Estructura del ordenador
Antes de entrar en la definición y explicación de los diversos elementos que forman parte de la estructura de un ordenador, cabe aclarar algunos conceptos relacionados con la propia definición de lo que es un ordenador. Existe gran variedad de máquinas de este tipo que se diferencian, a grandes rasgos, de acuerdo al costo, tamaño y velocidad con la que trabajan.
En la actualidad se distingue a grosso modo, y en cuanto a los criterios ya mencionados, entre miniordenadores, microordenadores y macroordenadores.
Los primeros son máquinas de bajo costo (que además tienen un tamaño bastante reducido) y prestaciones más bien modestas. El término microordenador engloba, desde inicios de la década de los 70, aquellas máquinas de pequeño tamaño y bajo precio compuestas esencialmente por una serie y de paquetes de circuitos de integración a muy alta escala (VLSI).
Por su parte, los ordenadores grandes o macroordenadores se diferencian enormemente de los mini y microordenadores tanto en tocante a su costo de adquisición, espacio que requieren y poder de procesamiento así como ala complicación y complejidad de su propio diseño. Sin embargo, sus elementos constituyentes son, en líneas generales, comunes, motivo por el cual no distinguiremos aquí entre unos y otros salvo para hacer mención de algunas de sus características particulares.
La estructura más simplificada de un ordenador a que podemos referirnos es la formada por las unidades de entrada, memoria (aritmética y lógica), salida y control. Todas ellas están interconectadas (de formas que dependen del tipo de máquina).
La unidad de entrada es la que acepta la información (codificada) que introduce un operador humano o que llega a través de dispositivos electromagnéticos o bien procedente de otros ordenadores conectados a el a través de una red cualquiera. El tipo más sencillo de unidad de entrada es el constituido por el teclado de una pantalla (o tubo de rayos catódicos), conectado electrónicamente a la unidad de procesamiento del ordenador.
Asimismo, entre los dispositivos de entrada hay los joystick (palanca gracias a la cual se mueve un cursor de modo no lineal por la pantalla, muy útil tanto en las aplicaciones gráficas como en los video juegos), los lápices de lectura de códigos tales como el código de barras, o los dispositivos como el ratón, que en ciertos sistemas facilitan la introducción de los comandos, etc. Una vez introducida la información, un programa residente en la memoria determina los pasos del procesamiento posterior a seguir y así la información, o es almacenada en la memoria (para poder consultarla con posterioridad) o pasa a la unidad aritmético-lógica en la que se llevan a cabo las operaciones requeridas. La unidad de memoria tiene encomendada como única misión el almacenamiento de datos y programas. A este respecto podemos distinguir entre dos tipos de equipos, los que se ocupan del almacenamiento primario y los que se encargan del almacenamiento secundario.
El equipo que se encarga del almacenamiento primario (memoria principal) esta formado por una memoria rápida (dotada de una velocidad de operación muy alta) en la cual se almacenan los datos y los programas durante su ejecución. En dicha memoria la información no se asigna directamente a un bit concreto; por el contrario, el procesamiento se lleva a cabo en grupos de longitud fija llamados palabras, de tal forma que las palabras que contienen un cierto número n de bits (llamado longitud de la palabra) pueden tanto almacenarse como recuperarse mediante una operación básica. Para facilitar este proceso a cada palabra se le asocia un nombre que se designa como dirección y que determina su localización en la unidad de memoria. Por lo general, en los ordenadores la información se manipula por múltiplos o submúltiplos de palabras. En los microordenadores estas palabras tienen longitudes comprendidas entre los 8 y los 32 bits mientras que en el caso de los macroordenadores las longitudes de las palabras son de 32 O más bits,
Finalmente mencionaremos las memorias de acceso aleatorio (que se indican por regla general mediante sus siglas inglesas: RAM [Random-Access-Memorie] y en las que cualquier localización puede alcanzarse mediante la especificación de la dirección correspondiente en un tiempo (llamado tiempo de acceso) cuyo valor está entre los 100 y 500 nanosegundos, similar para la mayoría de los ordenadores modernos).
En cuanto al segundo tipo de almacenamiento, el almacenamiento secundario, se verifica cuando se precisa almacenar gran cantidad de información pero a la que no hay que acceder con tanta frecuencia. Su ventaja frente al almacenamiento primario reside en su menor costo. Son ejemplos de este tipo de almacenamiento los discos, los tambores, las unidades de cinta magnética, etc. La unidad aritmético-lógica es la que se encarga de realizar la mayor parte de las operaciones que se realizan en el interior del ordenador. Con frecuencia las unidades de control y aritmético-lógica trabajan a velocidades mucho mayores que las de los dispositivos conectados al sistema informático. Este hecho posibilita el que un solo procesador sea capaz de controlar de un modo simultáneo varios dispositivos externos.
La unidad de control es la que se encarga de la coordinación organizada de las unidades destinadas a almacenar y procesar la información así como dela salida de ésta al exterior. Los circuitos de control son los que en realidad generan las señales de tiempo necesarias para dirigir el funcionamiento de dichas unidades y de los diversos periféricos empleados. Finalmente, una vez generados los resultados del procesamiento de la información, éstos salen al exterior a través de la llamada unidad de salida.
Por regla general, el conjunto formado por la unidad aritmético-lógica y los circuitos de control recibe el nombre de Unidad Central de Procesamiento (y se expresa mediante las siglas correspondientes en inglés CPU [Central Processing Unit] o simplemente mediante el término genérico de procesador).
Por su parte, las unidades de entrada y salida reciben con frecuencia la designación global de unidad de entrada/Salida (unidad E/S) si bien cabe indicar que el ordenador las considera dos unidades completamente diferentes que residen en un mismo terminal.
En cuanto a la localización de cada uno de los elementos mencionados en el caso de los mini y microordenadores todos ellos se encuentran reunidos en una máquina formada por varios componentes pero que permite, dado lo reducido de sus dimensiones, tanto trasladarla de un lugar a otro como instalarla completa sobre una superficie reducida, por ejemplo una mesa.
Por el contrario, en el caso de los macroordenadores, los diversos elementos que los componen requieren para su instalación gran cantidad de espacio y pueden, por lo tanto, encontrarse distribuidos en una sala de grandes dimensiones y separados, e incluso estar repartidos por los diferentes pisos de un mismo edificio, etc.
