Tema 3 - 2. Unidades funcionales de la computadora

Unidades Funcionales de la
Computadora
Unidad Central de Proceso
l
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l
Es el cerebro de la
computadora, el lugar donde
se manipulan los datos.
Cada CPU tiene dos partes
básicas: la unidad de control
y la unidad aritmético-lógica
En una microcomputadora, la
CPU entera está contenida en
un único chip llamado
microprocesador.
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CPU: Unidad de Control
l
l
Administra los recursos.
Regula el proceso entero de cada operación. Es la
que dice qué hacer con los datos y dónde colocarlos.
l Reconoce un conjunto de instrucciones. Cada una se
expresa en microcódigo, una serie de instrucciones
básicas.
l Cada comando de un programa se desglosa en
instrucciones de ese conjunto. Al ejecutarse se
convierten en microcódigo. Las computadoras
actuales pueden traducir y ejecutar millones de
instrucciones por segundo.
l Las CPUs pueden tener diferentes conjuntos de
instrucciones. Se agrupan en “familias” con conjuntos
de instrucciones similares.
CPU: Unidad Aritmético-lógica
(ALU)
l
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l
Cuando la unidad de control encuentra una
instrucción que implica aritmética o lógica,
pasa esa instrucción a la ALU.
Esta unidad tiene una serie de registros donde
se colocan los datos que se usan en cada
momento.
Por ejemplo, la unidad de control podría
cargar dos números desde la memoria en los
registros de la ALU y darle la instrucción a la
ALU de que divida los dos números o los
compare para ver si son iguales.
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Velocidad de proceso
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Diseño de los circuitos de la CPU.
Reloj del sistema.
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Tamaño de palabra.
Buses (vías de conexión).
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Hercios: ciclos por segundo.
Datos, direcciones y control.
Tamaño.
Velocidad.
Memoria caché.
Diseño de los circuitos
l
l
RISC y CISC son distintas categorías de diseño.
Difieren en el número de instrucciones básicas que
realiza el micro así como también en la complejidad
de tales instrucciones
l Los chips RISC trabajan más rápido con instrucciones
simples, en comparación con los CISC, pero son más
lentos para procesar información compleja.
l CISC (Complex Instruction Set Chip – Chip con
Conjunto de Instrucciones Complejos) es el diseño en
el cual se basan los chips Pentium aunque a partir de
Pentium II tienen más características en común con la
tecnología RISC.
l Los chips PowerPC de Motorola son verdaderos
procesadores RISC (Reduced Instruction Set Chip –
Chip con Conjunto Reducido de Instrucciones).
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Velocidad de reloj
l
En el micro, todas las partes internas trabajan en
sincronismo, gracias a un reloj interno
l Con cada ciclo de reloj (o pulso), el micro puede ejecutar
una instrucción del software.
l La velocidad de reloj es la cantidad de ciclos por segundo
generados (Hercios)
l Debido a la extrema dificultad de fabricar componentes
electrónicos que funcionen a las velocidades de MHz
habituales hoy en día, todos los micros modernos tienen 2
velocidades:
l
l
Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro
internamente: 450, 500, 750, 1000, 2800 MHz, etc.
Velocidad externa o de bus: la velocidad con la que se
comunican el micro y la placa base: 100, 133, 200, 233 MHz, etc
Tamaño de palabra
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l
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Es el tamaño de los registros de la ALU.
En los primeros procesadores estos registros
eran de 16 bits.
En la actualidad suelen ser de 32 e incluso
pueden llegar a 64.
El tamaño de los registros se conoce como
tamaño de palabra e indica la cantidad de
datos con los que puede trabajar la
computadora en cualquier momento.
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Buses del sistema
l
Son caminos de comunicación desde y hacia el
procesador
l Bus de datos (DBUS): transmite datos entre los
distintos módulos del sistema. Suele estar formado
por 8, 16 o 32 líneas diferentes.
l Bus de direcciones (ABUS): transmite la dirección de
donde tiene que leerse o escribirse el dato situado en
el DBUS.
l Bus de control: se utiliza para controlar el acceso y el
uso de las líneas de datos y de direcciones. Ejemplos
de señales de control:
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l
l
Escritura en Memoria
Lectura de memoria
Escritura de Entrada/Salida.
Lectura de Entrada/Salida.
Bus de datos
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Conecta CPU, memoria y resto de dispositivos hardware
de la placa madre.
Diseñado para igualar las capacidades de los dispositivos
conectados.
En 1980 IBM fabricó su primer PC, con un bus de 8 bits
conocido como XT que funcionaba a la misma velocidad
que el procesador Intel 8088
En 1984 salió al mercado un bus de datos de 16 bits
(para el INTEL 80286) que se convirtió en el estándar de
la industria. Se conoce como bus ISA (Industry Standard
Architecture).
Dos años más tarde, el INTEL 80386 podía transmitir a 32
bits. IBM desarrolló el bus MCA (Micro Channel
Architecture)
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Bus de datos
l
La arquitectura del bus MCA no era compatible con los
modelos de PC anteriores. Se propuso un nuevo bus
denominado EISA (Extended Industry Standard
Architecture).
l En 1990 VESA (Video Electronics Standards Association)
presenta el VESA Bus de 32 bits, que ofrece conexión de
datos rápida para el 80486.
l En 1992 Intel presentó el bus PCI (Peripheral Component
Interconnect) para integrar más fácilmente nuevos tipos
de datos como sonido, vídeo y gráficos, para su
procesador 80486. Tenía una velocidad de 20 mhz y
funcionaba a 32 bits. Actualmente cuenta con 64 bits y
velocidad de transferencia de 33mhz.
l En 1997, para mejorar el PCI en lo relativo a memorias de
vídeo, surge un nuevo estándar AGP (Accelerated
Graphic Port)
Bus de direcciones
l
Se encarga de conectar la CPU y la memoria RAM
indicando direcciones de memoria
l Habitualmente cada byte de memoria tiene una
dirección. En este caso, el número de cables del bus
determina el tamaño máximo de la memoria.
l Los primeros PCs tenían un bus de direcciones de 20
bits, de manera que podían direccionar 2 20
direcciones de memoria (1MByte de datos).
l En la actualidad la mayoría de las CPU tienen buses
de direcciones de 32 bits, de manera que pueden
direccionar 4GBytes de memoria RAM.
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Memoria caché
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Uno de los trabajos que más tiempo consumen a la CPU
es el movimiento de datos entre los registros de la CPU
y la RAM, ya que ésta es mucho más lenta que la CPU.
Se incluye una pequeña memoria caché en la CPU,
similar a la RAM pero mucho más rápida.
Guarda los datos que tienen más probabilidad de ser
utilizados por la CPU.
Además de esta caché incorporada en la CPU, también
se puede agregar otra caché a la placa madre.
Algunas computadoras aceleran ciertas operaciones
agregando a la CPU un coprocesador matemático
especialmente diseñado para tratar con datos numéricos
en coma flotante y libera a la ALU de ciertas
operaciones que éste puede realizar a mayores
velocidades.
Memoria Principal
l
La CPU no tiene la capacidad de
almacenar programas enteros o
conjuntos grandes de datos.
l En los registros de la CPU sólo se
pueden conservar unos cuantos
bytes a la vez.
l Para completar esta carencia de la
CPU está la memoria principal.
l Hay dos tipos de memoria
principal: permanente (no volátil) y
no permanente (volátil).
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ROM
l
Los chips no volátiles siempre guardan
la misma información; la grabación se
hace en fábrica, con aparatos
especiales, antes de ser colocados en
las computadoras.
l Como estos datos sólo se pueden leer, a esta memoria
se le da el nombre de ROM: Read-Only Memory
(memoria de sólo lectura).
l La información guardada en la ROM le dice a la
computadora qué hacer cuando se enciende. Entre
otras cosas, contiene un conjunto de instrucciones de
inicio que aseguran que el resto de la memoria está
funcionando correctamente, verifica los dispositivos de
hardware y busca un sistema operativo en las unidades
de memoria auxiliar.
RAM
l La parte de la memoria principal que se puede
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modificar es la RAM –Random-access memory
(memoria de acceso aleatorio).
El propósito de la RAM es conservar programas y
datos mientras están en uso.
La RAM estándar es volátil.
Para buscar un dato en esta memoria no es necesario
leerla toda. Se puede acceder directamente a un dato
sabiendo su dirección en la memoria.
La cantidad de RAM influye en la potencia de la
misma:
l Cuanto mayor sea, se pueden utilizar programas más
grandes que pueden acceder a archivos de datos más
grandes.
l También afecta a la velocidad, ya que cuanto mayor
sea la parte de un programa que cabe en la memoria,
más rápido se ejecutará.
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Periféricos
Periféricos de ENTRADA
• Teclado
•Ratón
• Trackball
• Trackpad
• Trackpoint
•JoyStick
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Teclado
l Teclado principal: Contiene los caracteres alfabéticos,
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l
l
numéricos y especiales. Se suele llamar QWERTY debido
a que estas son las primeras teclas de la fila superior.
Además de las letras y los signos de puntuación, se
incluyen en este grupo teclas modificadoras: Shift, Control
y Alt en Pcs y Shift, Control, Option y Command en
Macintosh.
Teclas de desplazamiento del cursor.
Teclado numérico.
Teclas de función: Habitualmente ordenadas en una
hilera en la parte superior del teclado. Permiten darle
ciertos comandos a la computadora. El propósito de cada
tecla de función depende del programa que se esté
utilizando.
Además, los teclados incluyen cuatro teclas de propósitos
especiales: Esc, Impr Pant, Bloq Desp y Pausa.
Ratón
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Constituido por una bola que puede girar
libremente, y se acciona haciéndola rodar
sobre una superficie plana.
l En el momento de activar el ratón, se asocia
su posición con la del cursor en la pantalla.
Si desplazamos sobre una superficie el ratón,
el cursor seguirá dichos movimientos.
l Variaciones:
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l
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“Trackball“: la bola está fija y se hace girar con los
dedos.
“Trackpad”: con una superficie sensible al tacto
sobre la que se desliza el dedo.
“Trackpoint”: una pequeña palanca y dos botones.
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Periféricos de ENTRADA
• Lápiz
• Escáner
• Pantalla táctil
• Micrófono
•Entrada de vídeo
• Lector de códigos
de barras
•Cámara digital
Periféricos de SALIDA
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Monitor
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Impresora
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Sistema de sonido
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Almacenamiento secundario
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Necesario para disponer de mayor capacidad
a un precio asequible
Los datos son legibles por la máquina pero no
directamente por el usuario
Para acceder a esos datos se requiere un
paso previo por la memoria
Características:
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Reutilizabilidad
Elevada capacidad
No volátiles
Más económicos que la memoria principal
Tipos de soportes
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Magnéticos
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Ópticos
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Disquetes (hasta 1,4 MB)
Discos duros (IDE y SCSI)
Zip Iomega (100MB)
Jaz (hasta 2 GB)
Magneto -ópticos (hasta 4,6 GB)
Cintas de back-up (más de 4 GB)
CD-ROM (650 MB)
DVD (4,7 GB y 8,5 GB doble capa)
Memoria Flash
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Disquetes
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Poca capacidad
l Llevan tiempo como soporte
de almacenamiento estándar
l Tamaño (pulgadas) y
capacidad:
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8’’ - 1 KB
5,25’’ – 360 KB y 1,2 MB
3,5’’ – 720 KB y 1,44 MB
CD y DVD
Dos soportes muy utilizados en la
actualidad, ya que los lectoresgrabadores ya son estándar en
cualquier equipo. La mayoría de los
CDs pueden almacenar 650 MB y los
DVDs 4,7 GB los de simple capa y 8,5
GB los de doble capa (esta capacidad
se puede duplicar al hacerlos de doble
cara, es decir, escribiendo en las dos
caras del DVD).
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Otros dispositivos de
almacenamiento secundario
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