Unidades Funcionales del Computador

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 fÃ−sica 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.,...)
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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 fÃ−sico 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:
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• 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
CaracterÃ−sticas 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
• Ã til 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
JerarquÃ−a 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).
TecnologÃ−a de las memorias
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Según la tecnologÃ−a 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 tecnologÃ−a 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 envÃ−e.
♦ Controlan la ejecución de la operación de E/S en los dispositivos mecánicos.
♦ Notifican los resultados a la CPU.
• MEDIOS DE COMUNICACIÃ N
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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 lÃ−neas de dirección y de datos:
♦ Cuantas más lÃ−neas de dirección se tenga más cantidad de memoria se puede
direccionar o más dispositivos se pueden conectar.
♦ Cuantas más lÃ−neas de datos se tenga más cantidad de información se puede transmitir
a la vez.
Rapidez del reloj del bus.
LÃ−neas de interrupción
Además de las lÃ−neas de datos y dirección existen las lÃ−neas de interrupción. Los
dispositivos envÃ−an señales al procesador de manera asÃ−ncrona por estas lÃ−neas 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 vÃ−deo 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.
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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: envÃ−an los datos bit a bit. Versátiles y polivalentes
(ratones, escáneres, módems,...)
• Paralelo Centronics: envÃ−an datos byte a byte. Principalmente para
impresoras, discos, plotters.
Conexiones más modernas
◊ USB (Universal Serial Bus):
⋅ Simplifican la conexión de nuevos periféricos (tecnologÃ−as 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 caracterÃ−sticas 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 tÃ−picas 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 pÃ−xel, hay tantos como permita la resolución.
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⋅ Millones de colores por pÃ−xel.
◊ 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 pelÃ−culas). Valores tÃ−picos:
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 sÃ−mbolo 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 caracterÃ−sticas:
• 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 geometrÃ−a 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:
◊ FÃ−sicas: el propio disco fÃ−sico.
◊ Lógicas: una unidad fÃ−sica puede tener particiones. Cada una forma una unidad
lógica.
Formato de los discos
• Formato fÃ−sico: 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.
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Disquetes
Se puede extraer el medio de almacenamiento de tipo magnético. El formato de disquete más
difundido es el de 3½.
Se formatea fÃ−sica y lógicamente.
Discos ópticos
Son de sólo lectura (Compact Disc - Read Only Memory). La superficie de almacenamiento tiene
propiedades ópticas.
Es extraÃ−ble. Posee mayor capacidad de almacenamiento y mayor precisión en la lectura de datos.
Tipos: CD - ROM, WORM, regrabables.
Discos ópticos DVD
Nueva tecnologÃ−a para video, audio y datos. Posee mayor capacidad de almacenamiento y no está
definido el estándar todavÃ−a.
(No) se pueden grabar, (No) se pueden copiar.
Poseen un seguro especial. Usa compresión digital (fallas en la resolución final).
Capacidad y rendimiento
Dispositivo
Disco fijo
Diskette 3 ½
Disco óptico
DVD
Cinta DAT
Tarjetas controladoras de disco
Tiempo búsqueda
7.5 a 10 ms
300 ms
100 ms
100 ms
Muy variable
Capacidad
1 GB a 10 GB
TÃ−picamente 1.44 MB
680 MB
Hasta 17 GB
120 MB a 8 GB
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 extraÃ−ble que sólo permite acceder
secuencialmente a la información.
Es bastante lento. Empleado para copias de seguridad.
Discos para copias de seguridad
ZIP: 100 Mbytes.
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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.
CaracterÃ−sticas 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 lÃ−neas 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
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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
............
10
............
11