Computadores e informática

Apuntes de Informática
Introducción a los computadores
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Qué es una computadora?
1 . Introducción:
Informática es la ciencia que estudia el procesamiento informático de la información.
Computadora es una máquina digital (procesa información que son cadenas de 0 y 1) y
electrónica (todos sus componentes son electrónicos en estado físico) que procesa
información siguiendo las instrucciones de programas.
B us d e d a to s
Unidad
Cent ral de
P roc es os
M em oria
Secundaria
Dispos it iv os
P erif éric os
M em oria
P rincipal
B u s d e C o n t ro l
B u s de Dire ccio ne s
Estructura de un computador
Capacidades:
1. Operaciones de entrada de datos: Suministrar información.
2. Operaciones de salida de datos: Proporciona la información.
3. Operaciones de almacenamiento de datos: Hacer copias permanentes de información
en la computadora.
4. Operaciones de recuperación de datos: Recoger datos previamente almacenados en la
computadora.
5. Operaciones de transmisión de datos: Enviar información a otra computadora a través
de red.
6. Operaciones de recepción de datos: Recibir información de otra computadora a través
de red.
7. Operaciones de tratamientos de datos: Seleccionar, ordenar datos, realizar cálculos...
Hardware (HW) es la parte física de la computadora (soporte físico).
Software (SW) son los programas que permiten manipular la computadora (soporte
lógico).
El SISTEMA OPERATIVO es un programa o conjunto de programas que se utiliza para la
manipulación y gestión de la computadora. Sus funciones básicas son:
1. Asignación de tiempos de CPU.
2. Control y asignación de los recursos de la computadora (memoria y espacio de
almacenamiento).
3. Control de la entrada y salida.
4. Control de errores y protección.
5. Interfaz entre la computadora y el usuario.
Juan Alvarez Riera
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Introducción a los computadores
Los PROGRAMAS DE APLICACIONES son programas que aplican a la computadora a la
realización de tareas completas. Hay varios tipos:
1. Procesadores de texto: Generan texto (tipo de letra, márgenes, paginado etc.): Word97.
2. Hojas de cálculo: Crean tablas de datos relacionados entre si (análisis financiero).
3. Sistemas de gestión de bases de datos: Colección de datos almacenada en diversos
archivos (acceso, manipulación y recuperación de datos): Microsoft Access.
4. Herramientas CAD.
5. Juegos.
2. Estructura básica de un computador digital.
Perspectiva histórica:
1. Ábaco: En el 3000 a. C. Era digital.
2. En el siglo XVII Pascal construye una maquina que suma y resta. Era manual.
3. Leibnitz mejora la maquina de Pascal introduciendo la multiplicación y la división
pero seguía siendo manual.
4. En el siglo XIX Babbage introduce el concepto de programa externo.
5. En el siglo XX comienza “la era de la informática” debido a Von Newman y el
desarrollo de la electrónica. Von Newman aporta el funcionamiento y características
de una computadora. La electrónica aporta el programa interno, el programa y los
datos ya están residentes (el desarrollo del plan de Von Newman).
Von Newman hace un símil entre una panadería ideal y una computadora:
Panadería ideal
Compra productos
Elaboración del pan
Venta del pan
Almacén
Encargado
Panadero
Vendedor
Transportistas
Computadora
Entrada de datos
Acciones
Procesamiento de datos
Salida de datos
Unidad de memoria (UM)
Unidad de control (UC)
Unidad aritmetico-lógica Componentes
(UAL)
Unidad de entrada-salida
(E/S)
Buses
Concepto: Unidad de entrada y salida (E/S): Su función es comunicar la computadora con
el exterior (dispositivos periféricos).
Tipos de dispositivos periféricos:
1.
De entrada: Permiten introducir datos en la computadora (teclado, ratón ...).
2.
De salida: La pantalla, impresora, plotter...
3.
De entrada-salida: Permiten ambas cosas (módem).
4.
De almacenamiento: Disquetes, discos Zip...
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Concepto: Buses: Su función es actuar como líneas por las que circula la información digital
en el PC.
Tipos de buses:
1. De direcciones: Circulan por ellos direcciones.
2. De datos: Circulan datos.
3. De control: circulan señales de la unidad de control para activar circuitos.
La computadora ideada por Von Newman está compuesta por : unidad de control, ALU
(Unidad Lógico-Aritmética), memoria principal, entrada/salida.
3. Representación de datos.
3.1 Codificación de símbolos.
Los datos deben procesarse en un código o elementos materiales que sean asumibles por la
máquina. Estos elementos materiales son de tipo binario y cada elemento es capaz de
almacenar un bit o dígito binario. El código se basa en conduce o no conduce (corriente
eléctrica):
conduce
0
verdadero
no conduce 1
falso
Ejemplo: representamos elementos con dos letras de la A a la Z (25) . Se generan 252
elementos de dos bits.
Se esquematiza así : p = elementos, n = elementos de la base, b = base.
P = 252 ⇒ P = bn .
Representación binaria de elementos por codificación por campos:
Separa el código del campo.
A
B
C
D
E
0
0
0
0
0
campo
000
001
010
011
100
Código
a
b
c
d
e
1
1
1
1
1
campo
000
001
010
011
100
Código
El código de control ayuda a representar elementos especiales. Se ponen antes de los
elementos que se quieren modificar ( para acentuar letras). Acentoà101.
Ej.: Bebé à 001/100/001/101/100
Las unidades funcionales del computador suelen estar diseñadas para trabajar con una cadena
de n bits que suelen ser: el octeto (byte), palabra ....
3.2 Codificacion de números
3.2.1 Representación de números
Un número en decimal está representado en base 10. Cada dígito tiene un valor en función de
la posición que ocupa y es similar en todos los sistemas.
Ej: 437 = 4.102+3.101+7.100
En binario: 1101base 2à1.23+1.22+0.21+1.20 = 13base 10
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Para pasar de decimal a binario: se va dividiendo entre 2 sucesivamente cogiendo el resto de
abajo hacia arriba (el menos significativo).
13/2=6(1)/2=3(0)/2=1(1)/2=0(1) à 1101
Ejemplo :Vamos a pasar el número 77.187510 a base 2 :
a) Cogemos la parte entera, vamos dividiendo por la base, y tenemos en cuenta los
dígitos del resto, así como el último cociente:
77
2
17
38
2
1
18
19
2
0
1
9
2
1
4
2
0
2
2
0
1
Luego la parte entera seria Nentera=7710=10011012
b) Ahora cogemos la parte decimal , la vamos multiplicando por la base y vamos
teniendo en cuenta los dígitos enteros resultantes. Para el paso siguiente, obviamente, sólo
tendremos en cuenta la parte fraccionaria resultante.
0.1875
x
2
0.375
0.3750
x
2
0.75
x 2
0.5
x 2
0.75
1.5
1.0
Para obtener un nº impar el menos significativo debe ser un 1.
En BCD: (2n=10) Cada cifra se pasa a binario por separado.
Ej: 13 à 0001/0011 esto es BCD empaquetado porque los números se meten por el teclado
que utilizan 8 bit por carácter. Desempaquetado sería: 0000 0001/0000 0011. Debido a que se
utilizan 4 bits para representarlos se generan 16 combinaciones pero sólo se utilizan 10.
En AIKEN 2421: Los 0 y 1 corresponde a la posición de la suma de 2421.
0
1
2
3
4
0000
0001
0010
0011
0100
5
6
7
8
9
0101
1100
0111
1110
1111
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En BIQUINARIO 5421: (no cae)
En hexadecimal: la base es 16 así los dígitos permitidos son del 0-9 y A-F (0 a 15).
Conversión a binario: 16=24, cada 4 bits corresponde a un dígito hexadecimal.
Ejemplo: 11011011102=0011 0110 11102=36E16 =
En Octal: base 8, dígitos del 0-7.
Conversión a binario: 8=23, cada 3 bits corresponde a un dígito.
Ej: 11011112 = 001 101 1112 = 1578 =
1310=11012=0011012=158
⇒ Conversiones:
a) Conversión de decimal a octal:
Se hace de la misma manera que cuando pasábamos de decimal a binario pero
dividiendo y multiplicando ahora por la base b=8.
Ejemplo : N=9410
94
8
11
8
3
1
6
b) De decimal a hexadecimal: También de modo análogo a como lo hicimos en el
octal:
Ejemplo :
N=57210. ⇒ N=23C16
572
16
92
35
16
12
3
2
Nota: Para saber cuantos bits corresponden a cada dígito en la otra base se realiza la siguiente
operación: b1n=b2; así podemos coger n bits de la base 1 y representar dicho elemento en la
base 2 directamente. Ej: 011 1002=348=2810
23=8
0111002=0001 11002=1C16
24=16
Si no se puede completar el octal se añaden 0 a la izquierda.
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Tabla resumen de correspondencia.
Decimal
Binario
Hexadecimal
Octal
0
0000
0
0
1
0001
1
1
2
0010
2
2
3
0011
3
3
4
0100
4
4
5
0101
5
5
6
0110
6
6
7
0111
7
7
8
1000
8
10
9
1001
9
11
10
1010
A
12
11
1011
B
13
12
1100
C
14
13
1101
D
15
14
1110
E
16
15
1111
F
17
3.2.2 Representación de números enteros.
Complemento a 1 (CA1).
En este sistema los números positivos se representan como son. Para formar los números
negativos se sigue el algoritmo: -Aàbn-1-A , siendo b la base y n el número de dígitos
utilizados. En binario quedaría así: C1=2n-1-A , siendo C1 el número expresado en
complemento A1.
Básicamente se trata de cambiar del número en valor absoluto los 0 por 1 y viceversa.
Ej: 1010=010102
-1010=1000002-1-010102=101012 ßà -1010=(25)10-1-010102
Al sumar dos números negativos o uno positivo y otro negativo el resultado es una unidad
distinta al resultado correcto y se produce un bit de acarreo superior. Esto se soluciona
sumando ese bit de acarreo al bit menos significativo.
Ej: -3-8=-11 à 11100+10111=1 10011 = 10100
+9-4=+5 à 01001+11011=1 00100 = 00101
+4-1=3 à 0100+1110= 1 0010= 0011
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Complemento a 2 (CA2).
Los números negativos se representan restando de 2n el valor absoluto del número, siendo n el
número de bits empleados para expresar el número. –A=2n-A=C22
Otra manera es obtener el complemento a 1 y sumarle una unidad.
-510=(2510)2-001012=100000-00101=110112 ; 25=1000002
En este sistema no existe duplicidad en el cero y no presenta problemas para sumar números
de distinto signo.
Ej: +4-1=3 à 01002+11112=1 00112= 00112 ;donde –110≡00012≡11102≡11112=C22
Representación en exceso a Z:
Este formato se obtiene sumando Z (último elemento) al número en binario puro. Z=2n-1-(1);
n=bits A=|A2|+Z2.
En 8 bits hay 27=128 números para cada signo, en total 256 números. El bit de la izquierda (el
octavo) indica el signo (0=neg. y 1=pos.)
Ejemplo: n=5 y z=16 z=24=16
-810=100002+110002=010002
1510=100002+011112=111112
-1610=100002+100002=000002
3.2.3 Representación de números fraccionarios.
Esto números pueden ser representados por dos métodos:
• La coma fija que en 8 bits consiste en ponerla en un sitio determinado sin exponente.
----.---- No suele usarse y requiere memoria.
• La coma flotante consiste en la división de los n bits en dos partes:
Mantisa: contiene los dígitos significativos del número. m bits
Exponente: Indica el factor de escala, como una potencia de la base. e bits.
n = m + e ; A=mantisa.baseexponente
ej: 0,11101.2-4 = 0,000011101; 0,11101.24 = 01110,1
3.2.3.1 Representación de fraccionarios con coma flotante y mantisa entera.
Es poco usado. Se utiliza el exponente en exceso: 2e-1 y mantisa en binario puro con signo. Ej:
m=001000 e=101 ...x=8.21=1610; m=101000 e=001 ...x=-8.2-3=-110
3.2.3.2 Representación de fraccionarios con coma flotante y mantisa fracción. Normalización.
Los dígitos nulos a la derecha inmediata de la coma se eliminan ajustando el valor al
exponente. Ej: 0,00101.23 = 0,101.21
En base 2, el primer dígito es un 1, por lo que puede no representarse quedando como bit
implícito. De esta forma la mantisa tiene un bit más de los que pueden almacenarse en
memoria.
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Norma IEEE P754
El número de dígitos utilizados para representar un número admite dos variantes de precisión:
Signo
0 (1º bit) 0+,10 (1º bit)
Simple 32 bits
Doble 64 bits
Exponente
Mantisa
1---------------------8 9--------------------31
1--------------------11 12------------------63
Propiedades:
1. Usa mantisa sin ceros a la derecha de la coma, en binario puro sin signo.
2. El exponente se representa en exceso: 2e-1-1, es decir, en exceso 127,con simple y en
exceso 1023 con doble.
3. El 0 se representa como m=0 y e=0.
4. e = (255) 11111111, m ≠ 0 no tiene sentido (se llama NAN )
5. e = (255) 11111111, m = 0 es ∞ (con s=0) y -∞ (con s=1)
6. e = (0) 00000000, m=0 es 010
7. e = 01111111nota1 , m≠0 de la forma 0,m representan números próximos a cero (Especial).
Ej: -510: =-0101 à s=1; m=0101 à 1,01.22 ß010
Representamos al exponente en exceso (8 bits): 28-1-1=127
00000010 (2) exp .
+
01111111
10000001
< −127
exp .
quedaría: -510= 1|10000001|010000000000 ß 32 bits
para hacerlo al revés se resta 12810=100000002 al exponente.
–1,01.22 = -(0.2-1+1.2-2).4=-5
4. Sistemas de almacenamiento. (Memoria).
4.1 Funciones y requerimientos.
Contienen datos y programas para que se ejecuten en la CPU la cual requiere un acceso a la
memoria lo más rápida y grande posible. La evolución entre el coste y rapidez aumenta de
forma exponencial y entre capacidad y rapidez disminuye de forma lineal (por razones
tecnológicas).
Clasificación de las memorias atendiendo al coste y capacidad:
+
Coste
-
nota1
Capacidad
1.
2.
3.
Memoria principal: ROM, RAM, PROM, EPROM.
Memoria secundaria
Memoria auxiliar
+
Es la representación del 010 por exceso a 127
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4.2 Definiciones y unidades.
Tiempo de acceso/lectura: tiempo que transcurre entre la solicitud de leer un dato y cuando
esto se produce (llegada del dato al bus de datos).
Tiempo de escritura: tiempo que pasa entre la solicitud de guardar algo en un sitio y cuando
esto se produce.
Acceso aleatorio: es el acceso a cualquier dato directamente esté donde esté. Se tarda el
mismo tiempo en acceder a cualquier dato independientemente de la posición física que
ocupe. Se construyen con semiconductores
Acceso secuencial: para tener acceso a un dato hay que leer antes todos los datos que están
antes que él.
Unidades de memoria:
bit: cantidad de información mínima (0/1)
byte: 8 bits
palabra (Word): bytes que puedes procesar la CPU al mismo tiempo. (2, 4, 8 bits)
Kilobyte (KB): 210 bytes = 1024 bytes
Megabyte (MB): 220 bytes = 1048576 bytes
Gigabyte (GB): 230 bytes = 1073741824 bytes
Terabyte (TB): 240 bytes
4.3 Jerarquización de la memoria
La memoria más rápida se utiliza para las tareas más críticas.
Clasificación en orden descendente de rapidez:
Registros de la CPU ( 8 o 16 registros en un PC)
Memoria caché (∈ al chip de la CPU y a la placa base) 10ns., 1MB
Memoria principal [RAM] ( ∈ a la placa base) 60ns., 512MB
Memoria secundaria ( discos duros..) 10ms., 20GB
Memoria auxiliar 100ms (copias de seguridad).
Mediante unos algoritmos detecta los códigos a los que más se accede y las guarda según las
prioridades de almacenamiento. En la memoria caché se almacena lo que se usa más
frecuentemente y en la memoria principal lo que se está usando en ese momento.
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4.3.1 Memoria principal y caché.
Son circuitos electrónicos fabricados a base de silicio y encapsulados con líneas de entrada y
salida de señales.
Dirección
C elda
0
1
2
3
n-2
By te
n-1
Longit ud del b y t e
Estructura de la memoria
Clasificación:
• RAM: memoria de acceso aleatorio (lectura y escritura).
a) estáticas: el dato permanece inalterable hasta que se apaga el equipo.
b) dinámicas: la información se almacena en un condensador (es necesario que se lea y
escriba continuamente el dato).
•
ROM: memoria de acceso aleatorio (lectura, tiene los datos escritos de fábrica).
•
PROM: Programable ROM (proceso de escritura irreversible). Las PROM son
programming rom (como punto de memoria tienen fusibles). Salen vírgenes y luego se
programan a base de fundir los fusibles (0) o no fundirlos (1). Solo se puede hacer una
grabación
•
EPROM: memoria de lectura pero programable y de borrado por la luz. Las EPROM son
memorias rom en las que se puede programar y borrar. Para grabar hay que borrar la
información (utilizando luz ultravioleta) y luego se graba. Para ello se utilizan corrientes
eléctricas especiales. Admiten varios borrados y varias escrituras.
•
EEPROM: memoria de sólo lectura pero programable y de borrado. Las EEROM son
muy parecidas a las EPROM, pero con métodos diferentes. Se borran con tensiones
eléctricas especiales y no con luz ultravioleta. Admiten varios ciclos de borrado.
De solo lectura tenemos (ROM, PROM, EPROM, EEPROM y EAPROM). Son dispositivos
que salen ya grabados de fabrica. Excepto la ROM, en las demás si se puede grabar info Las
EAPROM son iguales que las EEPROM, pero no hace falta borrarlas, sino que se puede
simplemente modificarlas.
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4.3.2 Memoria secundaria
Son los discos duros: discos de aluminio recubiertos de material magnético (FeO). Un
esquema puede ser el siguiente:
Pista: surco de determinado espesor alrededor del disco.
Sector: mínima lectura posible en un disco. Es un trozo de pista.
Cluster: agrupación de sectores (entre 4 y 64).
Un disco duro se divide (compone) en pistas, sectores por pista y clusters, que deben ser
números enteros que combinados se acerquen a la capacidad máxima del disco duro. Un
mismo disco duro puede tener varios “discos” girando en paralelo. Un disco duro siempre está
girando a una velocidad que oscila de 3600 a 5400 rev/min. cuya cabeza lectora levita encima
del disco.
A rb o l
D is c os
C a be z al L ec to -Gra b ad o r
Esquema de disco duro magnético 1
P is ta 1
P is ta 2
…
…
P is ta n
…
…
S w itc h in g Gap
Esquema de disco magnético 2
Fragmentación: se debe a que al escribir datos en un cluster, este no se llena y por tanto no se
puede aprovechar para operaciones posteriores.
Hay dos tipos de fragmentación:
a) interna: no tiene solución
b) externa: hay programas que ordenan el disco duro y resuelven el problema.
Los discos flexibles actúan de la misma forma pero sólo giran cuando se realizan operaciones
en él. La cabeza lectora está más separada del disco y por eso son más lentos.
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La lectura y escritura se hacen por medio magnético (inducción):
cabeza grabadora
induce al disco.
disco induce
a la cabeza
lectora.
Lo que se busca en las memorias es que tengan una velocidad alta y gran capacidad.
Para mejorar estas características hay diferentes métodos:
1. Memoria cache: Aumenta la velocidad a través de registros que almacenan las
direcciones de las informaciones que se acceden con mayor frecuencia.
2. Memoria virtual: Se utiliza memoria secundaria para aumentar la capacidad.
3. Paginación.
4. Segmentación.
4.3.3 Memoria virtual : VMS
VMS : virtual memory system
Es la memoria utilizada del disco duro como memoria principal (RAM) y que es transparente
al usuario (memoria que utiliza Windows95 cuando se acaba la RAM). Esta memoria cuando
se necesita de verdad se pasa a la memoria principal para operar con ella. Esta memoria se
implementa de tres formas:
a) Memoria paginada: se divide la memoria utilizada del HD y la RAM en bloques de
tamaño fijo (páginas), y el sistema toma una de las páginas ocupadas en la RAM y la
sustituye por la que necesitamos de las del HD. Para acceder a un dato hay que cargar la
página entera. El inconveniente que tiene es que para acceder a datos pequeños se
manejan cantidades grandes de memoria.
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b) Memoria segmentada: El sistema segmenta ambas memorias pero los segmento no tienen
porqué ser iguales y finitos. Para coger un dato del segmento 8K, el sistema carga al HD
el segmento/s menos crítico de la memoria física para que quepa el dato y carga el
segmento de 8K entero. el inconveniente es que se puede meter un segmento del HD en
un segmento de la memoria física que puede ser mayor con lo que se desperdicia espacio
en la memoria física (fragmentación). Además de complicado es difícil crear un sistema
operativo que gestione esto.
c) Memoria segmentada y paginada: Cada segmento tiene un número entero y finito de
páginas, lo que implica un nº finito de segmentos que es más sencillo de controlar y es
más fácil que los tamaños de los bloques coincidan.
5 Unidad Central de Proceso:CPU
La CPU se compone de la ALU y la CU.
U nidad A ritm ét ica
y Lógica (U A L)
Flujos de C ontrol
Flujos de Dat os
C onex ión
con datos
al ex t erior
U nidad
de E/S
R egis tro
U nidad de
C ontrol (U C )
C onex ión
con cont rol
al ex terior
R egis tro
Estructura de la CPU
Unidad de control (UC): Sus funciones principales son:
1. Identificar cual es la instrucción y la operación que conlleva la instrucción.
2. Localizar los datos u operandos.
3. Desencadenar la ejecución de la instrucción.
4. Desencadenar el almacenamiento del resultado.
5.1 Unidad Aritmetico-Lógica: ALU
Su función es ejecutar la operación sobre los datos que recibe de la unidad de control. Solo
sabe las operaciones suma, resta, AND (‘y’ lógica) y OR (‘o’ lógica). Las demás operaciones
las realiza a través de programas.
Consta de dos partes:
1. Banco de registros: Se almacenan los datos que vienen de la unidad de control. Uno
de
los registros se llama acumulador que es donde se almacena el resultado.
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2. Operador: El que realiza las operaciones.
.
Los datos se almacenan en los registros,
van al operador, donde este devuelve un
resultado que va al acumulador.
Banco de
registros
Operador
Acumulador
Partes de la ALU:
Operadores: circuitos electrónicos digitales sencillos. Realizan todas las operaciones de la
ALU.
Banco de registros: (entre 8 y 16 ) es donde se almacena lo hecho en las operadores.
Acumulador: es donde se almacenan las operaciones realizadas por defecto. Para llevarlo a
un registro debe cogerlo de aquí.
Señalizadores
(flags): son memorias
cero → 1( z )


negativo → 1( N )

estados: 
acarreo → 1(c )

 desbordamiento → 1(V )

de
un
solo
bit.Se
utilizan
para
guardar
Secuenciador: forma parte de la ALU pero también de la unidad de control.Cuando una
operación se realice por repetición de otras, esta parte es lo que indica la secuencia de
realización de los operadores.
! Tipos de operadores: **VIP**
Operadores lógicos: (Algebra de Boole) Se definen mediante su tabla de la verdad. El
número de casos es finito por lo que se cumple la tabla de la verdad.
AND
•
X
0
0
1
1
Y
0
1
0
1
Z
0
0
0
1
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X
0
0
1
1
OR
+
X
1
0
NOT
XOR
⊕
OR exclusivo
No Y
NAND
NOR
Y
0
1
0
1
Z
0
1
1
1
Y
0
1
X
0
0
1
1
Y
0
1
0
1
Z
0
1
1
0
X
0
0
1
1
Y
0
1
0
1
Z
1
1
1
0
X
0
0
1
1
Y
0
1
0
1
Z
1
0
0
0
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Propiedades:
0+X=X
1+X=1
X +X=1
X+X=X
0*X=0
1*X=X
X*X=X
X *X=0
X+Y=Y+X
X*Y=Y*X
0+1=1
0+0=0
1+0=1
1+1=0
0+1=1
1+0=1
1+1=1
0+0=0
0*0=0
0*1=0
1*0=0
1*1=1
0*0=0
1*1=1
0*1=0
1*0=0
0+0=0=0+0
1+1=1=1+1
1+0=1=0+1
0+1=1=1+0
0*0=0=0*0
1*1=1=1*1
0*1=0=1*0
1*0=0=0*1
X*(Y*Z)=(X*Y)*Z
X+(Y+Z)=(X+Y)+Z
Operadores de desplazamiento: consisten en mover bits.
1. A la izquierda: los bits se mueven un puesto a la izquierda, se pierde el que está en el
extremo izquierdo y en el extremo derecho se pone un cero.
2. A la derecha.
3. Circulares a la izquierda: el bit de la izquierda pasa al extremo de la derecha moviendo
todos los demás bits que están en el medio.
4. Circulares a la derecha.
5. Aritmetico a la izquierda: como el 1. Pero se conserva el bit del signo (el que está más a
la izquieda).
6. Aritmetico a la derecha.
Operadores aritméticos: (cambio de signo).
Es util cuando tenemos 10011011 y tememos que pasarlo a 16 bits à 100000000 0011011
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5.2 La Unidad de Control
La unidad de control del computador es la encargada de interpretar, sincronizar y controlar
la ejecución de las instrucciones de los programas. Detecta señales de estado procedentes de
las distintas unidades, indicando su situación o condición de funcionamiento. Capta de la
memoria una a una las instrucciones del programa, y genera, de acuerdo con el código de
operación de la instrucción captada y con las señales de estado, señales de control dirigidas a
todas las unidades, monitorizando las operaciones que implican la ejecución de la instrucción.
La unidad de control contiene un reloj o generador de pulsos que sincroniza todas las
operaciones elementales del computador. El período de esta señal se denomina tiempo de
ciclo, y está comprendido aproximadamente entre nanosegundos y varios microsegundos,
dependiendo de la CPU. La frecuencia de reloj (que suele darse en millones de
ciclos/segundo, o Megahercios, abreviadamente MHz) es un parámetro que en parte
determina la velocidad de funcionamiento del computador.
Como se ha comentado anteriormente, una instrucción es un conjunto de símbolos que
representa una orden de operación o tratamiento para el computador. Un programa es un
conjunto ordenado de instrucciones que se dan al computador indicándole las operaciones o
tareas que se desea que realice.
Las instrucciones se envían desde la Memoria a la Unidad de Control, donde se interpretan y
se generan las señales de gobierno sobre los restantes bloques del sistema.
Tratamiento de las instrucciones
Inicialmente las instrucciones están almacenadas en la memoria principal de forma ordenada,
para ser ejecutadas una tras otra, de acuerdo con el orden establecido por el programa.
Únicamente las instrucciones de salto rompen dicha secuencia.
La unidad de control es el bloque del computador encargado de analizar e interpretar los bits
de los diversos campos de una instrucción. Descompone en campos a la instrucción para
efectuar un tratamiento independiente de cada uno. Tras la interpretación, se procede a
generar las señales de gobierno adecuadas para especificar al camino de datos: a) la operación
que debe llevar a cabo, b) los operandos de entrada y c) el lugar donde se debe dejar el
resultado.
Fases en la ejecución de una instrucción
Una instrucción típica puede descomponerse en cinco fases:
1ª Fase: Fase de búsqueda de la instrucción. En esta etapa se localiza el código binario de la
instrucción en la Memoria Principal. Un registro especial, llamado Contador de Programa
(PC), es el encargado de depositar en el bus de direcciones la dirección de la instrucción que
hay que ejecutar. Una vez que se ha decodificado dicha dirección en la Memoria, se lee la
posición correspondiente y su contenido se transfiere por el bus de datos e instrucciones a la
Unidad de Control.
2ª Fase: Fase de decodificación. La Unidad de Control interpreta el código binario de la
instrucción en curso que se ha recibido de la Memoria Principal.
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3ª Fase: Búsqueda de operandos. Tras el adecuado tratamiento de los campos del código de la
instrucción dedicados a los operandos fuente, la Unidad de Control determina el valor o la
situación donde se encuentran dichos operandos y ordena su búsqueda.
4ª Fase: Fase de ejecución. La Unidad de Control genera las señales de gobierno precisas
para que el Camino de Datos efectúe la operación correspondiente a la instrucción en curso.
La operación lógico-aritmética que se realiza en el Camino de Datos sobre los operandos
origina un resultado, llamado también operando destino.
5ª Fase: Escritura del resultado. El resultado obtenido tras la ejecución de la operación de la
instrucción con los operandos fuente se guarda, generalmente, en la Memoria Principal.
Bús queda
de
I ns t rucción
Ejecución
de
I ns t rucción
Increm ent ar
PC
Decodif icación
de I ns t rucción
6.0 Unidad de entrada y salida (E/S):
Su función es comunicar la computadora con el exterior (dispositivos periféricos).
Tipos de dispositivos periféricos:
1 De entrada: Permiten introducir datos en la computadora (teclado, ratón, lápiz óptico...).
2 De salida: La pantalla, impresora, plotter...
3 De entrada-salida: Permiten ambas cosas (módem).
4 De almacenamiento: Disquetes, discos Zip...
U nid ad d e E/ S
0
1
2
3
B us de
D irec c io ne s
MAR
B us de D a t os
M BR
n -1
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Clasificación de los dispositivos:
Tipo de E/S
Teclado
Ratón
Scanner
Impresora láser
Pantalla
Red de Area Local
HDD
Función
E
E
E
S
S
E/S
Almacena
Usuario
Humano
Humano
Máquina
Maquina
Maquina
Maquina
Maquina
Velocidad
0.01 Kb/s
0.02 Kb/s
200 Kb/s
100 Kb/s
30000 Kb/s
200 Kb/s
2000 Kb/s
La velocidad para hacer algo queda determinada por el dispositivo más lento que se utilice
porque hace de embudo.
Tiempo de respuesta: tiempo desde que entra una orden y la ejecuta.
Buses: Su función es actuar como líneas por las que circula la información digital.
Tipos de buses:
4. De direcciones: Circulan por ellos direcciones.
5. De datos: Circulan datos.
6. De control: circulan señales de la unidad de control para activar circuitos.
Esquema general de E/S:
CPU
CACHE
BUS DE DATOS
MEM
PRINCIPAL
CONTROLADORES DE
DISPOSITIVOS
CONTR. DISP CONTR. DISP
HDD
PANTALLA
Esquema de Comuncación física entre la CPU y los periféricos:
•
Ejecución de instrucción (codificada).
• dirección de E/S
• señales de control:
• sincrona: todos los periféricos con mismo tiempo de respuesta.
• asíncrona: lo contrario, necesario señalar el estado del periférico.
• Datos (obtenidos).
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DMA (Acceso directo a memoria), necesitamos:
• Dirección de memoria
• Tamaño de los bloques
• leer o escribir
Los periféricos demandan la atención de la CPU mediante las interrupciones que
desencadenan programas que paran la CPU.
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