Figura 1.4. Elementos que integran a la Tecnología de Información.

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1 1.5. Organización, estructura y arquitectura de computadoras La Gráfica siguiente muestra la descomposición de la tecnología de información en los elementos que la conforman: Figura 1.4. Elementos que integran a la Tecnología de Información. Los componentes de la Tecnología de Información son una colección de elementos que constantemente sufren cambios, así como una amplia y significativa aplicación en los sectores que los emplean. Esta colección se constituye de: 1 1. Hardware. Unidad Central de Procesamiento y equipos periféricos (discos, cintas, modem, cables). En una operación, una computadora emplea tanto el hardware como el software para su funcionamiento. El uno no sirve sin el otro. El diseño del hardware especifica los comandos que pueden seguir y las instrucciones que le dicen qué hacer. 2. Software. Instrucciones que emplea el CPU para realizar ciertas tareas o procedimientos, también se le conoce como programa o programa de software. Las dos categorías principales son software de sistemas y software de aplicaciones. 3. Redes de Trabajo (Networks). Diseño de un sistema de comunicaciones, que incluye el hardware, el software, los métodos de acceso y los protocolos empleados. En 1 Scott Morton, Michael S.: The Corporation of the 1990s: IT Organizational Transformation, Sloan School of Management, MIT, Oxford University Press, Cambridge, USA, 1991, p.34

2 comunicaciones, son los canales de transmisión que permiten interconectar equipos de cómputo entre sí (hardware), requieren de un programa que les permita configurar y establecer las direcciones o rutinas para transferir adecuadamente los datos (software). También se define el método de control, ya que existen equipos que pueden ser monitoreados por otras computadoras a través de la red. Permiten una flexibilidad de conexión a redes externas. 4. Estaciones de Trabajo (Workstations). Minicomputadoras de alto rendimiento para un sólo usuario, estos equipos cuentan con ambientes gráficos en los que se puede aplicar CAD. También se emplean para compartir bases de datos en una red. 5. Robótica. Sistemas computacionales híbridos independientes que realizan actividades físicas y de cálculo. Los robots son dispositivos de múltiple movimiento con uno o más brazos y articulaciones capaces de realizar una diversidad de tareas similares al ser humano. Actualmente se aplican en la manufactura de productos, talleres mecánicos, industria automotriz, reactores nucleares, entre otras. 6. Chips de Alta Capacidad. Son usados en productos para incrementar su funcionalidad y exactitud. Se componen de varios millones de componentes electrónicos, basados en transistores, o resistencias. El material con el que se crean es silicio y es el principal componente de la tecnología de información, cuenta con una evolución multiplicadora en sus innovaciones.

3 Arquitectura de computadoras 2 Es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo. La arquitectura de computadoras consiste en aquellos atributos visibles al programador, el conjunto de instrucciones, el número de bits usados para representar datos, mecanismos de E/S, técnicas de direccionamiento de memoria. Otro enfoque de arquitectura de computadoras se resume en la siguiente ecuación: Arquitectura de computadoras = Conjunto de instrucciones + organización + implementación. O lo que es lo mismo, la arquitectura es el conjunto de instrucciones más la forma en que está organizada la maquina mas la implementación. La arquitectura del conjunto de instrucciones son aquellas visibles al programador y al mismo tiempo la frontera (o nivel medio) entre el software y hardware. Por ejemplo, lo que conocemos como Intel. La organización de la máquina se refiere a las unidades funcionales y sus interconexiones, que dan lugar a especificaciones arquitectónicas, incluyen los aspectos de alto nivel del diseño de una computadora, detalles de Hardware transparentes al programador como son diseño del CPU, señales de control, tecnologías de memoria, estructuras del bus, interfases entre computadora y periféricos. 2 Wikipedia, Agosto, 2007.

4 Conjunto de instrucciones de la Arquitectura Un conjunto de instrucciones, o repertorio de instrucciones, o ISA (del inglés Instruction Set Architecture, Arquitectura del Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que el CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de un CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones Organización de computadoras La organización de las computadoras se refiere a los elementos básicos que componen una computadora (software y hardware). Muchos fabricantes de computadores ofrecen una familia de modelos, todos con la misma arquitectura, pero con diferencias en cuanto a su organización, consecuentemente con esto, cada uno de los modelos presentan diferentes precios y servicios prestaciones. Más aún, una arquitectura puede sobrevivir muchos años pero la organización cambia con el advenimiento de las nuevas tecnologías Estructura del procesador La estructura es la forma como se relacionan los componentes del procesador unos con otros, éstos son sumadores, multiplexores y registros que soportan una determinada arquitectura. En la estructura se especifican combinaciones y elementos de memoria, el flujo de datos entre los componentes y las señales de control del funcionamiento de los mismos. El procesador es un mecanismo de hardware expresado en la Unidad Central de Procesamiento (CPU) es el cerebro de una computadora. Su función es ejecutar programas almacenados en la memoria central tomando sus instrucciones, examinándolos y luego ejecutándolos uno tras otro. El chip más importante de cualquier placa madre 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

5 realmente el elemento central del desarrollo del procesamiento de datos. Los procesadores se describen en términos de su tamaño de palabra, su velocidad y la capacidad de su RAM asociada. Tamaño de la palabra: Es el número de bits que se maneja como una unidad en un sistema de computación en particular. La velocidad del procesador se mide en diferentes unidades según el tipo de computador: MHz (Megahertz): para microcomputadoras. El oscilador de cristal controla la ejecución de instrucciones dentro del procesador; su velocidad en una microcomputadora se mide por su frecuencia de oscilación o por el número de ciclos de reloj por segundo. El tiempo transcurrido para un ciclo de reloj es 1/frecuencia MIPS (millones de instrucciones por segundo): para estaciones de trabajo, minis, macrocomputadoras, y supercomputadoras. Por ejemplo, una computadora de 100 MIPS puede ejecutar 100 millones de instrucciones por segundo. FLOPS (Floating Point Operations Per Second, operaciones de punto flotante por segundo): Para las supercomputadoras. Las operaciones de punto flotante incluyen cifras muy pequeñas o muy altas. Hay supercomputadoras para las cuales se puede hablar de GFLOPS (Gigaflops, es decir 1,000 millones de FLOPS). La capacidad de la memoria RAM se mide en base al número de bytes que se pueden almacenar en ella, habitualmente se mide en MB y GB Estructura básica del procesador El procesador, se manufactura en la tarjeta madre, y controla todos los dispositivos en una Unidad Central de Procesamiento (CPU 3 ) es uno de los elementos más complejos e importantes que forma parte de una computadora; sus funciones asignadas son vastas, resumiendo en: Interpretar y llevar a cabo la ejecución de las órdenes o instrucciones de los programas. Realiza todas las operaciones aritméticas y lógicas necesarias para la manipulación de los datos. Controla el correcto funcionamiento del resto de elementos que forman parte de un ordenador. Una CPU es una colección 3 Acrónimo de la expresión inglesa: Central Process Unit

6 compleja de circuitos electrónicos. Cuando se incorporan todos estos circuitos en un chip de silicio se le denomina microprocesador. La unidad central de procesamiento CPU es el procesador central de una computadora y se compone de varias partes. La unidad de control se encarga de traer las instrucciones de la memoria principal y de determinar su tipo. La unidad aritmética y lógica realiza operaciones como la suma o la función booleana AND, necesarias para llevar a cabo las instrucciones. Podemos citar que su funcionamiento se ejecuta mediante compuertas lógicas and, or, y not (del inglés y, o, y no, respectivamente). Todas las computadoras están basadas y creadas por estas tres compuertas, a las cuales también se les llama circuitos digitales Formatos de instrucción 4 La representación de la instrucción en las computadoras se denomina "Formato de instrucción "Sabemos que los programas están formados por instrucciones y la parte esencial de éstas es el código de operación que señala la instrucción a ejecutar; el resto se refiere a los operandos. Muchas instrucciones contienen además los datos que usan o especifican donde se localiza dicho dato. Todo lo relativo a la especificación de dónde está el dato se llama "direccionamiento". 4 Alipso, Agosto, 2007.

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