Principios de análisis instrumental

82 Capítulo 4 Electrónica digital y computadoras «< cio de almacenamiento, por lo que permite usar computadoras menos complejas y menos caras. Segundo, si hay tiempo sufi– ciente entre la adquisición de datos, la señal procesada se puede utilizar para ajustar los parámetros del instrumento y así mejorar la calidad de las señales de salida posteriores. Así como ha aumen– tado la velocidad y la capacidad de almacenamiento de las micro– computadoras, lo mismo ha sucedido con la capacidad del procesamiento en tiempo real. En la actualidad, con los instru – mentos que contienen varios procesadores, las operaciones en tiempo real se han vuelto muy comunes. Un ejemplo de un sistema de procesamiento en tiempo real es un instrumento controlado por un microprocesador para eje– cutar en forma automática titulaciones potenciométricas. Por lo regular, dichos instrumentos poseen una capacidad de almace– namiento suficiente para almacenar una forma digitalizada de la curva de potencial contra el volumen de reactivo, y toda la demás información que se requeriría en el proceso para la generación de un informe sobre la titulación. Asimismo, es común el caso de que tales instrumentos calculen en tiempo real la primera derivada del potencial respecto al volumen, y usen esta información para con– trolar la velocidad a la que se añade el titulante con una jeringa activada por un motor. En la primera parte de la titulación, cuando la rapidez del cambio de potencial es baja, la derivada es pequeiia, de modo que el titulante se añade a una velocidad alta. Cuando se acerca al punto de equivalencia, la derivada se vuelve más grande y la computadora hace más lenta la velocidad a la que se añade el titulante. El proceso inverso se presenta más allá del punto de equivalencia. 4E COMPONENTES DE UNA COMPUTADORA En la figura 4.1 Ose presenta un diagrama de bloques en el cual están los componentes principales de una computadora y sus dis– positivos periféricos. 4E 1 Unidad central de procesamiento El corazón de una computadora es la unidad central de procesa– miento (CPU), la cual en el caso de una microcomputadora es un chip microprocesador. Un microprocesador está hecho de una unidad de control y una unidad aritmético-lógica. La unidad de control determina la sucesión de operaciones por medio de ins– trucciones a partir de un programa que está almacenado en la memoria de la computadora. La unidad de control recibe infor– mación desde el dispositivo de entrada, busca las instrucciones y datos en la memoria y transmite las instrucciones a la unidad arit– mético-lógica, a la salida y a la memoria. La unidad aritmético -lógica (ALU, por sus siglas en inglés) de una CPU está constituida por una serie de registros, o acumulado– res, en los cuales se guardan los resultados intermedios de la arit– mética binaria y las operaciones lógicas. El procesador Pentium 4 de Intel contiene casi 50 millones de transistores, y es capaz de fun– cionar a velocidades mayores a 3.5 GHz. El procesador Itanium de Intel contiene 22 millones de transistores (el procesador Itanium 2 tiene 410 millones de transistores). La computadora más veloz puede ejecutar casi mil millones de instrucciones por segundo. ¡ - u~d-;;-d~e~;;;-1 cte--;;r~~a~~'~ <Cru)- -~ 1 1 1 1 w Registro u 1 1 1 1 H Unidad 1 ~ 1 1 Lógica aritmético- lógica 1 1 de (ALU) control 1 1 1 1 H Contador de ] 1 1 programas 1 1 L ~ - - - F--- - F- ---------- - __¡_ f- Interfaz de entrada r-----J Memoria l r- 1nterfaz de salida Bus de datos Bus de direcciones Bus de control <--Teclado <----Disco <----Entrada d igital Convertid or de señal -di gital (ADC) -analógica ~Reloj [---+-Monitor a [---+-Impresor, Convertid t--- digital-an or de señal alógica (ADC) f->- Di sco 1------ Sal ida di gital FIGURA 4.10 Elementos básicos de la computado ra digita l y dispositivos periféricos. 4E.2 Buses Las partes de una computadora y su memoria más los dispositivos periféricos se unen mediante buses, cada uno está constituido por una cantidad de líneas de transmisión. Para que la comunicación sea rápida entre las distintas partes de una computadora, todas las seña– les digitales que forman una palabra se transmiten de modo simul– táneo por las líneas paralelas del bus. La cantidad de líneas que hay en los buses internos de la unidad central de procesamiento es igual al tamaño de la palabra que procesa la computadora. Por ejemplo, el bus interno para una CPU de 32 bits requiere 32 líneas de trans– misión paralela, cada una de las cuales transmite uno de los 32 bits. Los datos son llevados hacia dentro y fuera de la CPU me– diante un bus de datos, como se puede ver en la figura 4.10. Tanto el origen como el destino de las señales en la línea del bus de datos están especificados por el bus de dirección. Un bus de dirección con 32líneas puede guiar directamente 2 32 , o 4,294,967,296, regis– tros o sitios dentro de la computadora, que equivalen a 4 gigabytes (GB) de memoria. El bus de control transporta información de control y de estado hacia la unidad central de procesamiento y desde ésta. Estas transferencias siguen una secuencia que es indi– cada por señales de sincronización que lleva el bus. Los datos también tienen que ser transmitidos entre los componentes de los instrumentos o dispositivos periféricos y la CPU. Para este tipo de transferencia de datos se usa un enlace de interconexión externo o línea de comunicación. En la tabla 4.4 se resumen algunas especificaciones para ciertos estándares de comunicación externos más comunes.