Cómo procesa datos una computadora

Dos computadoras manejan el procesamiento en una computadora: la unidad central de procesamiento, o CPU, y la memoria. Ambas se localizan en la principal tarjeta de sistema de la computadora o tarjeta madre, que es el tablero de circuitos que conecta la CPU a todos los otros dispositivos de hardware.

La CPU

La CPU es el cerebro de la computadora, el lugar donde se manipulan los datos. En una microcomputadora, la CPU entera está contenida en un pequeño chip llamado microprocesador. El chip está montado en una pieza de plástico con alambres de metal conectados a ésta. Cada CPU tiene al menos dos partes básicas: la unidad de control y la unidad lógica aritmética.

La unidad de control

Todos los recursos de la computadora son administrados desde la unidad de control. Por ello, se puede pensar que la unidad de control es como un policía de tránsito dirigiendo el flujo de datos. Es el centro lógico de la computadora.

Las instrucciones de la CPU para llevar a cabo comandos están incorporadas en la unidad de control. Las instrucciones, o conjunto de instrucciones, enumeran todas las operaciones que puede realizar la CPU. Cada instrucción en el conjunto de instrucciones es expresada en microcódigo, una serie de direcciones básicas que le dicen a la CPU cómo ejecutar operaciones más complejas. Antes de que un programa pueda ser ejecutado, cada comando en éste debe ser desglosado en instrucciones que correspondan a las que están en el conjunto de instrucciones de la CPU. Cuando el programa se ejecuta, la CPU lleva a cabo las instrucciones en orden convirtiéndolas en microcódigo. A pesar de que el proceso es complejo, la computadora puede realizar esto a una velocidad increíble, traduciendo millones de instrucciones cada segundo.

Diferentes CPU tienen diferentes conjuntos de instrucciones. Los fabricantes, sin embargo, tienden a agrupar sus CPU en "familias" que tienen conjuntos de instrucciones similares. La familia de procesadores x86 de Intel, por ejemplo, incluye los tipos más comunes de CPU encontrados en la mayor parte de las PC. Por lo general, cuando se desarrolla una nueva CPU, el conjunto de instrucciones tiene los mismos comandos que su predecesora, además de algunos nuevos. Esto permite que el software escrito para una CPU en particular trabaje en computadoras con procesadores más recientes de la misma familia, estrategia de diseño conocida como compatibilidad ascendente. La compatibilidad ascendente ahorra a los consumidores tener que comprar un sistema totalmente nuevo cada vez que una parte de su sistema existente es actualizada.

Lo contrario también es verdad. Cuando un nuevo dispositivo de hardware o pieza de software puede interactuar con el mismo equipo y software que su predecesor, se dice que tiene compatibilidad decreciente, o inversa.

La unidad lógica aritmética

Debido a que todos los datos de la computadora se almacenan como números, gran parte del procesamiento que tiene lugar involucra la comparación de números o la realización de operaciones matemáticas. Además de establecer secuencias ordenadas y cambiar estas secuencias, la computadora puede realizar sólo dos tipos de operaciones: operaciones aritméticas y operaciones lógicas. Las operaciones aritméticas incluyen suma, resta, multiplicación y división. Las operaciones lógicas incluyen comparaciones, como determinar cuándo un número es igual a, mayor que o menor que otro número. Además, cada operación lógica tiene un opuesto. Por ejemplo, además de "igual a" existe "no igual a".

Recuerde que algunas de las operaciones lógicas pueden ser llevadas a cabo en datos de texto. Por ejemplo, cuando necesita buscar una palabra en un documento, la CPU realiza una rápida sucesión de operaciones "igual a" para encontrar una correspondencia para la secuencia de códigos ASCII que forma la palabra que está buscando.

Muchas instrucciones realizadas por la unidad de control involucran tan sólo mover datos de un lugar a otro: de la memoria a almacenamiento, de la memoria a la impresora y así sucesivamente. Sin embargo, cuando la unidad de control encuentra una instrucción que implica aritmética o lógica, pasa esa instrucción al segundo componente de la CPU, la unidad lógica aritmética o ULA. La ULA incluye un grupo de registros, ubicaciones de memoria de alta velocidad construidas directamente en la CPU que se usan para conservar los datos que se están procesando en ese momento. Por ejemplo, la unidad de control podría cargar dos números desde la memoria en los registros de la ULA. Luego podría decirle a la ULA que divida los dos números (una operación aritmética) o que vea si los números son iguales (una operación lógica).

Memoria

La CPU contiene las instrucciones básicas necesarias para operar la computadora, pero no tiene la capacidad para almacenar programas enteros o conjuntos grandes de datos en forma permanente. La CPU contiene registros, pero éstos son áreas pequeñas que pueden conservar sólo unos cuantos bytes a la vez. Además de los registros, la CPU necesita tener millones de bytes de espacio donde pueda guardar los programas y datos que se están manipulando mientras están en uso. Esta área se llama memoria.

Desde el punto de vista físico, la memoria consiste de chips, ya sea en la tarjeta madre o en un pequeño tablero de circuitos conectado a la tarjeta madre. Esta memoria electrónica permite a la CPU almacenar y recuperar datos muy rápido.

Hay dos tipos de memoria incorporada: permanente y no permanente. Algunos chips de memoria siempre conservan los datos que contienen, aun cuando la computadora esté apagada; este tipo de memoria se llama no volátil. Otros chips -de hecho, la mayor parte de la memoria en una microcomputadora-, pierden su contenido cuando se interrumpe el suministro de energía de la computadora; estos chips tienen memoria volátil.

ROM

Los chips no volátiles siempre conservan los mismos datos; los datos en ellos no pueden cambiarse. De hecho, poner datos en forma permanente en esta clase de memoria se llama "marcar a fuego los datos", y por lo general se hace en la fábrica. Los datos en estos chips sólo pueden ser leídos y usados, no pueden ser cambiados, así que la memoria se llama de sólo lectura (read-only memory: ROM).

Una razón importante por la que una computadora necesita la ROM es que así sabe qué hacer cuando se conecta la energía por primera vez. Entre otras cosas, la ROM contiene un conjunto de instrucciones de inicio que aseguran que el resto de la memoria esté funcionando de manera apropiada, verifica los dispositivos de hardware y busca un sistema operativo en las unidades de disco de la computadora.

RAM

La memoria que puede ser cambiada se llama memoria de acceso aleatorio (random-access memory: RAM). Cuando la gente habla de la memoria de la computadora en relación con las microcomputadoras, por lo general se refiere a la RAM volátil. El propósito de la RAM es conservar programas y datos mientras están en uso. Desde el punto de vista físico, la RAM consiste de algunos chips en una pequeña tarjeta de circuitos.

Una computadora no tiene que buscar su memoria entera cada vez que necesita encontrar datos, ya que la CPU almacena y recupera cada pieza de datos usando una dirección de memoria. Ésta es un número que indica la ubicación en los chips de memoria, de forma parecida a como un número de apartado postal indica en qué buzón debe colocarse la correspondencia. Las direcciones de memoria empiezan en cero y van en forma ascendente hasta uno menos que el número de bytes de memoria en la computadora.

Se hace referencia a este tipo de memoria como memoria de acceso aleatorio debido a su capacidad para tener acceso a cada byte de datos en forma directa. Sin embargo, en realidad, la memoria de sólo lectura (ROM) también es de "acceso aleatorio", así que los nombres para los dos tipos de memoria pueden ser engañosos. Es mejor recordar tan sólo que los contenidos de la ROM no cambian; los contenidos de la RAM, sí.

Tecnologías RAM

Se han hecho muchos avances en la tecnología de las RAM en el transcurso de los años. Los siguientes son los tipos principales de RAM que se usan en las computadoras PC:

* RAM de modo de página rápido (fast page mode: FPM): La FPM RAM es el tipo más antiguo y menos complejo de RAM. Todavía se usa en muchas PC disponibles hoy en día.

* RAM de salida de datos extendida (extended data output: EDO): La EDO RAM es más rápida que la FPM RAM y se encuentra por lo común en las computadoras más rápidas.

* RAM de salida de datos por rafagas extendidas (Burst Extended Data Output: BEDO): La BEDO RAM es una RAM muy rapida y es soportada por un número limitado de CPU, a saber, las CPU fabricadas por VIA.

* RAM dinámica sincrona (Synchronous Dynamic RAM: SDRAM): La SDRAM libera ráfagas de datos a velocidades muy altas (hasta 100MHz), lo que proporciona más datos a la CPU en un momento dado que las tecnologías RAM más antiguas. La SDRAM es soportada por las CPU más recientes y es probable que sea el tipo más popular de RAM en el mercado hoy en día.

Memoria instantánea

La RAM estándar es dinámica; cuando se pierde la energía de la PC, se pierden todos los datos almacenados en ese momento en la RAM. Por esto es importante grabar su trabajo cuando esté trabajando con una aplicación. Un tipo de memoria, llamada memoria instantánea, almacena datos aun cuando la energía se apague. La ROM es una forma de memoria instantánea son las cámaras digitales. Cuando usted toma fotografías con una cámara digital, las imágenes son almacenadas en un chip de memoria instantánea en lugar de usar una película fotográfica. Ya que usted no desea perder las imágenes que está tomando, la memoria debe de almacenar las fotografías hasta que pueda transferirlas a su PC, aun cuando la cámara esté apagada.