Arquitectura de ordenadores
Capítulo: Introducción
Presentación del curso.
En este curso se pretende exponer una visión general de la arquitectura de un ordenador analizando sus distintos elementos.
Definiciones de: ordenador, arquitectura y organización del ordenador.
Se puede definir la arquitectura de ordenadores como el estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de ordenadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.
Ordenador, dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información.
Reseña histórica de los computadores
- La era mecánica de los computadores: podríamos decir que las máquinas mecánicas de calcular constituyendo la "era arcaica" o generación 0 de los ordenadores. Una evolución de estas máquinas son las máquinas registradoras mecánicas que aún existen en la actualidad. Otro elemento de cálculo mecánico que se utilizó hasta hace pocos años fue la regla de cálculo que se basa en el cálculo logaritmo y cuyo origen son los círculos de proporción de Neper. Ingenios clásicos de esa etapa fueran la máquina de Pascal, que podía realizar sumar, restas y, posteriormente, multiplicaciones y divisiones, y las dos máquinas de Charles Babbage: la máquina de diferencias y la analítica. Esta última fue la precursora de los computadores actuales.
La fase final en la mecánica de la informática y la constituyen los ordenadores electromecánicos basados en lógica de relés (década de los 30).
- La era electrónica de los ordenadores: Los ordenadores envasados en elementos mecánicos planteaban ciertos problemas:
La velocidad de trabajo está limitada a inercia de la partes móviles.
La transmisión de la información por medios mecánicos (engranajes, palancas, etcétera.) es poco fiable y difícilmente manejable.
Los computadores electrónicos salvan estos inconvenientes ya que carecen de partes móviles y la velocidad de transmisión de la información por métodos eléctricos no es comparable a la de ningún elemento mecánico.
El primer elemento electrónico usado para calcular fue la válvula de vacío y, probablemente, el primer computadores electrónicos de uso general fue el E.N.I.A.C. (Electronic Numerical Integrator Calculator) construido en Universidad de Pennsylvania (1943-46). El primer computador de programa al-macenado fue el E.D.V.A.C. (Electronic Discrete Variable Computer, 1945-51) basado en la idea de John Von Neumann, que también participó en el proyecto E.N.I.A.C. de que el programa debe almacenarse en la misma memoria que los datos.
- Generaciones de ordenadores: En la evolución de las máquinas para el tratamiento automático de la información pueden distinguirse una acería que y tos que marcan la diferencia entre las denominadas generaciones de ordenado-res. Las generaciones habidas hasta la actualidad han sido:
1ª generación: (1946-1955) Computadores basados en válvula de vacío que se programaron en lenguaje máquina o en lenguaje ensamblados.
2ª generación: (1953-1964) Computadores de transistores. Evolucionan los modos de direcciona-miento y surgen los lenguajes de alto nivel.
3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la posibilidad de trabajar en tiempo compartido.
4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.
El ordenador personal IBM (IBM PC)
A final de 1980, un pequeño grupo llamado Entry System Division fue establecido en el seno de IBM. El equipo inicial estaba constituido por 12 ingenieros y diseñadores bajo la dirección de Don Estridge. El jefe del equipo de diseño era Lewis Eggebrecht. Esta división tenía como tarea el desarrollo del primer ordenador personal de IBM que realmente lo fuera. (IBM considero el modelo 5100 desarrollado en 1975 como un terminal inteligente programable mas que un genuino ordenador, y no como un verdadero ordenador).
Estridge y el equipo de diseño desarrollaron el diseño y especificaciones del nuevo sistema. El equipo se baso en estudios de mercado, teniendo estos una gran influencia en su diseño. Los diseñadores se fijaron en los estándares previos, aprendiendo de sus aciertos y problemas, incorporando las ventajas de los sistemas mas populares, introduciendo esto y mucho mas en los PCs. IBM diseñó el sistema perfecto para apoderarse de este mercado.
Con los parámetros impuestos al diseño por el mercado, IBM debía ser capaz de producirlo en menos de un año. Para lograr ello, IBM intento conseguir todos los elementos de productores independientes que tenían sus productos en el mercado. Incluso el sistema operativo se encargo a otra compañía. Inicialmente se contacto con Digital Research, dueña del sistema operativo CP/M, pero no le interesó entrar en el negocio, pero al final se lo adjudico a una modesta empresa llamada Microsoft, que con el tiempo y gracias a esto se ha convertido en la compañía mas importante de software del mundo. Para completar esto, estimuló a muchos fabricantes de software del mercado para que cambiaran a este sistema operativo, y esto hicieron.
El debut del IBM PC, usando el sistema operativo PC DOS, fue el martes 11 de agosto de 1981. Una fecha muy significativa para la industria de los microordenadores. Desde ese momento IBM vendió mas de 10 millones de PCs, y fue creciendo una inmensa gama de periféricos y accesorios a su alrededor. Hay mas Software escrito para esta familia de ordenadores que para ningún otro sistema en el mercado en 1975.
Al principio, el IBM PC tenía sólo 128KB de RAM y dos unidades de disquete de 5 1/4 pulgadas y 360KB de capacidad. El procesador que utilizaba era el Intel 8086, una CPU a 16 Bits. Posteriormente, se hizo una versión económica a 8 Bits mediante el procesador 8088.
Pronto se popularizó el uso del IBM PC. Además, una oportuna campaña que culminó con la licencia a terceros de la fabricación de éste ordenador, hizo que se engancharan al carro a una gran cantidad de fabricantes que comenzaron a crear placas de ordenador "compatibles PC", de calidad similar a la original, pero a un precio muy inferior. Aunque al principio esto repercutió en las ventas de IBM, pronto hizo que su popularidad aumentara aún más.
Pero no pensemos que lo único que había era el PC. Paralelamente, en los años 80 asistimos a una invasión de pequeños sistemas con 16 y 48KB de RAM que fueron la introducción de muchos a la Informática doméstica. Nos referimos a los Sinclair, Commodore, Oric, etc. Máquinas con una potencia gráfica que era una delicia teniendo en cuenta que los sistemas PC sólo iban en modo texto por aquellos entonces.
Es más, en 1985 se presentó el Commodore Amiga, con 512 KB de RAM y una potencia enorme en cuanto a gráficos, sonido y todo lo que ello conlleva. Junto con los Apple, el Commodore Amiga sentó las bases de la Multimedia moderna, concepto del que hablaremos más adelante.
Todos estos sistemas, a excepción del Amiga, fueron desapareciendo y dejando paso a los sistemas PC más avanzados, ya que en aquella época comenzaron su escalada.
Más adelante, comenzó la locura: Se añaden discos duros y otros sistemas de almacenamiento masivo, la memoria aumenta hasta 640 KB y más... Además, comienza la carrera de la velocidad de reloj y de los procesadores, los cuales siempre de la mano de Intel, cada vez son más potentes. 80286, 80386, y posteriormente los desarrollos de 80486, Pentium y, desde hace unos meses, el Pentium PRO. Intel ha puesto sus procesadores al servicio de los ordenadores PC, y ha conseguido que éstos se pongan a la cabeza de los ordenadores personales.
He dicho ordenadores personales, ya que para las grandes aplicaciones, se utilizan otros sistemas: Silicon Graphics, Cray, procesadores Alpha, Mips... La lista es interminable para estos sistemas que se quedan fuera del alcance del usuario medio.
¿Y el software? Al principio, todo era en modo texto. Pronto comenzaron los gráficos, los juegos y finalmente, los sistemas operativos visuales: OS/2, Windows, Linux, System 7 de Mac. Estos sistemas visuales son los que más ha contribuido a la popularización de los ordenadores PC.
Gracias a los ordenadores potentes, a los juegos, a los sistemas visuales, a la bajada de precios y, últimamente gracias a Internet, el PC se ha popularizado tanto que prácticamente no queda un hogar donde no haya un ordenador para algo concreto: Comunicaciones, procesos de textos, juegos, etc.
Bueno, a lo largo de este capítulo se ha hecho una breve exposición de lo que es un ordenador y de las partes que lo componen a nivel interno. En el siguiente capítulo comenzaremos a ver los distintos elementos, comenzando por la CPU
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