Arquitecturas De Computo Clasicas

Arquitecturas De Computo Clasicas

El modelo clásico de arquitectura de computadoras fué diseñado por Jhon Von Newman que consta de los siguientes elementos:

Dispositivos de entrada, de proceso, de almacenamiento y de salida

MODELO DE VON NEUMANN

Las computadoras digitales actuales se ajustan al modelo propuesto por el matemático John Von Neumann. De acuerdo con el, una característica importante de este modelo es que tanto los datos como los programas, se almacenan en la memoria antes de ser utilizados.

ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA:

En el interior del computador la fuente de alimentación destaca por su gran tamaño y porque es diferente a cualquiera de los componentes que en el se encuentran. Se trata de una caja metálica en la que en su interior alberga el más primitivo circuito que cualquier computador posee, ya que los componentes que guarda son resistencias, condensadores bobinas, etc., sin estar integrados.

Su misión es la de dar al PC toda la energía necesaria para su funcionamiento. Esta energía la recoge de la red eléctrica que es alterna, la rectifica a continua y después la divide en tensiones menores para alimentar cada uno de los componentes que hay dentro del computador. Estas tensiones son: +5 V/−5 V cable rojo, +12 V/ −12 V cable amarillo y GND cable negro.

Fuente de alimentación.

Placa Base

Los cimientos de la arquitectura modular del PC parten de la placa base, pieza clave del hardware a la que se conectan todos los componentes y los periféricos del computador. La placa base es una plancha de circuito impreso formada por un conglomerado de capas de baquelita o resina. En ella, se intercalan los distintos circuitos eléctricos que comunican todos los elementos que gestionan y determinan su funcionamiento, como el zócalo en el que se sitúa el microprocesador, las ranuras para los módulos de memoria, el chipset o, entre otros, los conectores de los buses de expansión y sus circuitos de apoyo.

A continuación se exponen algunas de las características más importantes que definen una placa base.

Tipos

En los computadores actuales existen seis tipos básicos de placas base, en función de la estructura del procesador. Socket 7, Socket 8, Super 7, Slot 1, Slot 2 y Socket 370. Las placas Socket 7 albergan los procesadores Pentium, K5 de AMD, 6×86 de Cyrix y Winchip C6 de IDT; ya no se venden, pues carecen de las interfaces más utilizadas en la actualidad, como el bus AGP y el puerto USB. Estos dos estándares se incorporan en las placas Super 7, también compatibles Pentium y K6. Las placas Socket 8, muy escasas, albergan los extinguidos procesadores Pentium Pro.

Las placas Slot 1 son necesarias para suministrar soporte a los Pentium II/III y Celeron, y suelen disponer del formato ATX. Una variante son las placas Slot 2, soporte de la versión Xeon del Pentium II, utilizada en servidores profesionales. Finalmente, las placas Socket 370 alojan una versión especial de Celeron.

Formato

Existen dos grandes estándares: ATX y Baby AT. El segundo, está basado en el original del IBM XT, pero de dimensiones más reducidas. En este tipo de placas es habitual el conector “gordo” para el teclado.

Las ranuras de expansión se sitúan generalmente en la parte posterior izquierda de la placa colocando el microprocesador justo enfrente. Esto era perfectamente válido cuando los chips aún eran lentos y disipaban poco calor, pero el aumento de velocidad, obligó a la incorporación de componentes capaces de refrigerarlos. Estos, suelen dificultar la instalación de tarjetas de expansión más largas bloqueando algunos slots. Además, el mantenimiento o actualización de determinados componentes se convierte en una tarea molesta, ya que es preciso desmontar medio computador hasta llegar a ellos con holgura. Esto sucede, generalmente, con los zócalos de memoria que se encuentran tapados por una maraña de cables o incluso por las unidades de almacenamiento discos duros o disqueteras.

El formato ATX es más moderno y no mejora la velocidad, sino la flexibilidad, integración y funcionalidad. Reorganiza la distribución de los componentes de la placa base, de forma que al insertar tarjetas no colisionen con chips como el procesador. Además, se acorta la longitud de los cables y se mejora la ventilación de los componentes. También cambia el conector de alimentación para la placa base y la forma de la caja, por lo que se deberá cambiar la caja externa antes de comprar la placa. El ATX permite integrar componentes en la placa como la tarjeta gráfica, la tarjeta de sonido, y los conectores de teclado y ratón tipo PS/2, serie, paralelo o USB.

Esquema del formato ATX.

El chipset

El juego de chips de una placa, o chipset, es posiblemente uno de sus componentes integrados más importante, ya que controla el modo de operación de la placa e integra todas sus funciones, por lo que se puede decir que determina el rendimiento y características de la misma. Determina lo que puede hacer el computador. A continuación se resumen algunas de las funciones y propiedades controladas por el Chipset:

La velocidad del bus 33, 40, 50, 55, 60, 66, 75, 83, 100… MHz.

El puente PCI/ISA.

El soporte para el controlador de disco duro en placa EIDE o SCSI y sus características Modo DMA, ATA…

El controlador de DMA.

El controlador de IRQ.

Los tipos de memoria soportados FPM, EDO, SDRAM, chequeo de paridad, ECC…

El tamaño máximo de los módulos de memoria 16, 32, 64, 128… Mb

La máxima área de memoria cacheable 64, 512, 1024… Mb

El tipo de caché secundario Nivel 2 L2

El tipo de CPU 486, P-24T, P5, P 55 C?, Pentium Pro, Pentium II…

La naturaleza del bus PCI sincrónico o asincrónico.

El número de CPUs soportado simple, dual, cuádruple…

Las características Plug & Play.

Las características especiales soportadas AGP, IrDA, USB, PS/2…

Cada uno de los bits de información almacenado en la memoria o enviado a cualquier dispositivo de E/S tiene que pasar a través del chipset en su camino hacia la CPU. Todos los periféricos usan el chipset para acceder a otros periféricos y para establecer sus transacciones de datos con la CPU.

Procesador

El chip más importante de cualquier placa base es el procesador. Sin él la computadora no podría funcionar. A menudo este componente se denomina CPU, que describe a la perfección su papel dentro del sistema. El procesador es realmente el elemento central de procesamiento de datos.

Está formado por los siguientes elementos:

ALU ¾Unidad Aritmético Lógica. Realiza las operaciones matemáticas y lógicas toma de decisiones, comparaciones, etc.

UC Unidad Central. Es el procesador propiamente dicho. Controla al resto de los componentes del computador. Para su correcto funcionamiento contiene un reloj que controla la velocidad a la que trabaja el procesador su velocidad se mide en MHz o GHz.

Memoria Central (R.A.M) habitualmente suele ser memoria caché y podemos distinguir entre:

Caché interna o de primer nivel (L1). Se localiza dentro del propio procesador, teniendo un tamaño de 8 a 32 Kb. Al venir integrada en el procesador no puede ser ampliada; para ello habría que cambiar el procesador.

Caché externa o de segundo nivel (L2). Hasta la aparición del procesador Pentium II, se encontraba fuera del procesador, en unos módulos insertados en un zócalo especial para este tipo de memoria. Desde los procesadores Pentium II incorporan, además de la caché de primer nivel, una caché de segundo nivel interna de 512 Kb y el correspondiente zócalo para poder insertar más. La memoria caché de segundo nivel puede ser de 64 Kb hasta 1 Mb.

Estructura de un procesador.

Para aprovechar todo el potencial del procesador, el sistema hace uso de las denominadas IRQ (Interrupt Request interrupciones del sistema): señales que reclaman la atención del procesador sólo cuando es necesario. Viajan a través de las pistas del bus y son procesadas según su nivel de importancia para el sistema, de acuerdo a un orden jerárquico establecido mediante el número asignado a cada interrupción.

Evolución del procesador

Para evaluar la evolución de los procesadores nos vamos a centrar en Intel, la compañía con mayor cuota de mercado.

Pentium Classic

Las primeras series, funcionaban a 60 y a 66 Mhz, y debido a que trabajaban a 5V. tenían problemas de sobrecalentamiento. Además trabajaban a la misma velocidad que el propio bus.

A partir del modelo de 75 Mhz ya se empieza a trabajar con multiplicadores de frecuencia internos para que el rendimiento de los procesadores sea mayor que el del bus y la memoria. Permiten además, solucionar el problema de sobrecalentamiento rebajando la tensión de funcionamiento de los nuevos modelos a 3,52 voltios, con lo que se consigue un menor consumo.

Está optimizado para aplicaciones de 16 bits. Dispone de 8Kb de caché de instrucciones + 8Kb de caché de datos. Utiliza el zócalo de tipo 5 socket 5.

Pentium MMX:

El Pentium MMX es una mejora del Classic al que se le ha incorporado un nuevo juego de instrucciones 57 para ser exactos ,orientado a mejorar el rendimiento en aplicaciones multimedia que necesitan mover gran cantidad de datos de tipo entero, como pueden ser videos o secuencias musicales o gráficos 2D.

Entre otras mejoras, dispone de una caché que es el doble de la del Pentium “normal”, es decir 16 Kb para datos y 16 para instrucciones. Sigue siendo un procesador optimizado para aplicaciones de 16 bits. Requiere zócalo de tipo 7 ¾socket 7.Trabaja a doble voltaje 3,3/2,8V y utiliza la tecnología de 0,35 micras.

Pentium Pro

Este es uno de los mejores procesadores que ha sacado Intel. Parte de este mérito lo tiene la caché de segundo nivel, que está implementada en el propio chip, y por tanto se comunica con la CPU a la misma velocidad que trabaja ésta internamente.

El zócalo es específico para este modelo y es conocido como Tipo 8. No cuenta con el juego de instrucciones MMX y está optimizado para aplicaciones de 32 bits Windows NT, Unix, OS/2… Además, dispone de una caché L1 de 8KB + 8KB instrucciones + datos. Hay una gama de procesadores que posee 256 KB de caché L2, otra 512, y por último un modelo que cuenta con un Mega.


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