Arquitectura de computadoras
Se define como el funcionamiento, estructura y diseño de computadores.
Dentro de este término se engloban aspectos como formato de instrucción, modo de direccionamiento o conjunto de instrucciones.
Organización de la computadora
Unidad de entrada. Esta es la sección "de recepción" de la computadora. Obtiene información (datos y programas de computadora) a partir de varios dispositivos de entrada y pone esta información a la disposición de las otras unidades, de tal forma que la información pueda ser procesada. La mayor parte de la información se introduce en las computadoras hoy día a través de teclados de tipo maquina de escribir.
Unidad de salida. Esta es la sección "de embarques" de la computadora. Toma la información que ha sido procesada por la computadora y la coloca en varios dispositivos de salida para dejar la información disponible para su uso fuera de la computadora. La mayor parte de la información sale de las computadoras hoy día mediante despliegue en pantallas o mediante impresión en papel.
Unidad de memoria. Esta es la sección de "almacén" de rápido acceso y de capacidad relativamente baja de la computadora. Retiene información que ha sido introducida a través de la unidad de entrada, de tal forma que esta información pueda estar de inmediato disponible para su proceso cuando sea necesario. La unidad de memoria también retiene información ya procesada, hasta que dicha información pueda ser colocada por la unidad de salida en dispositivos de salida. La unidad de memoria se conoce a menudo como memoria o memoria primaria.
Unidad aritmética y lógica (ALU). Esta es la sección de "fabricación" de la computadora. Es responsable de la ejecución de cálculos como es suma, resta, multiplicación y división. Contiene los mecanismos de decisión que permiten que la computadora, por ejemplo, compare dos elementos existentes de la unidad de memoria para determinar si son o no iguales.
Unidad de procesamiento central (CPU). Esta es la sección "administrativa" de la computadora. Es el coordinador de la computadora que es responsable de la supervisión de la operación de las demás secciones. El CPU le indica a la unidad de entrada cuando debe leerse la información y colocarse en la unidad de memoria, le indica al ALU cuándo deberá utilizar información de la unidad de memoria en cálculos, y le indica a la unidad de salida cuándo enviar información de la unidad de memoria a ciertos dispositivos de salida.
Unidad de almacenamiento secundario. Esta es la sección de "almacén" a largo plazo de alta capacidad de la computadora. Los programas o los datos que no se estén utilizando de forma activa por otras unidades, están por lo regular colocados en dispositivos de almacenamiento secundario (como discos) en tanto se necesiten otra vez, es posible que sean horas, días, meses o inclusive años después.
Memoria caché
La memoria caché es una clase de memoria RAM estática (SRAM) de acceso aleatorio y alta velocidad, situada entre el CPU y la RAM; se presenta de forma temporal y automática para el usuario, que proporciona acceso rápido a los datos de uso más frecuente.
La ubicación de la caché entre el microprocesador y la RAM, hace que sea suficientemente rápida para almacenar y transmitir los datos que el microprocesador necesita recibir casi instantáneamente.
La memoria caché es rápida, unas 5 ó 6 veces más que la DRAM (RAM dinámica), por eso su capacidad es mucho menor. Por eso su precio es elevado, hasta 10 ó 20 veces más que la memoria principal dinámica para la misma cantidad de memoria.
La utilización de la memoria caché se describe a continuación:
Acelerar el procesamiento de las instrucciones de memoria en la CPU.
Los ordenadores tienden a utilizar las mismas instrucciones y (en menor medida), los mismos datos repetidamente, por ello la caché contiene las instrucciones más usadas.
Por lo tanto, a mayor instrucciones y datos la CPU pueda obtener directamente de la memoria caché, tanto más rápido será el funcionamiento del ordenador.
Funcionamiento de la memoria caché
La memoria caché se carga desde la RAM con los datos y/o instrucciones que ha buscado la CPU en las últimas operaciones. La CPU siempre busca primero la información en la caché, lo normal es que va encontrar ahí la mayoría de las veces, con lo que el acceso será muy rápido. Pero si no encuentra la información en la caché, se pierde un tiempo extra en acudir a la RAM y copiar dicha información en la caché para su disponibilidad.
Como estos fallos ocurren con una frecuencia relativamente baja, el rendimiento mejora considerablemente, ya que la CPU accede más veces a la caché que a la RAM. En el siguiente diagrama se describe un proceso cuando la CPU requiere operación de lectura de una instrucción, para ello se presentan dos casos:
A parte de la caché con respecto a la memoria RAM, en un PC existen muchos otros sistemas de caché, como:
Memoria RAM como caché: Las unidades de almacenamiento (discos duros, discos flexibles, etc.) y otros muchos periféricos utilizan la memoria RAM como sistema de caché, una zona de la RAM contiene la información que se ha buscado últimamente en dichos dispositivos, de forma que basta con acceder a la RAM para recuperarla.
Disco duro como caché: Se emplea al disco duro como caché a dispositivos aún más lentos (unidades CD-ROM). Estos sistemas de caché suelen estar gobernados mediante software, que se suele integrar en el sistema operativo. La caché de disco almacena direcciones concretas de sectores, almacena una copia del directorio y en algunos casos almacena porciones o extensiones del programa o programas en ejecución.
Los navegadores Web utilizan el disco duro como caché, al solicitar una página Web, el navegador acude a Internet y comprueba la fecha de la misma. Si la página no ha sido modificada, se toma directamente del disco duro, con lo que la carga es muy rápida. En caso contrario se descarga desde Internet y se actualiza la caché, con un cierto tiempo de espera. En el caso de los navegadores Web, el uso del disco duro es más que suficiente, ya que es extremadamente más rápido que el acceso a Internet.
