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Guía de estudio de arquitectura informática

La arquitectura informática proporciona una introducción a los conceptos básicos del diseño del sistema para la mayoría de los estudiantes de informática.

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Guía de estudio de la biblioteca en líneaEsta guía de estudio de arquitectura informática describe las diferentes partes de un sistema informático y sus relaciones.

Por lo general, se espera que los estudiantes conozcan la arquitectura de la CPU y los componentes principales de la CPU, el papel de la memoria primaria y las diferencias entre RAM y ROM.

Otros temas de estudio incluyen el propósito de la memoria caché, el ciclo de instrucción de la máquina y el papel que juega la memoria secundaria en la arquitectura de la computadora.

Lista de verificación de arquitectura de computadora

Sección de la guía de estudio de la biblioteca en línea Primeros pasos: términos clave para saber
Sección de la guía de estudio de la biblioteca en línea La arquitectura de la unidad central de procesamiento (CPU)
Sección de la guía de estudio de la biblioteca en línea Componentes primarios de una CPU
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea Diagrama: La relación entre los elementos.
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea Memoria primaria explicada
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea RAM y ROM
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea El papel de la memoria secundaria
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea Almacenamiento persistente
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea El propósito de la memoria caché
Sección de la guía Stuydy de la biblioteca en línea El ciclo de instrucciones de la máquina


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1. Primeros pasos: términos clave para saber

Las siguientes definiciones lo ayudarán a comprender la arquitectura moderna de la computadora:

2. La arquitectura de la unidad central de procesamiento (CPU)

los unidad Central de procesamiento (CPU) es donde tienen lugar la mayoría de los cálculos. Es un componente interno de la computadora que a menudo se conoce como los "cerebros" de la computadora. Las CPU modernas son pequeñas y cuadradas y contienen múltiples conectores metálicos o pines en la parte inferior. La CPU se inserta directamente en un zócalo de la CPU, con el pin hacia abajo, en la placa base. La CPU es el elemento más importante de un sistema informático en términos de potencia informática.

3. Componentes principales de una CPU

La unidad de lógica aritmética

La unidad lógica aritmética (ALU) realiza operaciones aritméticas y lógicas. Es donde se guardan los datos temporalmente y donde tienen lugar los cálculos.

La unidad de control

La unidad de control (CU) controla e interpreta la ejecución de las instrucciones. Extrae las instrucciones de la memoria y las decodifica y ejecuta, llamando a la ALU cuando sea necesario.

4. Diagrama: la relación entre los elementos

El siguiente diagrama muestra la relación entre los elementos de la CPU, entrada y salida y almacenamiento.

Diagrama de relación de CPU

5. Memoria primaria explicada

Hay dos tipos de memoria física: primario y secundario memoria. La memoria primaria es memoria volátil. La memoria secundaria (almacenamiento secundario) no es volátil.

Lectura recomendada: Biblioteca en línea memoria volatil y memoria no volátil definiciones

Las funciones principales de la memoria primaria (también llamada memoria principal o almacenamiento primario) es ejecutar el código del programa y almacenar datos temporales. La memoria primaria es la memoria a la que accede primero el procesador. La memoria está en chips ubicados en la placa base. La memoria primaria almacena aplicaciones para ejecutar el sistema operativo (SO), la interfaz de usuario y las utilidades softre instaladas.

La computadora solo puede manipular los datos que están en la memoria principal. Cada programa ejecutado y cada archivo al que se accede debe copiarse desde un dispositivo de almacenamiento a la memoria principal. La cantidad de memoria principal en un sistema informático determina cuántos programas se pueden ejecutar al mismo tiempo y cuántos datos pueden estar disponibles para un programa.

Sabías...? Un pequeño programa (llamado cargador de arranque o cargador de arranque) se almacena en la memoria primaria. Carga el sistema operativo en la memoria de la computadora cuando el sistema se inicia y el programa también inicia el sistema operativo. Este proceso se conoce como "arranque" de la computadora.

6. Memoria primaria: RAM y ROM

Ejemplos de memoria primaria incluyen RAM y ROM.

¿Qué es la RAM?

La memoria de acceso aleatorio (RAM) es un tipo de memoria volatil y es el tipo más común de memoria que se encuentra en computadoras y otros dispositivos, como impresoras. La RAM requiere un flujo de electricidad para retener los datos (por ejemplo, la computadora está encendida).

¿Qué es la ROM?

La memoria de solo lectura (ROM) es un tipo de No volátil memoria y es la memoria de la computadora en la cual los datos han sido pregrabados. La ROM retendrá los datos sin el flujo de electricidad (por ejemplo, cuando la computadora está apagada).

Lectura recomendada: Preguntas frecuentes sobre tecnología: ¿Cuál es la diferencia entre RAM y ROM?

7. El papel de la memoria secundaria

La memoria secundaria (también llamada memoria auxiliar) son dispositivos de almacenamiento: discos duros, unidades de estado sólido, medios de almacenamiento extraíbles, incluidas unidades flash y DVD.

es la memoria del BIOS volátil o no volátil

La CPU no accede directamente a la memoria secundaria como lo hace con la memoria primaria. En cambio, los datos de la memoria secundaria se cargan en la RAM y luego se envían al procesador. Transfiere los datos solicitados a un área intermedia en el almacenamiento primario. Si bien la memoria secundaria es mucho más lenta que la memoria primaria, ofrece una mayor capacidad de almacenamiento.

8. Almacenamiento persistente

El almacenamiento persistente (almacenamiento que no pierde sus datos después de perder su fuente de alimentación) es extremadamente importante en un sistema informático. Es necesario almacenar datos en un dispositivo no volátil durante y después de la ejecución de un programa para guardar archivos y datos para su uso posterior. El disco duro es un ejemplo común de almacenamiento persistente.

9. El propósito de la memoria caché

La memoria caché (también llamada caché de la CPU) es un mecanismo de almacenamiento de alta velocidad que es una sección reservada de la memoria principal o un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente. El caché de la CPU reduce el tiempo requerido para acceder a los datos desde la memoria principal. Las CPU modernas tienen diferentes cachés independientes, como instrucciones y cachés de datos.

Hay dos tipos de almacenamiento en caché de uso común en sistemas informáticos: almacenamiento en memoria caché y almacenamiento en caché de disco.

¿Qué es la memoria caché?

La memoria caché, a veces llamada memoria caché RAM, es una parte de la memoria hecha de RAM estática de alta velocidad (SRAM) en lugar de la RAM dinámica (DRAM) más lenta y barata utilizada para la memoria principal. El almacenamiento en memoria caché es efectivo porque la mayoría de los programas acceden a los mismos datos o instrucciones una y otra vez.

¿Qué es el almacenamiento en caché de disco?

El almacenamiento en caché de disco funciona bajo el mismo principio que el almacenamiento en memoria caché, pero en lugar de utilizar SRAM de alta velocidad, un caché de disco utiliza memoria principal convencional. El almacenamiento en caché de disco puede mejorar drásticamente el rendimiento de las aplicaciones, porque acceder a un byte de datos en la RAM puede ser miles de veces más rápido que acceder a un byte en un disco duro.

10. El ciclo de instrucciones de la máquina

El ciclo de instrucciones se refiere al período de tiempo durante el cual una instrucción se recupera de la memoria y se ejecuta cuando una computadora recibe una instrucción en lenguaje de máquina. La CPU lleva a cabo las siguientes cuatro etapas de un ciclo de instrucción:

1. Obtener las instrucciones de la memoria. Este paso lleva la instrucción al registro de instrucciones, un circuito que contiene la instrucción para que pueda decodificarse y ejecutarse.

2. Decodifica las instrucciones. Operaciones matemáticas y lógicas utilizadas en referencia a los datos.

3. Lea la dirección efectiva de la memoria si la instrucción tiene una dirección indirecta.

4. Ejecute la instrucción Esto combina todos los pasos.

Nota: Los pasos 1 y 2 se llaman ciclo de búsqueda y son iguales para cada instrucción. Los pasos 3 y 4 se llaman ejecutar ciclo y cambiará con cada instrucción.

Lectura recomendada: Biblioteca en línea ciclo de instrucción definición.

Recursos adicionales para aprender arquitectura informática

Cortesía de Carnegie Mellon Computer Architecture, la siguiente conferencia cubre la introducción y los conceptos básicos de la arquitectura de computadoras.










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