Hardware: Componentes y Funcionamiento Esencial

El hardware es el soporte físico de un sistema informático, es decir, todo lo tangible. Se puede estructurar en varias partes fundamentales según sus funciones principales:

1. Unidad Central de Proceso (CPU)

La CPU es el cerebro del sistema. Su misión principal consiste en controlar y realizar todas las operaciones. Para ello, extrae una a una las instrucciones del programa almacenado en la memoria central, las analiza y emite las órdenes necesarias para su ejecución.

1.1. Unidad de Control (UC)

Desde la Unidad de Control se gobiernan y sincronizan todas las operaciones del sistema. Para realizar sus funciones, consta de los siguientes elementos:

• Contador de Programa (PC): Contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
• Registro de Instrucción (RI): Lugar donde se almacenan las instrucciones antes de ser procesadas por el decodificador.
• Decodificador: Interpreta el significado de la instrucción contenida en el Registro de Instrucción.
• Reloj: Proporciona impulsos electrónicos que marcan los instantes en que deben comenzar los pasos de cada instrucción, sincronizando todas las operaciones.
• Secuenciador: Genera las órdenes de control que, sincronizadas por los impulsos del reloj, permiten la ejecución paso a paso de la instrucción que se encuentra en el Registro de Instrucción.

1.2. Unidad Aritmético-Lógica (ALU)

La Unidad Aritmético-Lógica es la encargada de realizar las operaciones de tipo aritmético (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones) y lógico (comparaciones, operaciones booleanas). Su función requiere de los siguientes elementos:

• Circuito Operacional: Contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con los datos procedentes de los registros de entrada.
• Registros de Entrada: Almacenan temporalmente los datos que intervienen en una instrucción antes de la realización de la operación por parte del circuito operacional.
• Registro Acumulador: Almacena los resultados de las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional.
• Registro de Estado: Deja constancia de algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que deberían ser tenidas en cuenta en operaciones posteriores (por ejemplo, si el resultado fue cero, si hubo desbordamiento, etc.).

2. Memoria Central

La memoria central es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para poder realizar un determinado proceso. Está constituida por celdas o posiciones de memoria numeradas de forma consecutiva.

2.1. Componentes de la Memoria Central

Para realizar sus funciones, la memoria central consta de:

• Registro de Dirección de Memoria (RDM): Antes de la realización de una operación de lectura o escritura, se coloca en este registro la dirección de la celda que se va a utilizar, ya sea para grabar en ella o para extraer el dato correspondiente.
• Registro de Intercambio de Memoria (RIM):
  • Si se trata de una operación de lectura de memoria, recibe el dato de la memoria señalada por el Registro de Dirección de Memoria para su envío, por medio del bus del sistema, a la unidad que lo requiere.
  • Si se trata de una operación de escritura en memoria, la información que hay que grabar es depositada, por medio del bus, en el Registro de Intercambio de Memoria para ser almacenada en la dirección indicada.
• Selector de Memoria: Se activa cada vez que se produce una orden de lectura o escritura, conectando la celda de memoria correspondiente y posibilitando la transferencia de los datos.

2.2. Estructura de la Memoria Principal

La memoria principal está compuesta por diferentes áreas funcionales:

• Área Residente: Guarda una parte del sistema operativo que está permanentemente controlando los periféricos.
• Área de Trabajo: Lugar donde transitoriamente se trasladan algunos programas para realizar una actividad específica y luego son devueltos.
• Área del Usuario: Se cargan los programas del usuario que se van a ejecutar, actualizar o modificar.
• Área de Entrada/Salida (Buffer): Actúa como una puerta o pasillo por donde fluyen los datos desde y hacia la memoria principal.

La velocidad de la memoria se mide comúnmente en megabytes (MB) o gigabytes (GB).

2.3. Tipos de Memorias de Acceso Directo

La memoria principal está constituida por dos clases principales de memorias de acceso directo:

• ROM (Read Only Memory): Memoria de Solo Lectura.
  • Se instala en el momento de la producción del dispositivo.
  • Su contenido se guarda de forma permanente y no se puede modificar por el usuario.
  • Se activa al encender la máquina y su contenido no se borra al apagarla, ya que está programada de fábrica.
  • Se le agregan programas que pasan a ser fijos y que se denominan firmware.
• RAM (Random Access Memory): Memoria de Acceso Aleatorio.
  • Permite almacenar datos, resultados y programas de forma temporal.
  • Su contenido se borra al apagar la máquina o al producirse una regrabación de datos.
  • Se divide en:
    • Memoria Base: Donde el usuario trabaja habitualmente.
    • Memoria Extendida: Desde donde termina la memoria base hacia arriba; los programas organizadores son los que gestionan la información en esta área.
    • Memoria Expandida: Memoria física que se puede agregar al sistema para aumentar su capacidad.
• Memoria Caché: Su función es tener guardados los datos de uso frecuente para acelerar el acceso a ellos por parte de la CPU.

3. El Bus del Sistema

El bus del sistema es un conjunto de líneas de comunicación que permiten la transferencia de información entre los diferentes componentes del hardware. Se compone de:

• Línea o Bus de Datos: Por ella circulan los datos entre la memoria principal y el microprocesador, así como entre otros componentes.
• Línea de Control: Mediante estas líneas se transmiten las órdenes procedentes de la unidad de control a otras unidades, coordinando las operaciones.
• Línea de Dirección: Contiene la dirección del destino al que van dirigidos los datos que se están transmitiendo por las líneas de datos, o la dirección de la memoria a la que se quiere acceder.

4. Periféricos (Unidades de Entrada/Salida)

Los periféricos son dispositivos que permiten la comunicación entre el usuario y la computadora, así como el almacenamiento externo de datos.

4.1. Controlador de Periféricos

La función del controlador de periféricos es gestionar la interacción entre la CPU y los dispositivos de entrada/salida. Sus tareas incluyen:

• Encender o apagar los periféricos.
• Traducir datos de binario a decimal y viceversa.
• Bloquear registros que se graban y desbloquear registros que ingresan.
• Organizar la información que entra o sale del periférico.

4.2. Canal

El canal es un componente especializado que transporta los datos desde y hacia los periféricos, controlándolos de manera eficiente. Es, en esencia, una microcomputadora de propósito específico dedicada a la gestión de E/S. Existen dos tipos principales:

• Canal por Byte: Permite un mejor aprovechamiento del tiempo del canal al transmitir datos byte a byte. Se utiliza para periféricos lentos (como impresoras, teclados, etc.) y transmite carácter a carácter.
• Canal por Bloque: La transmisión es de varios registros juntos (en bloques). Se utiliza para periféricos rápidos (como discos duros, unidades de estado sólido, etc.) y transmite registros completos.

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