1987: El ordenador por dentro

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EL ORDENADOR,

PORDENTRO La curiosidad por la mecánica íntima del ordenador es un camino para hacerse con las nociones primeras de hardware y para aprender los principios de su funcionamiento. En este artículo miramos dentro del ordenador, pero nos cuidamos mucho de tocar, que no están los circuitos para caricias.

XAVIER LABORDA ¿Qué es un ordenador? ¿Qué hay bajo la tapa de su carcasa? ¿Cúal es su estructura? ¿Cómo funciona el aparato y qué papel juegan sus componentes ocultos? Éstas son algunas de las preguntas que puede hacerse el usuario de este tipo de máquina. Este usuario no técnico ya sabe sacar partido del sistema para los cometidos concretos: escribe con el tratamiento de textos; organiza sus datos en los ficheros; tiene sus programas de simulación, de EAO, de cálculo y estadística; y hasta quizá dispone de aplicaciones de robótica. De ello se suele dar explicación en el manual y en los folletos que acompañan a los programas. Pero en absoluto se habla de la «mecánica» íntima de la máquina.

Al levantar la tapa El ordenador es un aparato que escapa a todas las imágenes mentales que podemos tener para explicar los principios funcionales de las máquinas no electrónicas. Carece de ruedas dentadas, transmisiones de fuerza, motores de explosión, palas, cadenas o cosas por el estilo. Con estas imágenes nos explicamos des-

PROCESADOR

MICROPROCESADOR o uCP

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MEMORIA

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Figura 1.

de un molinillo de eafé hasta un cohete espacial, pero no el ordenador. Porque el ordenador carece de piezas móviles. Si levantamos la tapa del ordenador vemos que ahí dentro nada se mueve. El aspecto del Interior parece la maqueta de una ciudad futurlsta o algo así: una arquitectura extraña, compuesta de pastillas que hunden multitud de patitas metálicas en una placa marcada por líneas de conexiones. ¿Qué es lo que significa toda esta «urbanización lógica», esta me-

cánica capaz de hacer cosas inteligentes? Bien, ello puede entenderse desde varias perspectivas. Si atendemos a los componentes, se ha de indicar que en una pastilla

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alargada se encuentra el mlcroproce- ..;.~' sador, que es el centro de toda la ~ actividad. En otras pastillas -de formas y tamaños variados- se encierran la memoria ROM, la memoria RAM (por ejemplo, 8 pastillas de RAM de 8K que forman 64K en total), los controles de sonido y de gráficos, el regulador de tensión, la puerta de

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expansión y algunos codificadores más. Éstos son los componentes visibles de un ordenador doméstico. De entre ellos hay que destacar el microprocesador y los dos tipos de memoria.

La memoria: un libro y una pizarra

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La memoria ROM es aquella que sólo puede leerse (del inglés, Read Only Memory), por lo cual el usuario no puede borrarla ni alterarla. Es un tipo de memoria permanente, que viene fijada de fábrica. Forma parte de la memoria interna en la que se almacena información permanente. Esta información consiste en programas básicos necesarios para poner en marcha el ordenador. En los aparatos domésticos está codificado el intérprete Basic y otro material lógico de apoyo. La memoria RAM (Random Access Memory o memoria de acceso aleatorio) es aquélla en la que puede leerse y almacenarse los datos y demás información. De ella dispone libremente el usuario para cargar los programas y puede alterar su contenido o borrarlo completamente. Es volátil, lo que significa que al desconectar la fuente de alimentación el contenido almacenado se esfuma. La capacidad de la memoria RAM marca los límites de la complejidad de la programación que puede utilizarse en la máquina. ROM y e I>.M forman la memoria central del sistema, en la que se

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recogen los elementos lógicos que

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permiten funcionar al ordenador: los programas y los datos. Cuando se habla de «memoria central» se alude a la que es interna. Y consiste en un - conjunto de circuitos electrónicos dispuestos en pastillas de silicio. Tiene un carácter principal. Y se comple, 1 menta con la memoria auxiliar, que es externa (también se la denomina masiva o periférica) y se almacena en discos (blandos o floppys y duros) o cintas. Estas distinciones técnicas están muy divulgadas y se entienden sin dificultad. No obstante, para su mejor asimilación podemos utilizar el 1

ESCUELAY ORDENADOR

ORDENADOR

DISPOSITIVOS

PROCESADOR

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E/S

TECLADO I

MONITOR I

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OTROS I

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Figura 2.

agradecido recurso de la analogía. En el aula, los profesores utilizamos dos fuentes de información o memorias del tipo ROM y RAM. Disponemos del libro y de la pizarra. Al libro corresponde la memoria ROM y a la pizarra, la memoria RAM. En el libro impreso están recogidas, de manera permanente, ciertas informaciones que han sido determinadas en la «fábrica» editorial; su uso es de lectura. Por el contrario, la pizarra es un ,espacio naturalmente dispuesto para escribir lo que se desee; al borraría, queda disponible de nuevo.

El microprocesador o el centro de control El microprocesador es el componente básico del ordenador. Su configuración consiste en la concentración de muchos elementos (circuitos integrados) en un mismo módulo, de manera que se puedan realizar las funciones básicas del proceso de datos. En el microprocesador se halla el centro de control de todas las operaciones. Efectivamente, el microprocesador controla el ordenador entero: toma de la memoria central los programas y los datos, los trata en secciones especializadas, envía a la memoria los resultados (para que que. den registrados) y se asegura de que la unidades auxiliares cumplan sus funciones adecuadamente. En términos técnicos, el microprocesador es la Unidad Central de Proceso (UCP -en inglés, CPU-). En su seno acoge a dos secciones funda-

mentales: la unidad de control y la unidad aritmética y lógica (UAL). Los nombres de estas secciones son suficientemente explicativos. t.a unidad de control responde de la supervisión y dirección de las operaciones. La unidad aritmética y lógica es el conjunto de circuitos al que corresponde la tarea del cálculo y de las operaciones de carácter lógico (comparar varias magnitudes, escoger entre diversas opciones, etc.).

Sopa de letras: K, MHz, bit... El microprocesador se compone de circuitos integrados, que actúan sobre señales eléctricas, para modificar sus niveles, su duración y otras propiedades. Mediante dos tipos o niveles de señales eléctricas se codifican los datos. Cada nivel se simboliza con un dígito: el cero y el uno. Por consiguiente no se aplica una base de diez (como en el sistema decimal) sino una base de dos o binaria. Y la unidad mínima de información es el bit. y el conjunto de ocho bits forman un byte La distinción de bit y byte es fundamental para la codificación de los datos. Mediante la combinación de 8 bits se pueden formar 256 bytes diferentes. Cada uno de estos bytes codifica un símbolo, carácter o número. El ordenador lee la Información por bloques de bits. El número mínimo es de ocho. En este caso se trata de un ordenador de 8 bits. Ello significa que la longitud de «palabra» que lee en cada ciclo es de 1 byte. También hay aparatos que realizan una lectura más amplia, ya sea de 16 bits, 32 o más. La

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velocidad de lectura viene expresada en el número de ciclos que cumple el ordenador en un segundo, y se miden en Megahertzios (MHz, millones de hertzios); un hertzio es un ciclo u operación elemental por segundo. Un aparato con un ciclo de 2 MHz realiza dos millones de operaciones simples por segundo. Hasta el momento, los ordenadores domésticos son de 8 bits. Ello determina la longitud de palabra que lee por ciclo y, también, la cantidad de memoria que puede controlar. Un ordenador de 8 bits sólo puede direccionar directamente 64K de memoria central o interior. K es la abreviatura de kilobyte y contiene 1.024 bits; y 64k son 64 kilobytes. Ciertamente

hay en el mercado aparatos de 8 bits con más de 64K. Pero para su funcionamiento la memoria está distribuida en bancos de 64K. Así, si el ordenador posee 128K de memoria, los programas que se utilizan han de distinguir a qué banco han de dirigirse para operar en cada caso.

El procesador La memoria es un factor importante para la configuración del ordenador. Pero no se trata de que simplemente sea muy grande sino de que esté en relación con el resto de los componentes. Porque el ordenador es un sistema; por ejemplo, un orde-

nador doméstico de 64K está dentro de los estándares de capacidad, mientras que para una lavadora automática basta con un procesador de 2K de memoria. Acabamos de mencionar dos términos nuevos: procesador y sistema. Digamos algo respecto al procesadoro El procesador es el conjunto del microprocesador y de la memoria. Por consiguiente, el procesador es la unidad de trabajo del ordenador que está formada por las subunidades del procesador y de la memoria ROM y RAM. En muchos aparatos, lo que definimos como procesador se halla reunido en una misma «caja» o «carcasa». y en otras, se disponen los dispositi-

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