En la Figura 2 puede verse un esquema general de un computador sencillo, que se compone de los siguientes elementos o unidades funcionales: unidades de entrada, unidades de salida, memoria interna, memoria externa, unidad aritmético-lógica y unidad de control. A continuación, se describen brevemente las distintas unidades funcionales [1], [2].
Unidades de entrada (E)
Son dispositivos a través de los cuales se introducen en el computador los datos e instrucciones. En estas unidades se transforman las informaciones de entrada en señales binarias de naturaleza eléctrica. Un mismo computador puede tener distintas unidades de entrada y muy diversas. Son unidades de entrada: un teclado, un ratón, un escáner de imágenes, una lectora de tarjetas de crédito, los sensores de cualquier dispositivo de IoT, etc.
Unidades de salida (S)
Son dispositivos a través de los que se obtienen los resultados generados por los programas ejecutados en el computador. La mayor parte de estas unidades (un computador suele tener varias de ellas) transforman las señales eléctricas binarias en información perceptible por el usuario. Son dispositivos de salida unidades tales como una pantalla, una impresora o un altavoz.
Las conexiones de las unidades de entrada y salida con el computador central se realizan de forma muy diversa, pueden ser alámbricas (con cables) o inalámbricas (ondas electromagnéticas). Tanto las unidades de entrada como de salida disponen de circuitos electrónicos internos para el control de su funcionamiento: captura de datos de entrada o visualización de los datos de salida (resultados), almacenamiento temporal de los datos de entrada o salida (en una memoria especializada denominada buffer), preparación de datos para transmitirlos a las unidades centrales (en el caso de dispositivos de entrada) o recuperarlos (en el supuesto de dispositivos de salida), acción sobre elementos electromecánicos (en el caso de una impresora, por ejemplo). El conjunto de esos dispositivos de control de una unidad se suele denominar controlador hardware del dispositivo. También hay que tener en cuenta que algunos de las unidades de E/S son duales en el sentido que actúan tanto como unidades de entrada como salida. Este sería el caso, por ejemplo, de una pantalla táctil.
Unidad de tratamiento (PU, Proccesing Unit)
Como elemento principal contiene a la unidad aritmético-lógica o ALU (Arithmetic Logic Unit) que agrupa a los circuitos electrónicos con los que se hacen las operaciones de tipo aritmético (sumas, restas, etc.) y de tipo lógico (comparar dos números, hacer operaciones del álgebra de Boole binaria como unión e intersección, ordenación, etc.) Esta unidad también suele denominarse camino de datos (o ruta de datos) ya que aparte de contener a la ALU incluye otros elementos auxiliares por donde se transmiten (buses de datos), o registros para almacenar temporalmente los datos al objeto de operar con ellos. Un registro es una pequeña memoria diseñada para almacenar temporalmente un dato, instrucción o dirección de memoria.
Unidad de control (CU, Control Unit).
La unidad de control detecta señales eléctricas de estado procedentes de las distintas unidades, indicando su situación o condición de funcionamiento. También capta secuencialmente de la memoria las instrucciones del programa, y, de acuerdo con el código de operación de la instrucción captada y con las señales de estado procedentes de los distintos elementos del computador, genera señales de control dirigidas a todas las unidades, ordenando las operaciones que implican la ejecución de la instrucción. nido...
La unidad de control contiene un reloj, que sencillamente es un generador electrónico de pulsos que sincroniza todas las operaciones elementales del computador. El período de esta señal se denomina tiempo de ciclo, y está comprendido aproximadamente entre décimas de nanosegundos y varios microsegundos, dependiendo del computador. La frecuencia del reloj (inverso del tiempo de ciclo) suele darse en millones de ciclos/segundo, (Megahercios o, abreviadamente, MHz) o en miles de millones de ciclos/segundo (Gigahercios, GHz). La ejecución de cada instrucción supone la realización de un conjunto de operaciones elementales consumiendo un número predeterminado de ciclos, de forma que las instrucciones más complejas utilizan un número mayor de ciclos que las menos complejas.
Un computador puede tener gran cantidad (cientos) de unidades de entrada o salida. Piénsese, por ejemplo, en la Internet de las Cosas de una Ciudad Inteligente, donde en un computador central pueden procesarse la información de todos los semáforos de una ciudad para sincronizarlos adecuadamente y gestionar su mantenimiento. Cada semáforo contiene una unidad de E/S para transmitir o recibir información del computador central.
Se denominan periféricos de un computador al conjunto de sus unidades de E/S y de memoria externa. Al resto de unidades; es decir, memoria interna, y unidades de control y ALU (que se encuentran en el recuadro central de la Figura 2) se denominan unidades centrales o computador central. La unidad de procesamiento central (CPU, Central Processing Unit) o, sencillamente procesador o núcleo es el conjunto de la unidad de control y unidad de tratamiento. En la Figura 3 se esquematizan estos conceptos.
