Diapositiva 1 - Escuela de Ingeniería Electrónica

Escuela de Ingeniería Electrónica
Introducción a los
computadores
Introducción
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Estructura de
Microprocesadores
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Estructura de un computador
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computadores
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Estructura de
Microprocesadores
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Funciones básicas de un sistema operativo
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• ENTRADA – Reconoce la entrada del teclado o del mouse.
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• PROCESAMIENTO –- Se manipulan los datos de acuerdo a las
instrucciones del usuario.
• SALIDA – Envía datos a la pantalla del monitor o a la
impresora.
• ALMACENAMIENTO – Mantiene el registro de los archivos
para ser utilizados después. Ejemplos de los dispositivos de
almacenamiento son los discos fexibles y los discos duros.
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Bootstrap
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computadores
• Para que un sistema operativo corra, debe ser cargado
en la memoria RAM del computador.
• Cuando un computador se enciende, se ejecuta un
pequeño programa llamado cargador “bootstrap”
que se encuentra almacenado en el hardware
del computador.
• Específicamente, el “bootstrap” se almacena en el
chip BIOS, el cual reside en la tarjeta madre.
• Las funciones primarias del “bootstrap” son las de
probar el hardware del computador y localizar y cargar
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el sistema operativo en RAM.
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Autodiagnóstico al encendido
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• Para probar el hardware del computador, el programa
bootstrap corre un programa llamado power-on self-test
o POST. En esta prueba, la unidad central de procesos
(CPU) se prueba primero y luego los temporizadores del
sistema. El POST prueba la RAM escribiendo datos en
cada uno de los chips de memoria y luego leyéndolos.
Cualquier diferencia indica que hay un problema.
• Si el POST encuentra errores, envía un mensaje de
error al monitor. Si el POST encuentra errores que no
pueden enviarse al monitor, envía errores en forma de
"beeps."
• Una vez que el bootstrap ha realizado la prueba del
POST, este envía un beep y en la pantalla se despliega
un mensaje de carga del sistema operativo.
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Carga del sistema operativo
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• El siguiente paso del programa “bootstrap” es
localizar el sistema operativo y copiarlo en
memoria RAM.
• Cuando el bootstrap encuentra el sector de
booteo del sistema operativo, este se copia en
RAM y el programa “bootstrap” sede el control
del proceso al “boot record”.
• Cuando se cargan los archivos y se almacenan
en la RAM, él deja de utilizar el “boot record”.
El sistema operativo estaba almacenado en el
disco duro y ahora se encuentra bajo el control
del proceso de booteo.
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Tarjetas madre
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• Conocidas como “motherboard”, también son llamadas
como tarjeta del sistema (system board) o “main board”,
es crucial porque es el sistema central de cualquier
computador. Cualquier otra cosa en el sistema se
conecta a la tarjeta madre y está bajo su control, y
depende de ella para comunicarse con otros dispositivos
del sistema.
• Generalmente se encuentra en ella el CPU, la circuitería
de control, los buses, RAM, conectores para tarjetas
adicionales de expansión y puertos para dispositivos
externos. También contiene el CMOS, el ROM BIOS y los
circuitos de soporte para que todo el sistema opere
correctamente.
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Factores de forma de las tarjetas madre
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• Generalmente las tarjetas madre se describen por su
factor de forma, con el que se especifican sus
dimensiones físicas. Los dos factores de forma más
utilizados son:
– Baby AT
– ATX
• El ATX es similar al Baby AT, excepto por el número de
mejoras. La mayoría de los sistemas vienen con tarjetas
madre con factor de forma ATX.
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Componentes de la tarjeta madre
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• Algunos de los componentes en la tarjeta
madre son:
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–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
Sockets para fuente de alimentación
Socket para CPU
Sockets para expansión
Soporte para I/O
BIOS
Sockets para RAM
Chipsets
Chip CMOS
Dip switches y jumpers,
Memoria cache.
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Unidad central de procesos
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• El CPU es uno de los elementos más
importantes en el PC.
• En la tarjeta madre, el CPU está contenido en
un único circuito integrado llamado
microprocesador.
• El computador no puede operar sin un CPU.
• En algunas ocasiones se le llama el cerebro del
computador, el CPU contiene dos
componentes básicos:
– Unidad de control
– Unidad Aritmética y Lógica (ALU)
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Velocidad del procesador
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• Descripciones del CPU como Pentium 133,
Pentium 166, o Pentium 200 son bien
conocidas. Estos números son
especificaciones que indican la velocidad
máxima de operación a la que el CPU puede
ejecutar sus instrucciones.
• La velocidad del CPU no es controla por el
microprocesador, sino que por un reloj externo
localizado en la tarjeta madre.
• La velocidad del procesador es determinada
por la frecuencia de la señal de reloj.
Generalmente se expresa en megahertz (MHz),
a mayor número más veloz es el procesador.
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Conectores para expansión (Slots)
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• Los slots de expansión, también conocidos
como sockets, son elementos en la tarjeta
madre del computador para recibir tarjetas de
circuitos impresos adicionales.
• Todos los computadores tienen slots para
expansión que permiten conectar otros
dispositivos.
• Tarjetas de Video, tarjetas para I/O, tarjetas de
sonido, son ejemplos de componentes que
pueden localizarse en los slots de expansión.
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Slots de expansión
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• Los slots de expansión más comunes son:
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– Industry Standard Architecture (ISA )
– Peripheral Component Interconnect (PCI )
– Accelerated Graphics Port (AGP)
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Memoria de Acceso Aleatorio (RAM)
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• La RAM es considerada como temporal o memoria
volátil.
• El contenido de la RAM se pierde cuando se apaga el
computador.
• Los circuitos integrados de memoria RAM en la tarjeta
madre mantienen los programas y datos que el
procesador está procesando.
• En otras palabras, RAM es memoria que almacena
frecuentemente datos del usuario que son requeridos por
el procesador.
• La memoria RAM puede instalarse en la tarjeta madre,
de forma permanente o en circuitos integrados o en
módulos conocidos como: Single Inline Memory
Modules (SIMMs) o Dual Inline Memory Modules
(DIMMs).
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Memoria de acceso aleatorio (RAM)
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• Un SIMM se conecta en la tarjeta madre en conectores
de 72-pines o de 30-pines. Los pines se conectan al bus
del sistema, creando una ruta electrónica por donde los
datos de la memoria puede transitar a y de los
componentes del sistema.
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Memoria de acceso aleatorio (RAM)
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• Los DIMM se conectan en el banco de memoria
utilizando un conector de 168 pines. Los pines se
conectan al bus del sistema, creando un ruta eléctrica
por la que pueden fluir los datos entre los chip de
memoria y los otros componentes del sistema.
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Monitores
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• Por lo general los computadores se conectan a una pantalla,
llamada monitor.
• Algunos de los términos relacionados con los monitores son:
pixels, razón de refrescamiento, resolución, y tamaño.
– Pixels – son elementos de un cuadro. La pantalla esté formada por
(puntos diminutos), los cuales se arreglan en filas a lo largo de la
pantalla. Cada pixel consiste de tres colores: rojo, verde, y azul
(RGB).
– Dot pitch – es una medida de que tan cerca se encuentran los
puntos de fósforo en la pantalla. Entre más fino es el dot pitch se
cuenta con una mejor calidad de imagen, sun dimensiones está en
milímetros.
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Puertos de Entrada/salida
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• Todos los dispositivos periféricos (impresoras,
scanners, etc.) se pueden conectar al
computador utilizando los conectores que se
encuentran ubicados en la parte trasera del
computador, conocidos como puertos.
• En el computador hay diferentes tipos de
puertos que se utilizan para diferentes
propósitos.
• Un puerto (I/O) es una ruta de entrada y salida
del computador.
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Puertos de Entrada/salida
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Mouse COM 1
USB
Monitor Impresora
COM 2
Teclado
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Puertos seriales
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• Un puerto serial puede ser utilizado para
conectar dispositivos que utilizan una interfase
serial. Estos dispositivos pueden ser modems,
scanner, mouse, etc.
• Generalmente un PC puede identificar hasta
cuatro puertos seriales, pero un computador
típico contiene solamente dos, conocidos
como: COM1 y COM2.
• Un puerto serial transmite los datos bit por bit
sobre un solo conductor.
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Puertos paralelos
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• Un puerto paralelo es un socket en el
computador que puede ser utilizado para
conectar una impresora u otro dispositivo
como discos duros externos, tape backup,
scanner, o CD-ROM externos.
• El puerto paralelo contiene ocho líneas para
transmitir un byte completo a través de ocho
conductores en forma simultánea.
• Los puertos paralelos pueden configurarse
como LPT1, LPT2, o LPT3.
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Puertos PS/2
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• Los puertos PS/2 para el teclado o PS/2 para el
mouse son utilizados para conectar al PC el
teclado o el mouse.
• Aunque los dos puertos parezcan idénticos
para el mouse se utiliza el verde y para el
teclado el púrpura y no son intercambiables.
• Generalmente ambos puertos son codificados
por color o etiquetados para evitar la
confusión.
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USB y FireWire
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•
El bus Universal Serial Bus (USB) es un
puerto externo que permite a los
usuarios conectar hasta 127 periféricos
externos, incluyendo: teclados, mouses,
impresoras, modems, escanners y
discos externos.
•
FireWire, también conocidos como
i.LINK o IEEE 1394 es de alta
velocidad, un bus de plataforma
independiente para comunicaciones el
cual interconecta dispositivos digitales
como: cámaras de video digital,
impresoras, scanners, discos duros etc.
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Controladores EIDE y SCSI
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• El disco duro interno se conecta al controlador
del disco por medio de un cable plano.
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• El disco duro u otros dispositivos pueden
utilizar uno o dos tipos de controladores para
trabajar con el computador.
• Entre estos están:
– Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE)
– Small Computer System Interface (SCSI)
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Controladores EIDE
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• IDE reforzado (EIDE) es la interfase "nueva y
mejorada“ del Integrated Drive Electronics
(IDE).
• No confinada a 528 MB de datos del IDE 528
MB, la interfase EIDE puede manejar más de
8.4 GB.
• Mientras que el IDE puede manejar solo dos
dispositivos, el EIDE puede manejar hasta
cuatro utilizando dos cables IDE.
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Controladores SCSI
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•
El controlador de la interfase Small Computer Systems Interface
(SCSI ) fue desarrollada por Shugart Associates Standard Interface
(SASI).
•
Como el EIDE, los dispositivos SCSI tienen los controladores
electrónicos en cada una de las unidades.
•
La interfase SCSI estándar permite hasta siete dispositivos para ser
conectados en un mismo controlador. Si se conecta una tarjeta
SCSI, se pueden manejar hasta ocho dispositivos SCSI.
•
En estos dispositivos se incluyen los discos duros, unidades de CDROM, unidades de cinta, scanners, y dispositivos externos
intercambiables.
•
Cada dispositivo SCSI en la cadena, incluyendo la tarjeta
controladora se numera como: SCSI ID desde 0 hasta 7; #0 para el
dispositivo booteable (disco duro), y #7 para la tarjeta controladora
de SCSI.
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Unidad de disco duro
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• El HDD tiene mucho mayor capacidad de
almacenamiento que un disco flexible.
• Almacena los programas y archivos, así como el sistema
operativo.
• Generalmente, el HDD es una unidad interna que no
puede removerse del computador.
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Componentes de un disco duro
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• Todas las unidades de disco duro comparten algunos
elementos en común. Entre ellos tenemos:
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–
–
–
–
–
–
–
–
Disk platters
Cabezas para read/write,
Montaje para la cabeza,
Motor spindle,
Tarjeta con los circuitos lógicos
bezel/faceplate,
Jumpers para configuración,
Conectores para la interfase.
• El “Disk platters” es el medio en donde se almacenan los
datos en la unidad de disco duro.
• Las cabezas para Read/write son utilizadas para accesar el
medio. Los “disk platters” requieren una cabeza de read/write
por cada lado.
• El motor del “Spindle” gira los platos.
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computadores
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Componentes de la red modems
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•
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•
Un modem es la vía principal
para conectarse a Internet
utilizando un PC con el sistema
operativo Windows 9X por
medio de una conexión
telefónica
Un modem es un dispositivo
que convierte los datos digitales
utilizados por los computadores
a señales analógicas para ser
transmitidas por la red
telefónica, y convierte las
señales analógicas a digitales
para entablar la comunicación
recibida.
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Tarjeta de red
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• Una tarjeta de interfase de
red (NIC), se utiliza para
conectar un computador a
un grupo de computadores
tal que pueda compartir
los datos y los recursos en
un mismo ambiente de
red.
• Todas las tarjetas de
interfase de red se diseñan
para utilizar protocolos
Ethernet, token ring, etc.
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Solicitud de interrupción
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• Los computadores modernos y los sistemas operativos
deben su funcionalidad a la forma de organización en
que manejan sus transiciones.
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• Varios dispositivos de hardware, por ejemplo, necesitan
informar al CPU que tienen datos disponibles para ser
transferidos.
• El dispositivo le indica solicitando una interrupción o
IRQ.
• Es una regla general que los IRQs no pueden
compartirse.
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Solicitud de interrupción
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Acceso directo a memoria
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computadores
• Los canales para el acceso directo a memoria (DMA) permiten
a los dispositivos saltarse el procesador y accesar
directamente la memoria del computador.
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• Dispositivos con asignación de canales de DMA tienen
ventaja para transferir sus datos.
• Los canales de DMA son generalmente utilizados para la
comunicación de alta velocidad con dispositivos de
comunicación que requieren de grandes cantidades de datos.
• Ejemplos de estos dispositivos son:
–
–
–
–
–
Tarjetas
Algunas
Algunas
Algunas
Algunas
de sonido
tarjetas de red
tarjetas SCSI
unidades de disco
unidades de cinta.
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computadores
Direcciones de I /O
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• Los componentes de los computadores
necesitan ser asignados a diferentes
solicitudes de interrupción.
• Los números de los puertos I/O asignados
corresponden a una dirección de memoria
donde se encuentran las direcciones de los
programas que dan servicio a esos
dispositivos.
• Las direcciones de los puertos de I/O son muy
similares a las casillas de correo.
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computadores
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Direcciones de los puertos de I /O
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computadores
– 3F8 = COM1
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– 2F8 = COM2
– 3E8 = COM3
– 2E8 = COM4
– 378 = LPT1
– 278 = LPT2
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computadores
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Introducción a los
computadores
TARJETA MADRE
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BIOS
SISTEMA
OPERATIVO
APLICACION
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computadores
JERARQUIA DE OPERACIÓN EN UN PC
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TARJETA MADRE A
BIOS
TARJETA A
SISTEMA
OPERATIVO
APLICACION
TARJETA MADRE B
BIOS
TARJETA B
SISTEMA
OPERATIVO
APLICACION