Unidades Funcionales del Computador

Definiciones. Sistema Central. CPU (Central Process Unit). Memoria central. Dispositivos

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Definiciones:

Ordenador: máquina capaz de ejecutar instrucciones sobre una información (que puede ser proporcionada externamente) permitiendo la consulta de los resultados. Las instrucciones se encuentran anotadas en algún soporte.

Programa o aplicación: es una lista de instrucciones que ejecuta el ordenador.

Hardware: es la parte física que trata la informática.

Software: es la parte lógica que trata la informática.

El ordenador:

Sistemas componentes de un ordenador:

  • Sistema Central (CPU + MC)

  • Sistemas de Entrada / salida (E/S)

  • Medios de Comunicación (bus del sistema y bus de dispositivos)

  • Interconexión de los sistemas

  • SISTEMA CENTRAL

  • El sistema central se compone de:

      • Unidad Central de Proceso (CPU): encargada de ejecutar los programas.

      • Memoria Central (MC): encargada de almacenar tanto los programas como los datos.

    Unidad Central de Proceso (CPU)

    La CPU es el elemento más rápido de todo el ordenador (de unidades a centenares de millones de instrucciones por segundo).

    Se compone de:

    • reloj

    • unidad de control (UC)

    • unidad aritmético - lógica (UAL; ALU)

    • registros

    El reloj de la CPU

    Es un dispositivo electrónico generador de señales temporizadas que marcan las fases en la ejecución de una instrucción del procesador. El periodo de la señal se denomina ciclo.

    El procesador efectúa acciones con duración expresada en múltiplos de tales ciclos.

    La velocidad del reloj se mide en millones de Hertzios, es decir, en la inversa de los ciclos (450MHz., 700 MHz.,...)

    La Unidad de Control

    Extrae de la MC la nueva instrucción a ejecutar. Analiza dicha instrucción y establece las conexiones eléctricas correspondientes dentro de la UAL.

    Extrae de la MC los datos implicados n la instrucción. Desencadena el tratamiento de dichos datos en la UAL.

    Almacena los resultados (si los hubiera) en la MC.

    Las operaciones de acceso a MC se realizan con un tamaño de información denominado palabra (32 bits).

    Unidad Aritmético - Lógica (ALU)

    Opera con los datos según indicados de la UC.

    Su función es realizar operaciones aritméticas (+, -, *, /) y operaciones lógicas (AND, OR, >, >=, ...) con los datos de la MC y devolver los resultados a la misma.

    Registros

    Son espacios pequeños de memoria (una o varias palabras de tamaño) cuya función es la del almacenamiento temporal de información para su procesamiento por parte de la UAL.

    Esquema de la CPU

    La placa base (motherboard)

    Es un circuito que sirve de soporte físico al resto de circuitos que forman parte de un ordenador Personal.

    Consiste en un conjunto de entre 6 y 12 capas de circuitos de pistas de cobre.

    Alberga todos los componentes eléctricos necesarios para el funcionamiento del PC:

      • microprocesador

      • memoria

      • circuitos integrados (chip sets)

      • la BIOS

      • los buses.

    1996: Intel presenta el formato ATX. La placa ATX potencia la integración de componentes que, generalmente, se encuentran en tarjetas separadas:

    • adaptador o tarjeta gráfica

    • adaptador o tarjeta de sonido

    Permite el apagado automático del ordenador.

    La Memoria Central

    La Memoria Central (MC) es un depósito que almacena dos tipos de información:

    • Instrucciones: informaciones que indican qué operaciones se han de efectuar.

    • Datos: informaciones a tratar.

    La máquina puede ejecutar un programa almacenado en la MC, sobre datos en la MC y guardar los resultados en la MC.

    • la información está organizada en palabras.

    • cada palabra tiene una dirección asociada

    Funcionamiento de la MC

  • El procesador genera una dirección de memoria para acceder a la información deseada.

  • La MC selecciona la información que tenga asociada tal dirección.

  • Se efectúa la operación apropiada.

    • Lectura: la MC devuelve al procesador la información contenida en la dirección.

    • Escritura: el procesador ordena a la MC que se deposite una información en la dirección.

    • Medida de la MC: magnitudes

      Kilobyte (Kb): 1 kb: 210 bytes = 1024 bytes

      Megabyte (Mb): 1Mb = 220 bytes =1024 Kb

      Gigabyte (Gb): 1 Gb = 230 bytes = 1024 Mb

      Características de la MC

        • Tamaño relativamente reducido

        • Tiempo de acceso pequeño y constante

        • Acceso directo (dirección)

      Tipos de la MC

        • RAM (Random Access Memory): Memoria de lectura y escritura:

            • Volátil

            • Útil para instrucciones y datos

            • Constituye la mayor parte de la MC

        • ROM (Read Only Memory): Memoria de sólo lectura

            • Permanente

            • Especialmente necesaria en el arranque del ordenador: un programa de inicio de instalado en la ROM se ejecuta cuando se enciende el ordenador y busca un S.O. en el disco

      Jerarquía de memoria

      Entre la MC y el procesador se sitúan memorias intermedias llamadas caché (son pequeñas y rápidas). Las cachés almacenan información de la MC para pasarla al procesador más rápidamente.

      Existen varios niveles y pueden estar fuera del procesador (externas) o incluso dentro (internas).

      Tecnología de las memorias

      Según la tecnología que se utiliza podemos distinguir los tipos: FPM-DRAM, EDO-DRAM y SDRAM.

      Chips RAM: DIP, SIP, SIMM (30 - 72 contactos) y DIMM (168 contactos y un bus de 64 bits)

      Microprocesadores

      La velocidad de un procesador se mide en Megahercios (MHz). La velocidad no significa necesariamente prestaciones.

      Principales marcas: Intel, Motorola, Sparc, HP, MPIS,...

    • SISTEMA DE ENTRADA / SALIDA

    • Dispositivos de Comunicación: para los intercambios con el exterior.

      Dispositivos de Almacenamiento: para mantener mayor información y con duración mayor (no volátiles)

      Pentium

        • Integran 3.000.000 de transistores (28.000 el 8086)

        • Pentium Pro: de 150 a 200 MHz. Permite configuración multiprocesador.

        • Pentium MMX: mediante la tecnología MMX se consiguen rendimientos importantes para aplicaciones multimedia. Aumenta prestaciones gracias a sus dos niveles de caché.

        • Pentium II: mayor velocidad de reloj y modificaciones en los cachés. Hasta 500 MHz.

        • Celeron: diseñado para equipos de sobremesa de bajo coste.

        • Pentium III: velocidad de reloj hasta 700 MHz.

      Microprocesadores Intel

        • 8088/8086, 80286, 80386 y versiones, 80486 y versiones, Pentium, Pentium pro, Pentium MMX, Pentium II, Celeron y Pentium III.

        • Hasta el 80286 son de 16 bits, a partir del 80386 son de 32 bits.

        • Otras marcas de procesadores compatibles con los anteriores: AMD, Cyrix, IBM.

      Clasificación de los dispositivos de E/S por unidad de transferencia

      • dispositivos de caracteres

        • dispositivos de comunicación lentos

      • dispositivos de bloques

        • dispositivos de almacenamiento rápidos

      Controladores

      Son dispositivos electrónicos que:

      • permiten comunicar un dispositivo mecánico de E/S con la CPU interpretando las órdenes que ésta le envíe.

      • Controlan la ejecución de la operación de E/S en los dispositivos mecánicos.

      • Notifican los resultados a la CPU.

    • MEDIOS DE COMUNICACIÓN

    • Los medios de comunicación sirven para comunicar los diferentes sistemas o componentes (cableado o buses).

      Existen dos medios de comunicación básicos:

      • bus del sistema: conecta la CPU y la MC

      • bus de dispositivos: conecta el Sistema Central y el Sistema de E/S

      Los buses

      Son conjuntos de pistas de circuito impreso trazadas en la placa base. Sirven para interconectar distintos circuitos en el ordenador.

      Los buses tienen una señal de reloj que sincroniza el tránsito de información.

      Parámetros básicos

      Los buses contienen líneas de dirección y de datos:

      • Cuantas más líneas de dirección se tenga más cantidad de memoria se puede direccionar o más dispositivos se pueden conectar.

      • Cuantas más líneas de datos se tenga más cantidad de información se puede transmitir a la vez.

      Rapidez del reloj del bus.

      Líneas de interrupción

      Además de las líneas de datos y dirección existen las líneas de interrupción. Los dispositivos envían señales al procesador de manera asíncrona por estas líneas para solicitar atención.

      El procesador también puede enviar interrupciones (interrupciones internas o excepciones).

      El bus de dispositivos PCI

      PCI: Nuevo estándar.

        • 120 MB/seg.

        • Pensado para optimizar las tareas multimedia.

        • Independiza el trabajo de la CPU de los periféricos sin perder conexión con ellos.

        • Los controladores de periféricos han de diseñarse especialmente para el controlador PCI.

      Tipos de bus de dispositivos

            • ISA: Arquitectura IBM PC/AT. Velocidad máxima hasta 8 MB/seg.

            • MCA: Serie PS/2 de IBM. De 20 a 80 MB/seg.

            • EISA: Mejora el bus ISA. Separa el bus del sistema y de dispositivos.

            • VESA: Permite conectar placas de vídeo y que los controladores de disco se conecten en el bus del sistema.

      El bus AGP

      Accelerated Graphics Port es una nueva especificación de bus que permite gráficos de alto rendimiento: 3D y DVD.

      Tiene su propio bus dedicado liberando al bus PCI de ancho de banda. Permite el acceso directo a la MC.

      Conexiones del ordenador con el exterior

        • Puertos: sirven para conectar el ordenador con ciertos periféricos.

        • Dos estándares:

            • Serie RS-232: envían los datos bit a bit. Versátiles y polivalentes (ratones, escáneres, módems,...)

            • Paralelo Centronics: envían datos byte a byte. Principalmente para impresoras, discos, plotters.

      Conexiones más modernas

        • USB (Universal Serial Bus):

          • Simplifican la conexión de nuevos periféricos (tecnologías Plug & Play)

          • Velocidad alta.

          • Posibilidad de hasta 127 periféricos en el mismo puerto.

        • Tarjetas PCMCIA: para pequeños ordenadores (portátiles). Memoria, adaptadores de red, discos duros.

      DISPOSITIVOS DE E/S

    • El teclado.

    • Rendimiento: depende de la velocidad del mecanógrafo (<=7 cps). Pueden ser mecánicos, de cúpula de goma o de membrana.

    • La pantalla o monitor

    • Es un dispositivo de salida universal, parecido a un monitor. Permite mostrar información textual (caracteres) y gráfica (dibujos, esquemas,...). Presenta una serie de características básicas:

        • Dimensiones: entre 14 y 21 pulgadas, habitualmente.

        • Tamaño del punto: 0.28 pulgadas o menor.

        • Frecuencia de refresco. Afecta a la estabilidad de la imagen. Al menos 70 Hz sin entrelazado.

      Frecuencias en los monitores

        • El más utilizado es VGA o SuperVGA multisync con resoluciones típicas de 800x600, 1024x768 o 1280x1024.

        • Tres tipos de frecuencia: vertical (refresco), horizontal y ancho de banda. Cuanto mayor es la frecuencia de refresco más estable es la imagen.

        • Hay que asegurarse que el monitor soporta las frecuencias de video de la tarjeta gráfica.

      Modos de trabajo del sistema de video

        • Modo texto:

          • 80 columnas por 25 filas.

          • Cada celda un carácter.

          • 16 colores para cada carácter.

        • Modo gráfico:

          • Las celdas se llaman píxel, hay tantos como permita la resolución.

          • Millones de colores por píxel.

        • Estándares de video: MDA, CGA, EGA, VGA, Hércules, SuperVGA (más avanzada y utilizada).

      Tarjetas de video

      • Se comunica con el monitor mediante un cable.

      • Puede estar integrada en la placa base.

      • Contienen memoria para guardar la imagen que se visualiza en el monitor. A más memoria, mayor velocidad de refresco (interesante para animaciones o películas). Valores típicos: 4 a 8 Mb.

    • El ratón

    • Es un dispositivo de posicionamiento y selección. Permite establecer una relación entre su movimiento y la posición de un símbolo que se desplaza por la pantalla.

      Pueden tener 1, 2 o 3 botones. Pueden ser serie o bus.

    • Unidades de disco

    • Son dispositivos de almacenamiento con las siguientes características:

            • Permiten un acceso directo a la información, pero el tiempo requerido no es constante.

            • Almacenan la información en circunferencias concéntricas (pistas) dentro de un medio con geometría circular que gira alrededor de un eje.

            • Mediante un cabezal, que se desplaza sobre las pistas, se puede acceder a esa información.

            • El tiempo necesario para acceder a la información depende de la distancia entre la posición del cabezal y la pista solicitada.

      Tipos:

        • Duros

        • Flexibles

      Unidades:

        • Físicas: el propio disco físico.

        • Lógicas: una unidad física puede tener particiones. Cada una forma una unidad lógica.

      Formato de los discos

            • Formato físico: tamaño del sector, número de pistas y número de caras.

            • Formato lógico: cuatro zonas del disco:

        • El sector de carga (boot)

        • La FAT (File Allocation Table)

        • El directorio (Directory)

        • Los sectores de datos (Data)

      Discos fijos o duros

      No se puede extraer el medio de almacenamiento (magnético) del mecanismo. El formato viene dado de fábrica.

      Disquetes

      Se puede extraer el medio de almacenamiento de tipo magnético. El formato de disquete más difundido es el de 3½.

      Se formatea física y lógicamente.

      Discos ópticos

      Son de sólo lectura (Compact Disc - Read Only Memory). La superficie de almacenamiento tiene propiedades ópticas.

      Es extraíble. Posee mayor capacidad de almacenamiento y mayor precisión en la lectura de datos.

      Tipos: CD - ROM, WORM, regrabables.

      Discos ópticos DVD

      Nueva tecnología para video, audio y datos. Posee mayor capacidad de almacenamiento y no está definido el estándar todavía.

      (No) se pueden grabar, (No) se pueden copiar.

      Poseen un seguro especial. Usa compresión digital (fallas en la resolución final).

      Capacidad y rendimiento

      Dispositivo

      Tiempo búsqueda

      Capacidad

      Disco fijo

      7.5 a 10 ms

      1 GB a 10 GB

      Diskette 3 ½

      300 ms

      Típicamente 1.44 MB

      Disco óptico

      100 ms

      680 MB

      DVD

      100 ms

      Hasta 17 GB

      Cinta DAT

      Muy variable

      120 MB a 8 GB

      Tarjetas controladoras de disco

      Básicamente dos:

      IDE: más comunes y económicas.

      SCSI: sirven para distintos dispositivos como discos, scaners, cintas,... son más rápidas.

      La cinta magnética

      Es un dispositivo de almacenamiento con soporte extraíble que sólo permite acceder secuencialmente a la información.

      Es bastante lento. Empleado para copias de seguridad.

      Discos para copias de seguridad

      ZIP: 100 Mbytes.

      JAZ: 2 Gbytes.

    • Tarjetas de sonido

    • Sirven para la reproducción de audio. Ejemplo: SoundBlaster.

    • La impresora

    • Forma la imagen a imprimir como un conjunto de puntos almacenados en su memoria.

      Características de las impresoras

        • Resolución: decide la calidad de la impresión (puntos por pulgada)

        • Velocidad: caracteres por segundo o páginas por minuto.

        • Números de tipos de letra: fuentes incluidas en la impresora.

          • Fuentes internas

          • Fuentes externas (TrueType)

      Tipos de impresora

      • Impresoras matriciales

        • Económicas pero ruidosas y con poca calidad de impresión. Su uso está en retroceso. 300 cps.

      • Impresoras de inyección de tinta

        • Económicas, silenciosas, mediana calidad de impresión, perfectas para uso personal. Color: hasta 4 ppm. B/N: hasta 8 ppm.

      • Impresoras láser

        • Más caras, silenciosas, excelente calidad de impresión. De 6 a 20 ppm.

      Impresoras láser

      Suelen incorporar fuentes (internas) de tamaño fijo y escalable. Algunas son PostScript (lenguaje de programación de impresoras de Adobe; trabaja con 35 fuentes).

      El trazador o plotter

      Impresora gráfica. Dibuja imágenes con plumilla. Actualmente los hay de chorro de tinta y láser.

      Requieren datos en formato gráfico vectorial, es decir, la imagen se compone de líneas de punto a punto.

      Admiten tamaños de papel grande (A3 y A2). Idóneos para el trazado de planos.

    • Dispositivos de interconexión

      • Tarjeta de red: comunica el ordenador a una red digital.

      • Módem (Modulator / Demodulator): transforma la señal digital en analógica y viceversa. Sirve para la conexión del ordenador a la red telefónica. Velocidad de bits por segundo: 9600 - 33600.

      Unidades Funcionales del Computador

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      MC

      CPU

      Bus del sistema central

      Sistema Central

      E/S

      Bus de los dispositivos

      REGI

      STROS

      UC

      UAL

      MC

      reloj

      órdenes

      instrucciones

      resultados

      datos

      MC

      Caché externa

      PROCESADOR

      Caché interna

      Dispositivo

      Dispositivo

      ............

      Controlador

      Controlador

      Bus de dispositivos

      ............

      ............