesamiento (CPU).
Memoria
Almacena datos e instrucciones en diferentes niveles jerárquicos, incluyendo la memoria principal (RAM) y el almacenamiento permanente.
Entrada/Salida (E/S)
Permite la interacción del sistema con su entorno a través de periféricos (como teclado o monitor).
Comunicación
Enlaza todos los componentes mediante buses que transportan datos, direcciones y señales de control.
Relación Funcional de los Subsistemas
Los subsistemas (CPU, Memoria, E/S y Buses) no operan de forma independiente, sino que su eficacia depende de la coordinación y armonía entre ellos. Se utiliza una analogía biológica para ilustrar sus roles:
Buses
Sistema circulatorio digital.
Memoria
Almacena y transmite señales.
CPU
Procesa información (el cerebro).
E/S
Son los sentidos y órganos de acción.
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
La CPU es el núcleo lógico del computador y actúa como el centro de decisión del sistema. Es responsable de interpretar y ejecutar las instrucciones almacenadas en memoria.
1
Obtener instrucciones de memoria (fase de
búsqueda)
2
Decodificarlas para determinar la operación a
realizar
3
Ejecutar las operaciones aritméticas o lógicas
correspondientes
4
Controlar la escritura de los resultados y la
sincronización general
Componentes Básicos de la CPU
Unidad de Control (UC)
Interpreta las instrucciones, genera señales de control, determina el orden de ejecución y supervisa el flujo de datos.
Registros
Son memorias internas de muy alta velocidad que almacenan temporalmente datos, direcciones y resultados intermedios. Ejemplos incluyen el contador de programa (PC) y el acumulador (ACC).
Unidad Aritmético-Lógica
(ALU)
Ejecuta operaciones matemáticas (suma, resta) y lógicas (AND, OR).
Analogía: La CPU como empresa
El departamento de contabilidad (realiza cálculos y operaciones lógicas).
ALU
Los archivadores o escritorios de trabajo (guardan temporalmente los datos en uso).
Registros
El director general (asigna tareas, interpreta órdenes).
Unidad de Control
Interacción CPU con
Memoria y Periféricos
La CPU se comunica constantemente con la memoria y los dispositivos periféricos a través de los buses del sistema:
Bus de Direcciones
Especifica la posición de memoria o el dispositivo al que se desea acceder.
Bus de Control
Coordina las operaciones de lectura, escritura y señalización de interrupciones.
Bus de Datos
Transporta los valores binarios (datos) de entrada y salida.
Ejemplo de Funcionamiento
de la CPU
2
Carga de Operandos
Los operandos (A y B) se cargan en registros internos.
3
Ejecución
La ALU realiza la operación aritmética.
1
Localización
La Unidad de Control busca la instrucción en memoria.
4
Almacenamiento
El resultado se guarda en un registro o se envía a memoria.
Subsistema de Memoria
El subsistema de memoria es el espacio lógico donde se almacenan los datos e instrucciones que la CPU necesita para la ejecución de programas.
Actúa como un intermediario de velocidad entre el procesador y los dispositivos de almacenamiento.
Su propósito es mantener la información disponible en el instante de procesamiento.
Características Esenciales de
la Memoria
Capacidad
La cantidad de información que pueden almacenar, medida en bytes (KB, MB, GB, TB).
Velocidad de Acceso
El tiempo que tarda en leerse o escribirse un dato; a menor tiempo de acceso, mayor costo y menor capacidad.
Temporalidad
Pueden ser volátiles (conservan datos solo mientras están encendidas, como la RAM) o no volátiles (los preservan indefinidamente).
Flujo de Comunicación CPU-Periférico
La comunicación entre la CPU y un dispositivo de E/S se logra en tres pasos esenciales:
2
Transferencia
Los datos se envían o reciben a través del bus de E/S.
3
Finalización
La CPU recibe una confirmación (éxito o error) de que la operación ha concluido.
1
Inicialización
El procesador configura el puerto/controlador del dispositivo (dirección y modo de operación).
Jerarquía de Memoria
La Jerarquía de Memoria busca minimizar el tiempo promedio de acceso utilizando memorias intermedias. Esta organización combina velocidad y capacidad de manera eficiente:
2
Caché
Alta velocidad
3
RAM
Equilibrio costo-rendimiento
1
Registros
Acceso inmediato
4
Almacenamiento
Persistencia y capacidad
Analogía: Transporte Metropolitano
Bus de Direcciones
El sistema de señalización que indica el destino de cada carga.
Ejemplo: Cuando la CPU lee un dato de la memoria:
Bus de Datos
La carretera principal por donde circula la carga (información).
Bus de Control
Los semáforos y reglas que regulan el tráfico y evitan colisiones.
Buses y Estructura de Interconexión
Estos canales permiten que la CPU, la memoria y los dispositivos de entrada/salida intercambien datos de manera sincronizada.
Funciones Principales de un Bus:
2
Direccionamiento: identificar la posición o dispositivo al que se dirige la operación
3
Control y sincronización: coordinar las operaciones de lectura, escritura y transferencia
1
Transporte de datos: mover la información entre CPU, memoria y periféricos
Los buses pueden ser comparados con una autopista digital, donde circulan simultáneamente señales eléctricas.
Un bus es un conjunto de líneas de comunicación que transporta información entre los distintos componentes del computador.
Subsistema de
Entrada/Salida
El subsistema de Entrada/Salida (E/S) permite la comunicación del computador con su entorno. Su función es transferir información entre el procesador/memoria y los periféricos. Se clasifica en:
Dispositivos de Salida
Convierten los resultados del procesamiento en señales útiles o perceptibles (ej: monitor, impresora).
Dispositivos Mixtos
Pueden operar en ambos sentidos (ej: USB, pantalla táctil).
Dispositivos de Entrada
Capturan información y la convierten en señales digitales (ej: teclado, escáner).
Analogía: Departamento de
Logística
Dispositivos de Salida
Medios de distribución que entregan los productos terminados (resultados).
CPU
La gerencia que supervisa que todo se cumpla a tiempo.
Dispositivos de Entrada
Proveedores que entregan la materia prima (datos).
Tipos Principales de Buses
Bus de Direcciones
Especifica la ubicación (memoria o E/S) a la que se desea acceder.
Bus de Control
Transporta las señales que dirigen el flujo de operaciones (lectura, escritura, reloj).
Bus de Datos
Transfiere los valores binarios (información) entre los componentes.
Ejemplo de transferencia de datos
Al copiar un archivo desde una memoria USB (dispositivo de E/S):
2
Transferencia
El subsistema de E/S escribe la información directamente en la RAM.
3
Supervisión
La CPU supervisa el proceso y actualiza el estado una vez finalizada la transferencia.
1
Inicialización
El controlador del dispositivo comienza la lectura de los bloques de datos.
Memoria Principal vs
Almacenamiento Secundario
Las memorias se organizan en niveles jerárquicos que equilibran costo, velocidad y capacidad.
Memoria ROM
La Memoria ROM contiene instrucciones básicas e invariables (firmware).
Almacenamiento Secundario
Incluye discos duros (HDD/SSD) y memorias externas, cuya función es conservar información de manera permanente.
Memoria Principal (RAM)
Almacena programas e información temporal usada durante la ejecución y se borra al apagar el equipo.
Coordinación y Sincronización
Sistemas Síncronos
Utilizan una señal de reloj común para todos los dispositivos. Son más rápidos y predecibles, pero menos flexibles.
Sistemas Asíncronos
No dependen de un reloj compartido. Cada dispositivo indica cuándo está listo para comunicarse, lo que los hace más adaptables a diferentes velocidades.
2
Envía una señal de lectura por el Bus de Control.
3
La memoria devuelve el dato correspondiente por el Bus de Datos.
1
Coloca la posición deseada en el Bus de Direcciones.
Andres Juelas
24/10/2025
