Arquitectura de ordenadores. Elementos funcionales y subsistemas.

ÍNDICE Generaciones de Ordenadores Arquitectura

Generaciones de Ordenadores Desde que en la década de 1950 se empezaron a utilizar los ordenadores con fines comerciales, han ido evolucionado hasta llegar a los potentes, rápidos y fiables ordenadores actuales. La causa de su vertiginosa evolución son los continuos avances y descubrimientos ocurridos durante estos años en el campo de la electrónica. Así pues, los ordenadores pueden clasificarse de acuerdo con estos avances de la electrónica, estableciendo diferencias entre las denominadas generaciones de ordenadores. Cada nueva generación se caracteriza por una mayor velocidad, mayor capacidad de memoria, menor consumo y menor tamaño que la generación anterior. Podemos hablar de las siguientes generaciones:

Generaciones de Ordenadores 1ª Generación, 1946-1955 Generaciones de Ordenadores Ordenadores basados en válvulas electrónicas de vacío. Tenían un tamaño muy grande y su mantenimiento resultaba muy complicado. Se destinaban a aplicaciones para el campo científico y militar. Utilizaban como lenguaje de programación el lenguaje máquina, y los programas, largos a veces, tardaban días en ejecutarse. Empleaban la tarjeta perforada para almacenar la información

Generaciones de Ordenadores 2ª Generación, 1955-1964 Generaciones de Ordenadores Se sustituye la válvula de vacío por el transistor . Los transistores estaban compuestos de silicio, con una base de algunas décimas de milímetro y una altura de alrededor de 150 micras. Esta innovación supuso una reducción considerable del tamaño de los ordenadores, que además ganaron en potencia, rapidez y fiabilidad. Comenzaron a utilizarse lenguajes de alto nivel: Cobol, Algol y Fortran. También se utilizaban memorias de núcleos de ferrita, cintas y tambores magnéticos para almacenar la información.

Generaciones de Ordenadores 3ª Generación, 1964-1974 Generaciones de Ordenadores Ordenadores basados en circuitos integrados que revolucionaron el mundo de la informática. El primer circuito integrado apareció en 1958, y su divulgación comercial empezó en 1961. Los circuitos integrados se basan en el encapsulamiento de gran cantidad de componentes elementales (resistencias, transistores, diodos y condensadores) interconectados entre sí. Esto supuso la minimización de los ordenadores, así como el aumento notable de la velocidad. En esta época evolucionó el software de forma considerable, sobre todo en los sistemas operativos, en los que se incluyó la multiprogramación y el tiempo real. También evolucionaron apreciablemente las unidades de almacenamiento y aparecieron los discos magnéticos. Comenzaron a utilizarse memorias de semiconductores.

Generaciones de Ordenadores 4ª Generación, desde 1983 Generaciones de Ordenadores En 1983, Japón lanzó el llamado Programa de Io Quinta Generación de Computadoras, con los objetivos explícitos de producir máquinas capaces de comunicarse en un lenguaje más cotidiano y no a través de códigos o lenguajes de control especializados. En Estados Unidos ya estaban desarrollando un programa que perseguía objetivos semejantes: Procesamiento en paralelo mediante arquitecturas y diseños especiales y circuitos de gran velocidad. Manejo de lenguaje natural y sistemas de inteligencia artificial.

ACTIVIDAD ¿Cuáles fueron las herramientas de cálculo utilizadas en la antiguedad? ¿Cuáles fueron los mecanismos de computación que precedieron a los ordenadores de la primera generación? ¿Quiénes sus creadores? Mediante el uso de busca un nombre/modelo de ordenador perteneciente a cada una de las generaciones comentadas Relaciona generaciones y componentes 1ª Generación   Procesamiento en paralelo 2ª Generación Circuitos Integrados 3ª Generación Transistores 4ª Generación Válvulas de vacío

Se entiende por arquitectura de un ordenador el conjunto de las partes que lo componen, su función y las comunicaciones entre dichas partes que posibilitan su funcionamiento de forma conjunta y coordinada. Por ejemplo, la memoria es un componente que cumple la función de almacenar datos y programas, mientras que la unidad central de proceso es otro componente cuya función consiste en ejecutar instrucciones; ambos trabajan de forma coordinada comunicándose a través del bus. Una arquitectura nos da la ventaja de trabajar con bloques, que tienen perfectamente definidas sus funciones. Cada uno de estos bloques puede ser tratado de forma independiente, de manera que, cuando trabajemos con uno de ellos, podemos abstraernos del funcionamiento de los demás. La ventaja de este procedimiento es clara: podemos cambiar o actualizar las distintas partes del sistema o añadir nuevos componentes, manteniendo los demás. Arquitectura

Los primeros ordenadores se programaban realizando una serie de conexiones físicas en unos paneles de cableado que tenían para este propósito. Esto hacía que, cada vez que se quería utilizar un nuevo programa, había que recablear el ordenador entero, prácticamente reconstruirlo. Como consecuencia, la persona que manejara el ordenador tenía que ser un experto, conocer perfectamente la máquina, eI programa y el problema que se quería resolver. En 1945 se rompe esta situación cuando John Von Neumann introduce el concepto de programa almacenado. Este concepto da lugar a una nueva arquitectura de ordenadores bautizada con su nombre, y en la que se basan hoy en día todos los ordenadores modernos. Según esta nueva arquitectura, el programa se guardaría en memoria, junto con los datos, y el ordenador leería estos datos de la memoria y los interpretaría como un programa o como datos, según correspondiera. La arquitectura de Von Neumann define cuatro componentes fundamentales: Arquitectura Von Neumann (1)

Arquitectura Von Neumann (2) Procesador: es el cerebro del ordenador, el bloque que realmente ejecuta todas las instrucciones y controla el funcionamiento del resto de los componentes. Memoria: almacena los datos que emplea el ordenador, ya sean programas o datos empleados por éstos. Interfaces de entrada y salida: dispositivos que permiten intercambiar información con el exterior, ya sea una entrada (ingreso de información) o una salida (entrega de información). Buses: son el conjunto de conexiones entre los distintos elementos de la arquitectura. La importancia de esta aportación de Von Neumann aI mundo de los ordenadores fue y sigue siendo inmensa. Supuso un punto de inflexión a partir del cual los ordenadores serían más flexibles y fáciles de manejar, y su uso comenzaría a popularizarse. Hoy en día, todos los ordenadores se basan en los principios de la arquitectura de Von Neumann. Arquitectura Von Neumann (2)

De manera constante, a lo largo de la evolución de los ordenadores, uno de los objetivos prioritarios de los fabricantes ha sido aumentar la capacidad de proceso de estas máquinas. La forma más evidente de aumentar la capacidad de proceso de los ordenadores es utilizando varios procesadores en lugar de uno sólo. De esta forma, surgen las arquitecturas multiprocesador. Una arquitectura multiprocesador no es más que la distribución de los componentes y sus interconexiones en un ordenador provisto de varios procesadores. Por supuesto, estas arquitecturas siguen los principios establecidos por Von Neumann. Arquitectura Multiprocesador (1)