el comienzo de mis aventuras por arquitectura de computador

 06/03/24

 

CPU

CONCEPTO:

Un CPU, o Unidad Central de Procesamiento, es un componente esencial en computadoras y otros dispositivos electrónicos que se encarga de procesar datos y ejecutar instrucciones. Es considerado el cerebro del sistema, ya que interpreta y lleva a cabo las secuencias de instrucciones de los programas mediante operaciones aritméticas y matemáticas

 

FUNCIONES 

Recepción de instrucciones: Cuando se abre un programa o una aplicación, el CPU recibe una serie de instrucciones en forma de código binario.

Interpretación: Una vez que el CPU recibe estas instrucciones, comienza el proceso de interpretación para entender qué se debe hacer.

Ejecución: Luego de interpretar las instrucciones, el CPU procede a ejecutar las operaciones indicadas, ya sean cálculos matemáticos, lógicos o cualquier otra acción requerida por el programa.

Control de otro hardware: El CPU también tiene la función de comunicarse y controlar el funcionamiento de otros componentes del sistema, asegurando que todo funcione de manera coordinada y eficiente.

CICLO DE COMPUTO

Ciclo de vida de una computadora: Este ciclo describe las etapas por las que pasa una computadora desde su concepción hasta su desecho y reciclaje. Las fases incluyen la producción, empaque, transporte, planificación y compra, implementación, operación o uso, y finalmente, el reciclaje de componentes cuando la computadora se vuelve obsoleta.

Ciclo de instrucción en CPU: En el contexto de la programación y el funcionamiento interno de un CPU, el ciclo de computación se refiere al proceso que realiza el CPU para ejecutar instrucciones. Este ciclo incluye:

Fetch (Captura): El CPU recoge la instrucción de la memoria.

Decode (Decodificación): Interpreta la instrucción y prepara los recursos necesarios.

Execute (Ejecución): Realiza la operación indicada por la instrucción.

Store (Almacenamiento): Guarda el resultado de la operación en la memoria.

CARACTERÍSTICAS

Consumo energético: Se refiere a la cantidad de energía que consume el CPU al ejecutar acciones. Un mayor consumo puede indicar una mayor potencia, pero también una mayor generación de calor.

Frecuencia de reloj: Es la velocidad a la que el CPU puede ejecutar instrucciones. Se mide en gigahercios (GHz) y una frecuencia más alta generalmente significa un procesador más rápido.

Número de núcleos: Los núcleos son unidades de procesamiento individuales dentro del CPU. Cuantos más núcleos tenga, más tareas puede manejar simultáneamente, mejorando el rendimiento en aplicaciones multitarea.

Número de hilos: Relacionado con los núcleos, los hilos permiten que el CPU maneje múltiples tareas de manera más eficiente. Un mayor número de hilos puede mejorar el rendimiento en ciertos tipos de programas.

Memoria caché: Es una memoria de acceso rápido que el CPU utiliza para almacenar datos temporales. Una memoria caché más grande permite al CPU acceder rápidamente a los datos más utilizados, mejorando el rendimiento general.

Tipo de bus: El bus es el sistema que utiliza el CPU para comunicarse con otros componentes del sistema, como la memoria RAM y los dispositivos de almacenamiento. Un bus más rápido permite una mejor comunicación y, por lo tanto, un mejor rendimiento.

TIPOS DE PROCESADORES

 

 

Procesadores Intel:

 

Celeron: Son procesadores de nivel de entrada diseñados para tareas básicas de computación.

Pentium: También orientados a tareas básicas pero con un rendimiento ligeramente superior al Celeron.

Core i3: Procesadores de gama baja que ofrecen un buen equilibrio entre precio y rendimiento para tareas generales.

Core i5: De gama media, son adecuados para un uso más intensivo y multitarea.

Core i7: De gama alta, ofrecen un alto rendimiento para juegos y aplicaciones exigentes.

Xeon e Itanium: Orientados a servidores y estaciones de trabajo, ofrecen un rendimiento robusto para aplicaciones empresariales.

Procesadores AMD:

 

Athlon: Similar a los Celeron de Intel, son para usuarios con necesidades informáticas básicas.

APUs: Combinan un procesador con gráficos integrados para ofrecer un buen rendimiento en tareas gráficas sin necesidad de una tarjeta gráfica adicional.

FX: Dirigidos a entusiastas y jugadores que buscan un buen rendimiento a un precio razonable.

Ryzen: Competencia directa de la serie Intel Core, ofrecen un excelente rendimiento para juegos y aplicaciones profesionales.

ThreadRipper: De gama muy alta, diseñados para usuarios que requieren un rendimiento extremo para tareas como la edición de video y la renderización 3D.

 

11/03/24

MODELO VON NEWMAN

 

El Modelo de Von Neumann, también conocido como la arquitectura de Von Neumann o arquitectura Princeton, es un diseño teórico para computadoras que permite que un programa esté almacenado internamente. Este modelo sirve como base para casi todas las computadoras actuales.

La arquitectura de Von Neumann consiste en:

 

Una unidad central de procesamiento (CPU), que incluye una unidad aritmética lógica (ALU) y una unidad de control.

Memoria principal, que almacena tanto datos como instrucciones del programa.

Almacenamiento secundario.

Dispositivos de entrada/salida.

Este diseño asume que los cálculos extraen los datos de la memoria, los procesan y luego los envían de vuelta a la memoria. Utiliza la misma memoria y el mismo bus para almacenar tanto los datos como las instrucciones que ejecutan un programa, lo que puede llevar al conocido cuello de botella de Von Neumann.

 

La arquitectura fue descrita en 1945 por el matemático y físico John von Neumann y otros, en el primer borrador de un informe sobre el EDVAC. Representó un avance significativo sobre las computadoras de la época, que se programaban mediante el establecimiento de conmutadores y la inserción de cables de interconexión.

 

 

Investigación 1

Clasificación de las computadoras según su tamaño

Supercomputadoras: Son las más grandes y potentes, utilizadas para procesar grandes cantidades de información y realizar cálculos complejos en milisegundos. Se emplean en industrias y empresas de gran envergadura, como la NASA y en proyectos de investigación científica.

 

Macrocomputadoras o Mainframes: También son grandes y costosas, pero están al alcance de más usuarios que las supercomputadoras. Se usan como servidores inteligentes en empresas medianas, bancos e industrias. Requieren un ambiente controlado para mantener su temperatura adecuada.

 

 

Minicomputadoras: Son más pequeñas y menos costosas que las macrocomputadoras, y se utilizan en empresas con menor volumen de datos y procesamiento. Pueden ocupar solo un rincón de una habitación.

 

 

 

·        Microcomputadoras: Estas son las más comunes y accesibles, incluyendo las computadoras de escritorio, laptops, tablets y dispositivos móviles. Utilizan un microprocesador y son adecuadas para uso personal y en hogares.

 

 

Además de la clasificación por tamaño, las computadoras también se pueden clasificar según su procesamiento tecnológico y funcionalidad en:

 

Análogas: Utilizan dispositivos mecánicos o eléctricos para resolver problemas industriales.

 

Digitales: Basadas en sistemas binarios para procesar y almacenar datos.

 

 

 

Híbridas: Combinan características de las computadoras análogas y digitales.

 

Cuánticas: Utilizan principios de la mecánica cuántica para realizar cálculos a una velocidad y con una capacidad de procesamiento muy superiores a las computadoras tradicionales.

 

 

 

RAM

Concepto:

La RAM (Memoria de Acceso Aleatorio) es un componente esencial en todos los dispositivos informáticos, como ordenadores, móviles y tabletas. Es la memoria principal donde se almacenan temporalmente los datos de los programas que estás utilizando en ese momento.

 

Aquí tienes algunos puntos clave sobre la RAM:

 

Volatilidad: La información en la RAM se pierde cuando el dispositivo se apaga o reinicia.

Velocidad: Es mucho más rápida que otros tipos de almacenamiento como los discos duros o SSDs.

Acceso Aleatorio: Puede leer o escribir datos en cualquier orden, lo que permite un acceso rápido y eficiente.

Capacidad: Afecta directamente al rendimiento del dispositivo; cuanto más RAM, más aplicaciones o tareas puede manejar simultáneamente.

 

TIPOS DE RAM DDR

DDR (DDR1): Fue la primera generación, lanzada en el año 2000. Operaba a voltajes de 2.5V y 2.6V y tenía una densidad máxima de 128 MB por chip, con velocidades de 266 MT/s.

DDR2: Introducida alrededor de 2004, funcionaba a un voltaje más bajo de 1.8V. La densidad máxima se duplicó hasta los 256 MB por chip, y las velocidades alcanzaron hasta 533 MHz.

DDR3: Lanzada en 2007, esta generación implementó perfiles XMP para un rendimiento mejorado. Los módulos operaban a voltajes de 1.5V y 1.65V, con velocidades base de 1.066 MHz y densidades que llegaron hasta 8 GB por módulo.

DDR4: No llegó hasta 2014, pero se ha convertido en la más extendida. Redujo el voltaje a 1.05V y 1.2V, con velocidades que comenzaron en 2133 MHz. Actualmente, hay módulos de hasta 32 GB.

DDR5: La más reciente, lanzada a finales de 2021. Continúa la tendencia de reducir el consumo de energía y aumentar la velocidad y la capacidad de almacenamiento.

Cada generación de DDR ha mejorado en términos de velocidad de transferencia de datos y eficiencia energética. Es importante elegir la memoria RAM adecuada para tu sistema, teniendo en cuenta la compatibilidad con la placa base y el propósito del uso.

OTROS TIPOS DE RAM

 

SRAM (Static RAM): Es conocida por su velocidad y se utiliza principalmente en la caché del procesador. No necesita refrescarse constantemente, lo que la hace más rápida que otros tipos, pero también más costosa y con menor capacidad de almacenamiento.

DRAM (Dynamic RAM): Es el tipo más común de RAM en computadoras personales. A diferencia de la SRAM, necesita refrescarse miles de veces por segundo, lo que la hace más lenta pero también más económica y con mayor capacidad.

SDRAM (Synchronous Dynamic RAM): Es una evolución de la DRAM que opera sincronizada con el reloj del sistema, lo que permite una mayor velocidad de procesamiento. Dentro de esta categoría, existen varias generaciones, como DDR (Double Data Rate), DDR2, DDR3, DDR4, y la más reciente DDR5.

RDRAM (Rambus Dynamic RAM): Fue diseñada por Rambus y ofrece altas velocidades de transferencia de datos. Sin embargo, debido a su alto costo y problemas de patentes, no es tan común como las DDR.

VRAM (Video RAM): Especialmente diseñada para procesadores gráficos, la VRAM es utilizada para almacenar datos de imágenes y texturas en tarjetas gráficas.

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JERARQUIA DE LAS RAM

 

FUNCIONAMIENTO DE LA RAM

La RAM (Memoria de Acceso Aleatorio) es una parte crucial de cualquier sistema informático, actuando como un área de almacenamiento temporal para los datos que el procesador necesita acceder rápidamente. Aquí te explico cómo funciona:

 

Almacenamiento Temporal: La RAM almacena datos e instrucciones que están siendo utilizados activamente por el sistema operativo y las aplicaciones en ejecución. Esto permite un acceso rápido y eficiente a la información necesaria para las tareas en curso.

Volatilidad: A diferencia del almacenamiento permanente como los discos duros, la información en la RAM se pierde cuando el dispositivo se apaga o reinicia.

Acceso Aleatorio: Como su nombre indica, la RAM permite leer y escribir datos en cualquier posición de memoria sin seguir un orden secuencial. Esto es esencial para la velocidad y la eficiencia del procesamiento.

Buses de Comunicación: La RAM se comunica con el procesador a través de tres tipos de buses:

Bus de Datos: Transfiere los datos reales entre la RAM y la CPU.

Bus de Direcciones: Indica la ubicación de los datos en la memoria.

Bus de Control: Gestiona las señales de control entre la CPU y la RAM.

Funcionamiento en Dual Channel: Algunos sistemas permiten que dos módulos de RAM trabajen en paralelo, lo que puede duplicar la velocidad de transferencia de datos.

Ciclo de Instrucción: La RAM participa en el ciclo de instrucción de la CPU, donde las instrucciones se cargan desde la memoria, se decodifican, se ejecutan y los resultados se escriben de vuelta en la memoria.

En resumen, la RAM es esencial para la operatividad y el rendimiento de un sistema informático, ya que proporciona un espacio de trabajo rápido para la CPU. Cuanta más RAM tenga un sistema, más tareas podrá realizar simultáneamente y con mayor rapidez

 

INVESTIGACION

UNIDAD DE MEDIDAS

Bit (b): La unidad más básica de datos en informática. Un bit puede tener un valor de 0 o 1.

Byte (B): Equivale a 8 bits. Es la unidad estándar para medir el tamaño de los archivos.

Kilobyte (KB): Equivale a 1,024 bytes (o 2^10 bytes). A menudo se utiliza para medir el tamaño de los archivos de texto.

Megabyte (MB): Equivale a 1,024 kilobytes (o 2^20 bytes). Se usa comúnmente para medir el tamaño de archivos multimedia como fotos y música.

Gigabyte (GB): Equivale a 1,024 megabytes (o 2^30 bytes). Se utiliza para medir la capacidad de almacenamiento de dispositivos como memorias USB y discos duros.

Terabyte (TB): Equivale a 1,024 gigabytes (o 2^40 bytes). Se usa para medir la capacidad de almacenamiento de grandes sistemas y servidores.

Además de estas unidades de almacenamiento, también hay unidades para medir la velocidad de procesamiento y transferencia de datos:

 

Hertz (Hz): Mide la frecuencia, es decir, el número de ciclos por segundo. Se utiliza para medir la velocidad del procesador y la memoria RAM.

Megahertz (MHz): Equivale a un millón de hertzios. Se utiliza para medir la velocidad de los procesadores y las memorias.

Gigahertz (GHz): Equivale a mil millones de hertzios. También se utiliza para medir la velocidad de los procesadores y las memorias.

Bit por segundo (bps): Mide la velocidad de transferencia de datos. Se utiliza para medir la velocidad de internet y otras conexiones de red.

TARJETA MADRE

Concepto.

La tarjeta madre, también conocida como placa base o motherboard, es el componente central de una computadora que integra todos los demás componentes mediante un circuito impreso y un software básico conocido como BIOS. Aquí te explico sus funciones principales:

 

Comunicación y Control: La tarjeta madre permite la comunicación entre el procesador, la memoria RAM y otros dispositivos, controlando y monitoreando los datos que circulan entre ellos.

Gestión de Energía: Distribuye la energía eléctrica necesaria para el funcionamiento de todos los componentes conectados a ella.

Conexión Física: Provee los conectores y ranuras necesarios para instalar el CPU, la memoria RAM, tarjetas de expansión (como tarjetas de video o de red), y otros periféricos.

Sincronización: Coordina la temporización y el sincronismo de todas las operaciones que se realizan en el computador.

Los componentes principales de una tarjeta madre incluyen:

 

Conectores de alimentación: Proporcionan el voltaje e intensidad eléctrica necesarios.

Zócalo del CPU: Es la entrada que conecta el microprocesador con el resto de los componentes.

Slots de expansión: Ranuras para conectar tarjetas adicionales que controlan dispositivos periféricos.

Puertos IDE o ATA: Controlan los dispositivos de almacenamiento de datos, como los discos duros.

Existen varios tipos de tarjetas madre diseñadas para diferentes procesadores y necesidades, como ATX, Mini-ATX, micro ATX, entre otros.

 

 

 

FABRICANTES DE TARGETAS MADRES

Los fabricantes de tarjetas madre son empresas especializadas en el diseño y producción de estas placas esenciales para el ensamblaje de computadoras. Algunos de los fabricantes más destacados en el mercado actual son:

 

ASUS: Conocida por su alta calidad y durabilidad, ASUS es uno de los principales fabricantes de tarjetas madre, ofreciendo una amplia gama de productos para diferentes necesidades.

 

Gigabyte: Ofrece una variedad de placas base con características premium, siendo una opción popular entre los usuarios por su rendimiento y fiabilidad.

 

 

MSI: MSI es otro fabricante prominente que proporciona placas base para todo tipo de usuarios, desde entusiastas de juegos hasta profesionales.

 

ASRock: Reconocida por su innovación y calidad, ASRock tiene una sólida presencia en el mercado de tarjetas madre.

Biostar: Con más de 20 años en el mercado, Biostar se ha establecido como un fabricante confiable de tarjetas madre y hardware relacionado.

ECS: ECS es una marca que ofrece soluciones de placas base para diversos segmentos del mercado.

 

NZXT: Aunque más conocida por sus soluciones de enfriamiento y gabinetes, NZXT también produce tarjetas madre.

Intel: Aunque principalmente conocida por sus procesadores, Intel también produce tarjetas madre que suelen estar optimizadas para sus propios chips.

 

Estos fabricantes ofrecen una variedad de modelos que se adaptan a diferentes tipos de procesadores y necesidades, desde computadoras de alto rendimiento hasta soluciones más económicas para tareas diarias.

 

BUSES DEL COMPUTADOR

Los buses del computador son sistemas de comunicación que transfieren datos entre los distintos componentes de una computadora, como la CPU, la memoria RAM, y los dispositivos de entrada/salida. Aquí te explico los tipos más comunes de buses y su funcionamiento:

 

Bus de Datos: Transporta los datos entre la CPU, la memoria y otros dispositivos. Su ancho determina la cantidad de datos que se pueden transferir simultáneamente.

Bus de Direcciones: Es utilizado por la CPU para seleccionar la ubicación de memoria donde se leerá o escribirá un dato. El número de líneas en el bus de direcciones determina la capacidad máxima de memoria que el sistema puede manejar.

Bus de Control: Lleva las señales de control entre la CPU y otros componentes, como señales de lectura/escritura y de interrupción.

Los buses pueden ser paralelos o seriales:

 

Paralelos: Transfieren varios bits de datos simultáneamente, lo que en teoría permite mayores velocidades de transferencia. Sin embargo, pueden sufrir de interferencias y limitaciones en la longitud de los cables.

Seriales: Transfieren datos bit a bit, lo que simplifica el diseño y permite cables más largos. Los buses seriales modernos pueden incluir múltiples canales para aumentar la velocidad de transferencia.

Además, los buses pueden ser asíncronos o síncronos:

 

Asíncronos: No dependen de un reloj de sistema para la transferencia de datos, lo que los hace flexibles pero potencialmente menos predecibles en cuanto a rendimiento.

Síncronos: Operan en sincronía con un reloj de sistema, lo que permite una transferencia de datos más rápida y eficiente.

Los buses son fundamentales para el funcionamiento de cualquier sistema informático, ya que permiten la integración y comunicación entre todos los componentes.