Capítulo 2 - Escuela de Ingeniería Electrónica

Escuela de Ingeniería Electrónica
Capítulo 2
Como funcionan los
computadores
Ing. José Alberto Díaz García
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AGENDA
™ Proceso de booteo
™ Componentes de hardware
™ Componentes de memoria
™ Componentes de display
™ Conectores
™ Sistemas de almacenamiento
™ Componentes de red
™ Recursos del sistema
™ Dispositivos externos
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Funciones básicas de un sistema operativo
™ ENTRADA – Reconoce la entrada del teclado o del mouse.
™ 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
™ 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 el sistema
operativo en RAM.
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Autodiagnóstico al encendido
™ 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
™ 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
™ 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
™ 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
™ 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
™ 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
™ 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)
™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
™ Los slots de expansión más comunes son:
‰ Industry Standard Architecture (ISA )
‰ Peripheral Component Interconnect (PCI )
‰ Accelerated Graphics Port (AGP)
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Memoria de Acceso Aleatorio (RAM)
™ 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)
™ 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)
™ 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
™ 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
™ 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
Mouse COM 1
Monitor Impresora
COM 2
USB
Teclado
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Puertos seriales
™ 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
™ 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
™ 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
™ 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
™ El disco duro interno se conecta al controlador del disco por medio
de un cable plano.
™ 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
™ 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
™ 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 CD-ROM,
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
™ 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
™ Todas las unidades de disco duro comparten algunos elementos en
común. Entre ellos tenemos:
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
‰
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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Componentes de la red modems
™ 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
™ 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
™ Los computadores modernos y los sistemas operativos
deben su funcionalidad a la forma de organización en que
manejan sus transiciones.
™ 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
™ Los canales para el acceso directo a memoria (DMA) permiten a los
dispositivos saltarse el procesador y accesar directamente la memoria
del computador.
™ 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 de sonido
Algunas tarjetas de red
Algunas tarjetas SCSI
Algunas unidades de disco
Algunas unidades de cinta. Ing. José Alberto Díaz García
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Direcciones de I /O
™ 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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Direcciones de los puertos de I /O
‰ 3F8 = COM1
‰ 2F8 = COM2
‰ 3E8 = COM3
‰ 2E8 = COM4
‰ 378 = LPT1
‰ 278 = LPT2
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