Unidad Central de Proceso (CPU)

La unidad central de proceso suele denominarse con las siglas CPU (Central Processing Unit) o UCP (Unidad Central de Proceso).

Memoria

Se encarga de almacenar las instrucciones que constituyen el programa y, eventualmente, los datos y los resultados.

Subsistemas de Entrada/Salida

Permiten la comunicación del ordenador con el exterior, realizando operaciones de recogida y envío de información a través de los dispositivos periféricos conectados al efecto.

R.O.M. (Read Only Memory)

La característica fundamental de la memoria ROM es su capacidad para almacenar, de forma permanente, la información, sin necesidad de contar con ningún tipo de alimentación eléctrica.

Diferencias entre memoria RAM y memoria ROM

  • RAM: Es de lectura y escritura, y es volátil.
  • ROM: Es de solo lectura y permanente.

Memorias Caché

Las memorias caché almacenan en unos chips de memoria ultrarrápida los datos más utilizados. Los ordenadores actuales suelen montar dos e incluso tres tipos:

  • Memoria caché de primer nivel (L1): Está integrada en el microprocesador, en el mismo chip, por lo que tiene la misma velocidad que el bus del microprocesador.
  • Memoria caché de 2º nivel (L2): Su tamaño es variable. Está en el mismo zócalo que el microprocesador, pero en distinto chip. La velocidad del bus es la mitad que la del microprocesador.
  • Memoria caché L3: Se encuentra en algunas placas base. A medida que los microprocesadores comenzaron a incluir caché L2 dentro de sus arquitecturas, se comenzó a llamar caché L3 al caché extra integrado en las placas base entre el microprocesador y la memoria principal.

Gestión de Dispositivos

  • Driver o manejador de dispositivo: Su función es traducir las órdenes de alto nivel a los comandos de bajo nivel que entiende el controlador de dispositivo. Es el encargado de darle órdenes, consultar su estado y atender a sus interrupciones. Es el primer nivel en que deben tratar de solucionarse los errores del dispositivo.
  • Software del sistema operativo independiente de dispositivos: En caso de que el driver no pueda enmascarar un error, se lo comunica al gestor de dispositivos del sistema operativo, que lo intentará por otros medios.
  • Aplicación de usuario: Este nivel es el más abstracto; normalmente es de donde parten las órdenes (también parten del sistema operativo) y donde se reciben los resultados.

Entrada/Salida (E/S)

E/S controlada por interrupciones

Cuando el periférico se encuentra en disposición de realizar una transferencia, se lo indica a la UCP mediante una señal de control especial denominada de solicitud de interrupción. La UCP entonces suspende y salva temporalmente la ejecución de las instrucciones en curso para ejecutar lo que se conoce como rutina de servicio de interrupción.

E/S por acceso directo a memoria (DMA)

Existe una interfaz (DMA) que se encarga de liberar a la UCP del control de la transferencia de datos entre el periférico y la memoria. El controlador de DMA contiene:

  • El registro de dirección: Almacena la dirección de la siguiente palabra a transmitir y se incrementa de forma automática después de cada transferencia.
  • El registro contador de palabras: Almacena el número de palabras que quedan por enviar y se decrementa automáticamente después de cada transferencia.
  • La unidad de control del DMA: Comprueba si el contenido del registro contador es 0. Cuando alcanza este valor, para la transferencia y envía una señal de interrupción a la UCP para indicarle que la transferencia ha finalizado.

Componentes Internos de la CPU

  • El registro de instrucción (RI): Se encarga de almacenar la instrucción en curso que se está ejecutando actualmente, proveniente de la unidad de memoria.
  • El decodificador: Identifica la instrucción del RI para determinar el conjunto de pasos elementales en que se descompone.
  • El secuenciador: Se encarga de sacar y distribuir ordenadamente a los elementos del sistema las correspondientes señales de control, utilizando la información suministrada por el decodificador, el registro de estado y el reloj.
  • El reloj: Es un circuito oscilador que genera autónomamente una señal en forma de pulsos, que representan la temporización básica del sistema global, ya que determina el menor tiempo que puede durar una operación elemental.

Elementos de Interconexión: Buses

La forma más usual de interconexión de los distintos elementos es a través de un bus. La operación básica del bus que permite realizar una transferencia elemental entre dos de los dispositivos conectados a él se denomina ciclo del bus.

Características de los buses

  • Bus de datos: Utilizado para transferir los datos entre los diferentes elementos del computador.
  • Bus de direcciones: Designa la posición o dirección de los datos.
  • Bus de control: Transfiere señales de control, como pueden ser de lectura o escritura de la memoria.
  • Ancho del bus: Expresado en bits, determina cuántos bits puede transferir simultáneamente en cada ciclo.
  • Velocidad o frecuencia del bus: Refleja la cantidad de ciclos de transferencia que pueden tener lugar por segundo, medida en MHz.