Computación: Buses y CPU

Buses

• Un bus es un conjunto de líneas eléctricas que permiten la transmisión de datos en paralelo.
• El ancho del bus determina el número de bits que se pueden transmitir simultáneamente.
• La frecuencia del bus se mide en hercios (Hz) y representa el número de transferencias de información por segundo.
• El ancho de banda de un bus es la cantidad de información (bits) que puede transmitir por unidad de tiempo.
• La fórmula del ancho de banda es: ancho de banda del bus (bps) = frecuencia del bus (Hz) x ancho del bus (bits).

CPU: Unidad Central de Proceso

• La CPU es el cerebro del ordenador, responsable de ejecutar las instrucciones de los programas.
• La CPU tiene registros internos que almacenan datos temporales durante la ejecución de instrucciones.
• Los registros de la CPU suelen tener un tamaño de pocos bits, siempre potencia de 2 (8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits…).
• El tamaño de cada registro se denomina palabra.

Procesadores de 32 bits vs. procesadores de 64 bits

• Los procesadores de 32 bits utilizan palabras de 32 bits, mientras que los procesadores de 64 bits trabajan con palabras de 64 bits.
• Los procesadores de 64 bits permiten acceder a una cantidad mayor de memoria y manejar datos más grandes.

Registros de control y de estado (Von Neumann)

• Contador de programa (CP): Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Se actualiza tras cada instrucción.
• Registro de instrucción (RI): Almacena la instrucción que se está ejecutando actualmente.
• Registro de dirección de memoria (RDM): Contiene la dirección de memoria a la que la CPU quiere acceder para leer o escribir.
• Registro de intercambio de memoria (RIM): Almacena los datos o instrucciones que se van a leer o escribir en la memoria.
• RA y RB (registros A y B): Almacenan los operandos de entrada de la ALU.
• Acumulador (AC): Almacena los resultados de las operaciones de la ALU.

Ejecución de una instrucción

• Un programa es un conjunto de instrucciones ordenadas que resuelven un problema.
• La ejecución de un programa se basa en el ciclo de instrucción, que consta de dos fases:
  • Fase de búsqueda: Se busca y se lee la instrucción desde la memoria.
  • Fase de ejecución: Se decodifica la instrucción y se ejecutan las operaciones necesarias.

Proceso de lectura

• Para leer una posición de memoria:
  • La UC coloca la dirección de memoria a leer en el RDM.
  • La UC envía una señal de lectura a la memoria.
  • La memoria busca el dato y lo coloca en el bus de datos.
  • El dato se almacena en el RIM.
  • La memoria informa a la UC que ha puesto el dato en el bus de datos.

Proceso de escritura

• Para escribir en una posición de memoria:
  • La UC coloca la dirección de memoria a escribir en el RDM.
  • La UC coloca el dato a escribir en el RIM.
  • La UC envía una señal de escritura a la memoria.
  • La memoria almacena el dato en la dirección indicada.
  • La memoria informa a la UC que ha completado la escritura.

Jerarquía de memoria

• La memoria en un ordenador se organiza en varios niveles en función de su velocidad y capacidad.
• La jerarquía de memoria optimiza el uso de la memoria, ya que la información se coloca en niveles de acuerdo a su frecuencia de uso.
• Existe una relación entre la velocidad, la capacidad y el coste de la memoria: a mayor velocidad, mayor coste y menor capacidad.

Jerarquía de memoria: niveles

• Disco duro / SSD: Memoria permanente de gran capacidad que intercambia datos con la RAM.
• RAM: Memoria volátil que almacena instrucciones y datos de manera temporal.
• Caché: Memoria volátil que almacena datos para su acceso rápido.
• Registros: Celdas de memoria volátil de muy alta velocidad que almacenan datos temporales.

Memoria auxiliar (externa)

• Se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraíbles o en red.
• Ejemplos: memorias USB, tarjetas SD, cintas de copia de seguridad, CD/DVD/Blu-ray, almacenamiento en red, discos externos.

Memoria secundaria

• También llamada memoria de almacenamiento.
• Se utiliza para almacenar permanentemente información, por lo que es de alta capacidad.
• Ejemplos: discos duros internos, unidades de estado sólido SSD.

Memoria principal (RAM)

• Memoria primaria (MP), memoria principal, memoria central, memoria interna o también memoria RAM.
• Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.
• Al dejar de recibir corriente eléctrica, se pierde su contenido.

Codificación de la información

• Los ordenadores representan la información mediante dos símbolos (0 y 1), correspondientes a estados eléctricos (niveles de voltaje).
• La correspondencia entre la información a procesar y los símbolos 0 y 1 se denomina codificación de la información.

Medidas de información

• El bit (b) es la unidad mínima de información, representado por 0 o 1.
• El byte (B) es un conjunto de 8 bits.

Este cuestionario examina conceptos clave relacionados con los buses y la unidad central de procesamiento (CPU) en la computación. Aprenderás sobre la transmisión de datos, el ancho de banda y el funcionamiento de la CPU. Ideal para estudiantes de informática que deseen repasar estos temas fundamentales.