Características y configuración de los equipos informáticos

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1 ELSIS09_010_INF_V02.WPD 18/10/2009 UNIDAD DE TRABAJO 1 Características y configuración de los equipos informáticos Profesor: Andrés Maroto Abad Ciclo Formativo: Desarrollo de Productos Electrónicos 1º Módulo Profesional: ELECTRÓNICA DE SISTEMAS Curso académico: 2009/2010

2 ÍNDICE UNIDAD DE TRABAJO 1. CARACTERÍSTICAS Y CONFIGURACIÓN DE LOS EQUIPOS INFORMÁTICOS. CAPÍTULO 1. HISTORIA Definiciones Desarrollo histórico Generaciones. CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA Y UNIDAD CENTRAL Recogida y estudio de información Esquema de sistema informático genérico Definiciones Unidad central CAPÍTULO 3. MEMORIAS Introducción Memoria Caché Memoria interna ROM RAM Mapa de memoria. CAPÍTULO 4. MEMORIA EXTERNA (MAGNÉTICA) 4.1. Breve introducción al magnetismo Disco flexible (floppy-disk o disquette) Disco rígido o duro (harddisk) Cinta (streamer) Otros CAPÍTULO 5. MEMORIA ÓPTICA Y MAGNETO-ÓPTICA CD-ROM Introducción Elementos externos de la unidad lectora Funcionamiento Unidades lectoras y grabadoras Diferencias entre un CD-DA y un CD-ROM Memoria Magneto-óptica. CAPÍTULO 6. Periféricos de entrada PERIFÉRICOS DE ENTRADA TECLADO RATÓN BOLA JOYSTICK GLIDE POINT PANTALLA TÁCTIL OTROS PERIFÉRICOS DE ENTRADA TABLETAS GRÁFICAS LÁPIZ ÓPTICO LECTORAS LECTORAS DE FICHA PERFORADA LECTORAS DE CINTA PERFORADA LECTORAS DE CÓDIGOS DE BARRAS VOZ IMAGEN (ESCÁNER o SCANNER). CAPÍTULO 7. PERIFÉRICOS DE SALIDA I: PANTALLAS Pantalla Introducción Descomposición de la imagen TRC (Tubo de Rayos Catódicos) Cristal Líquido (LCD: Liquid Cristal Display) Placas Gráficas. 1

3 CAPÍTULO 8. PERIFÉRICOS DE SALIDA II: Impresoras, Plotter y Sonido IMPRESORA Introducción Clasificación general de impresoras Impacto No impacto EQUIPOS MULTIFUNCIÓN PLOTTER SONIDO MULTIMEDIA. CAPÍTULO 9. COMUNICACIONES SERIE (RS-232) PARALELO (CENTRONICS) USB 9.4. FIREWIRE 9.5. INFRARROJOS 9.5. BLUETOOTH CAPÍTULO 10. ELEMENTOS COMPLEMENTARIOS Fuente de alimentación Reloj Memoria RAM CMOS Buses. GLOSARIO. BIBLIOGRAFÍA. 2

4 UNIDAD DE TRABAJO 1. CARACTERÍSTICAS Y CONFIGURACIÓN DE LOS EQUIPOS INFORMÁTICOS. CAPÍTULO 1. HISTORIA Definiciones. En primer lugar nos preguntamos: Qué hace este tipo de máquinas?. De las palabras que utilizamos para designarlas tratamos de obtener su función: Ordenador: ordena. Computador: realiza cálculos. En general podemos decir que estos sistemas almacenan y recuperan información tratándola y relacionándola para obtener unos resultados deseados. Las definiciones tomadas de un diccionario, en las que se ha marcado en negrita la acepción más próxima a lo que tratamos en esta materia, son las siguientes: ORDENADOR, RA. adj. Que ordena. Ú. t. c. s. Máquina electrónica dotada de una memoria de gran capacidad y de métodos de tratamiento de la información, capaz de resolver problemas aritméticos y lógicos gracias a la utilización automática de programas registrados en ella. COMPUTADOR, RA. adj. Que computa o calcula. Ú. t. c. s. m. y f. Calculador o calculadora, aparato o máquina de calcular. analógico. Aparato computador cuyos componentes se ajustan de modo que sus leyes físicas de funcionamiento sean análogas a las leyes matemáticas de proceso que se trata de estudiar. digital. Aquel en que todas las magnitudes se traducen en números, con los cuales opera para realizar los cálculos. electrónico, ca. Aparato electrónico que realiza operaciones matemáticas y lógicas con gran rapidez. híbrido. El compuesto de una parte analógica y otra digital y que aprovecha ópticamente las características de ambas Desarrollo histórico. Desde muy antiguo el hombre ha utilizado elementos de ayuda para realizar los cálculos que ha necesitado. Según ha ido evolucionando la complejidad de procesos y los conocimientos se han ido desarrollando dispositivos cada vez más avanzados. Para almacenar información labró piedras, pintó, escribió sobre pieles de animales e inventó la imprenta. En lo que se refiere al cálculo se ayudó de piedras (calculus en latín) y en oriente, hace unos años, los chinos idearon el ábaco, que son ristras de cuentas ensartadas en varillas, que se mueven de derecha a izquierda. Aún hoy se sigue usando en oriente. Suele mencionarse siempre al «prehistórico» ábaco como el primer eslabón en la historia de los ordenadores. Pero desde éste hasta el siglo XVII no se desarrolló ningún nuevo artilugio para efectuar cálculos numéricos. Hacia 1620, el alemán Wilhelm Schickar diseñó una máquina que podía restar y sumar automáticamente y multiplicar y dividir semiautomáticamente, mediante engranajes. El siguiente paso lo dio Blaise Pascal ( ), hacia 1642, con su rodillo sumatorio (que también podía hacer restas), basado en relaciones de engranajes. A finales de ese siglo, 1694, Leibniz ( ) (que fue el primero en plantear el sistema binario) diseña una máquina ampliando los estudios de Pascal. Esta máquina, además de sumar y restar, también multiplicaba, dividía e incluso extraía raíces cuadradas. Debido a la falta de tecnología de esa época la difusión de esta máquina fue escasa. 3

5 En el siglo XVIII se Jacques Vaucanson construyó algunos autómatas que recogían la tradición de los relojeros de incluir figuras en movimiento, como el "pato" que, en 1738, se hizo célebre y que movía las alas, comía y digería los alimentos. En los primeros años del siglo XIX, el francés Charles Jacquard ( ) desarrolló un sistema de tarjetas perforadas para controlar el dibujo en la fabricación de telas. Por aquella época, Charles Babbage, considerado el padre del cálculo digital moderno, trabajaba en Inglaterra sobre lo que más tarde serían varias ideas revolucionarias. En 1832 inventó la máquina de las diferencias para generar tablas astronómicas y logarítmicas de seis posiciones. Usó un grupo de máquinas de sumar conectadas, capaces de calcular valores sucesivos de funciones algebraicas, para lo que utilizó la técnica del cálculo de diferencias sucesivas. De ahí el nombre de máquina de las diferencias. Pero sus diseños iban más allá de las posibilidades mecánicas de la época. Sin embargo, a él se debe el que se considera segundo paso en la historia del cálculo mecanizado: el concepto de que se puede programar un instrumento de cálculo, de tal manera que realice una larga serie de operaciones aritméticas y de decisiones sin intervención humana. Hasta ese momento, las máquinas sólo podían hacer un cálculo cada vez. En 1822 establece los principios de funcionamiento de los ordenadores en un proyecto de máquina denominada "máquina diferencial", que podía resolver polinomios de hasta 8 términos y en 1833 presenta un nuevo proyecto, la "máquina analítica", que puede considerarse un antecedente directo de los ordenadores electrónicos. No pudo construirse debido a las limitaciones constructivas en la precisión de los elementos mecánicos. En 1845 George Boole, que era un matemático plantea en una obra "las leyes del pensamiento". El siguiente paso se debe al norteamericano Herman Hollerith ( ), quien, a finales del siglo XIX, y motivado por la necesidad de completar el censo norteamericano de 1890, desarrolló una máquina de tabular sencilla, que integraba muchas de las ideas de los inventos más primitivos, especialmente el telar de Jacquard y las tarjetas perforadas usadas por los ferrocarriles. Para vender estas máquinas se fundó la Tabulating Machine Company que en 1911 se fusionó con otras compañías para fundar otra, que posteriormente, en 1924, cambiaría su nombre por el de International Bussines Machines (IBM). Konrad Zuse, que nació en 1910, hacia finales de los años 30 inventó el primer ordenador de la historia, basado en relés, llamado Z1, al que siguieron Z2, Z3 y Z4. La Segunda Guerra Mundial le impidió desarrollar sus trabajos de forma adecuada. Casi al mismo tiempo, en 1944, Howard Aiken, de la Universidad de Harvard, diseñó una máquina electromecánica (utilizando relés) de cálculo automático para resolver ecuaciones diferenciales, a la que se llamó MARK I. El primer ordenador electrónico digital fue el ENIAC ( ), que no tenía partes mecánicas, contadores ni engranajes. Contaba con resistencias, condensadores y válvulas termoiónicas. Consumía muchísima energía eléctrica y despedía un enorme calor. Además, era necesaria una tediosa secuencia de contactos eléctricos para cada operación que el ordenador tuviese que ejecutar. A la máquina había que programarla y la dificultad estaba en hacerla pasar de un programa a otro. El cambio de programa era muy difícil. Se podría intentar un nuevo sistema que permitiese programarla con mayor rapidez (mediante cintas perforadas, por ejemplo), pero entonces, según Evans, la idea de von Neumann: lo que debía hacerse era almacenar los diversos programas en el interior del mismo ordenador. Con ello, la máquina puede pasar de un programa a otro en una fracción de segundo, en lugar de depender de la lentitud de un programador humano. En segundo lugar (y éste es el punto más importante, con mucha diferencia sobre todos los demás) esto significaba que los distintos programas integrados en el interior del sistema podían entrelazarse e interactuar unos con 4

6 otros. Cada programa -si los necesitaba- podría utilizar los demás programas. A partir de ese momento, las computadoras dejaron de ser talleres rápidos, pero aptos para realizar un único tipo de trabajo, para convertirse en sistemas dinámicos y flexibles, capaces de procesar datos y de realizar, con gran rapidez, multitud de tareas diversas. Fue un salto conceptual, en el cual la capacidad real de las computadoras pasó de lo finito a disponer de una capacidad potencialmente infinita. Es decir, lo fundamental en un ordenador no es la velocidad ni la capacidad, sino la facultad de hacer cosas distintas, lo que resulta posible, precisamente, por la capacidad que tiene de ser programado. Con ello, los ordenadores dejan de ser máquinas limitadas a realizar trabajos de cálculo rutinario y se convierten en suministradores de información. Al mismo tiempo, esto supone que el ordenador contiene en sí la semilla de su propio crecimiento y de su progreso tecnológico Generaciones. A partir de este momento se habla de generaciones, lo que permite establecer la idea de evolución, aunque pueda ser un tanto artificial, ya que los avances no han coincidido con las decenas de años, tal como se plantea a continuación. Primera generación (años 50). Ordenadores a válvulas. Programación en código máquina. Tarjeta perforada. IBM 650 (en 1954). El Gobierno de USA compró 50. Segunda generación (años 60). Ordenadores con transistores. Algunas rutinas de ayuda en las tareas de entrada/salida y de almacenamiento (IOCS: Input Output Control System). Lenguaje COBOL Tercera generación (años 70). Ordenadores con circuitos integrados de bajo nivel de integración. Aparece el concepto de Sistema Operativo, siendo uno de los más conocidos el sistema IBM 360 (acaparó en 70% del mercado del momento). Se incorporan los primeros compiladores. Multiprogramación. Cuarta generación (años 80). Ordenadores con circuitos integrados de alta densidad de integración. Aparición del PC (finales del año 1980). Diversos tipos de ordenadores y diversos tipos de sistemas operativos. Se utilizan el CP/M y el MS-DOS en ordenadores pequeños. Sistemas operativos ligados a marcas: p.e. VAX de DIGITAL. Primeras versiones de UNIX (con adecuaciones como XENIX). Quinta generación (años 90). Ordenadores con circuitos integrados más densos y avances muy importantes en el soporte lógico como en los sistemas operativos basados en gráficos (WINDOWS, en sus diversas versiones). Procesamiento paralelo. Interconexión de los ordenadores mediante redes. "Explosión" de Internet. Inteligencia artificial. CAPÍTULO 2. ARQUITECTURA Y UNIDAD CENTRAL Recogida y estudio de información. Recogida de información. Como primer acercamiento a los Sistemas Informáticos se considera de interés recopilar la información disponible. En la actualidad esta información es muy abundante ya que los sistemas informáticos tienen una amplia difusión, 5

7 siendo un elemento más dentro de la electrónica de consumo. La información se puede conseguir de los periódicos diarios o de las revistas específicas, sobre informática o sobre la compra de ordenadores. También se puede conseguir abundante información en las tiendas que venden estos sistemas. Una vez recopilada la información que aparece en la prensa o los folletos de las tiendas se puede establecer una clasificación con los temas en los que se hace hincapié. Los temas que aparecen en la propaganda pueden clasificarse de la siguiente manera: A) Soporte físico (hardware) [CPU, Memoria, Disco duro, CDROM/DVD, Monitor, Módem, Impresora, Escáner, etc.] Soporte físico/ Hardware: Ordenadores: Sobremesa, Portátiles, PDA CAJA // TORRE // CPU - Procesador: Intel Core Duo. Intel Pentium IV (2,4; 3; 3,2; 3,4 GHz). Celeron. AMD (K6, K7, Athlon XP 3200). AMD Sempron. Cyrix/IBM 6x86MX. 32 bits, 64 bits. FSB 800 MHz. - Placa base: Intel Triton. SEATTLE, Chipset TX. SE 440 BX, AL440LX, ATX. VIA 133 MHz, BUS a 133 Mhz, 400 Mhz. Gigabyte - RAM: 1, 2 4 GBytes. SDRAM, SIMM, DIMM, RIMM, EDO. DDR2, Ampliable. - Memoria Cache: 1 MB, 2 MB. SRAM - Disco duro: 160, 200, 500 GB. 1 TB rpm, rpm. - Controladora: IDE (LBA), UDMA (Ultra DMA), SCSI. SATA (Serial ATA). PATA (Paralel ATA). - Placa gráfica: VGA, SVGA, x D. AGP.RIVA TNT; ATI FURY 128 MB, Salida TV; Voodoo III, 3D FX, 3000 AGP, 16 MB. nvidia GeForce FX MB. Radeon MB. - Grabadora de DVD: +R,-R, Dual. Doble capa. 16x - Multimedia: Placa se sonido Sound Blaster 16 / 32 / 64 / 128 PCI. - Comunicaciones: Serie, Paralelo, USB (1.1, 2.0). Firewire. Bluetooth. Tarjeta de red Ethernet 10/100. Tarjeta de red inalámbrica (WI-FI). - Sintonizadora TV-Tuner - Capturadora Video PERIFÉRICOS BÁSICOS - Pantalla: Tipo: Pantalla TFT /Monitor TRC Tamaño: 15", 17", 20", 21" Pitch: 0,28, 0,26, Entrelazado/No entralazado. Digital/Analógico. Baja radiación. 6

8 - Teclado: PS/2. Ergonómico, número de teclas (105). Para Windows. Inalámbrico - Ratón: Serie, USB, Infrarrojos. 2/3 teclas. Óptico. Inalámbrico - BUS: ISA, VESA, PCI, AGP, OTROS ORDENADORES - Portátiles - Netbooks - PDA (Palm Top) (+ GPS) - Estaciones de trabajo - Ordenadores de a bordo para coches OTROS PERIFÉRICOS - Impresoras: Inyección o Láser. Color. Blanco y Negro ppp. 10 p.p.m. - Escáner: Color/Blanco y negro. Resolución. - Multifución Impresora, Escáner, Fotocopiadora, FAX - WI-FI: Punto de acceso. Tarjetas para portátiles. - Varios: Web-cam. Cámara digital. Pen Drive - MP3. Multilector de tarjetas de memoria B) Soporte lógico (software) [Sistema Operativo, Aplicaciones, Antivirus, Juegos, Enciclopedias, etc] Soporte lógico/ Software: Sistemas Operativos: - WINDOWS 98/ME (Millennium Edition)/ XP HOME EDITION /VISTA/ W.7 - WINDOWS XP PROFESSIONAL EDITION - WINDOWS NT/2000/2003 (Workstation/Server) - UNIX (SOLARIS) - LINUX - Jaguar, Leopard (Mac OS 10.2) Programas (aplicaciones): -Oficina: OFFICE 97/2000/XP/2003/2007/2010 ; Open Office(procesador de texto, hoja de cálculo, correo electrónico, presentaciones, etc.), Open Office - Grabadores: Nero - Antivirus: Panda, Bit Defender - Juegos - Enciclopedias - Cursos: Idiomas, Matemáticas,... C) Formación [Academias, Universidades, Cursos,...]. Formación: -Principalmente en el ámbito del software. - Sistemas operativos: Windows (2003), UNIX 7

9 - Ofimática - Programación: C, C++, Java, Visual Basic,... - Internet: HTML, Páginas WEB,... - Cursos de redes D) Ofertas de trabajo en este campo - Técnicos - Experiencia De la información recogida de una primera observación de un sistema informático basado en el ordenador personal podríamos establecer un esquema básico según se recoge en la figura siguiente. Este esquema nos permitirá estructurar la materia y será una guía para el estudio ESQUEMA DE SISTEMA INFORMÁTICO GENÉRICO +)))))))))))))))))))))))), *PERIFÉRICOS DE SALIDA * * - Pantalla (TFT/Mon) * * - Impresora * * + Inyección * * + Láser * * + Matricial * * + Térmica * * - Trazador gráfico * * - Sonido * * - Multimedia *.))))))))))))0)))))))))))- +)))))))))))))))), +))))))))))))2))))))))))), +))))))))))))))))))))))), * COMUNICACIONES * *UNIDAD CENTRAL * *MEMORIA EXTERNA * * * * * * * * - Serie * * - CPU (µp) * * Magnética * * - Paralelo * * - Unidad de control * * - Disco flexible * * - USB * * - Memoria cache * * - Disco duro * * - Firewire * * - Memoria central * * - Cinta * * - Infrarrojos /))1 + ROM /)))1 - Otros * * - Bluetooth * * + RAM * * Óptica * * - MODEM * * * * - DVD/CD-ROM * * - Red Local * * * * Magneto-óptica * * - Inalámbrica * * * * Flashdrive/Pendrive *.))))))))))))))))-.))))))))))))0)))))))))))-.)))))))))))))))))))))))- +))))))))))))2))))))))))), *PERIFÉRICOS DE ENTRADA * * - Teclado * * - Ratón * * - Bola * * - Joystick * * - Lector * * + Ficha * * + Cinta * * + Barras * * - Sonido * * - Escáner * * - Imagen (Foto, TV) *.))))))))))))))))))))))))- Figura 2.1. Arquitectura de un sistema monousuario Definiciones Para fijar algunas cuestiones previas se procede a dar algunas definiciones que serán útiles. Informática: Tratamiento automático de la información. 8

10 Dato: Cualquier entidad capaz de transportar información. Pueden ser analógicos o digitales. Señal: Representación eléctrica o electromagnética de los datos. Pueden ser analógicas o digitales. Señal analógica y señal digital: Se utilizarán como dos términos opuestos: Señal analógica: Es aquella que puede tomar cualquier valor dentro de un rango determinado. Señal digital: Es aquella que solamente puede tomar unos determinados valores dentro de un rango concreto. Existe una señal especial dentro de las digitales que es aquella que puede tomar solamente dos valores. Se denomina señal digital binaria. Bit: Un bit es un dígito binario. Aparece del inglés de BInary digit. Es la unidad de información. Byte: Son ocho bits. Sistema binario y hexadecimal El sistema binario es el sistema de numeración en base 2. Esto hace que todas las cifras estén compuestas únicamente por ceros y por unos. Como en los ordenadores vamos a disponer de elementos que puedan tomar dos valores, el sistema binario es el adecuado para el trabajo dentro del ordenador. El sistema hexadecimal tiene como base 16. Su utilidad radica en que permite una conversión muy simple y rápida con el sistema binario y simplifica enormemente la escritura de cifras binarias. Códigos: Para convertir la información tal como la usan las personas en binario, se hace necesario la utilización de códigos. Los códigos más utilizados en los sistemas informáticos son: ASCII (American Standard Code for Information Interchange) EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) De forma similar se hace para pasar información en forma de dibujo o imagen a binario (pasando cada punto o pixel a una serie de bits según el formato: jpg, bitmap) o en forma de sonido por ejemplo utilizando MP3. +))))))))), Captura +))))))))))), Conv. A/D +))))))))))), * MUNDO * ---- > * MUNDO * ----> * MUNDO * * REAL * * VIRTUAL * * VIRTUAL * * REAL * * ANALÓGICO * * DIGITAL *.)))))))))-.)))))))))))-.)))))))))))- (Procesamiento) Soporte físico (Hardware) y Soporte lógico (Software). Los sistemas informáticos están constituidos por dos elementos trabajando en conjunto: Soporte físico (Hardware): comprende todo aquello que tiene consistencia física (componentes, circuitos, etc.) 9

11 Soporte lógico (Software): es aquello que pone a trabajar a la parte física. Se suele concretar en los sistemas operativos y en los programas de aplicación. Proceso: "Conjunto de acciones software ejecutables, que transforma uno o más datos de entrada en datos de salida, incluyendo datos de eventos, tanto de entrada como de salida". Entorno software: "Todas y cada una de las partes del sistema, externas al software, en las que pueden suceder cambios de estado, los cuales pueden ser observados o causado por el software" Evento externo: "Cualquier cambio de estado, en el entorno software, causado u observado por el propio software" Tipos de sistemas: + Monoprocesador: El sistema consta de elementos únicos. Tiene solamente un procesador. + Multiprocesador: Es el sistema en el que por lo menos está distribuida la unidad de procesamiento. Tiene más de un procesador. + Monotarea: El sistema realiza una tarea y no puede empezar la siguiente hasta que no acaba la actual. + Multitarea: El sistema puede realizar varias tareas al mismo tiempo. + Monousuario: El sistema atiende a un único usuario. + Multiusuario: El sistema puede atender a varios usuarios a la vez, de manera que a cada usuario le parece que le atiende únicamente a él. Ejemplos: MSDOS: Monoprocesador, monotarea, monousuario Windows: Monoprocesador, multitarea, monousuario UNIX, LINUX: Multiprocesador, multitarea, multiusuario MODELO DE SISTEMA INFORMÁTICO EN CAPAS USUARIO +)))))))))))))))))))))))))))))))))))), * PROGRAMAS * * * * 5 SISTEMA OPERATIVO 5 * * 5 +)))))))))))))))))))))), 5 * * 5 * FIRMWARE(BIOS) * 5 * * 5 * * 5 * * 5 * 5 HARDWARE 5 * 5 * * 5 * * 5 * * 5.))))))))))))))))))))))- 5 * * *.))))))))))))))))))))))))))))))))))))- 10

12 El aspecto de un sistema de ordenador personal básico podría ser el de la figura: +)))))))))))))))))))))))))))), * +)))))))))))))))))))))))), * * * * * * * * * * * * * Monitor/TFT * * * * * * * * *.))))))))))))))))))))))))- *.)))))))))))))0)))))))))))))) N )))))))),5 5 Disco Flex. *W444444U*5 5.))))))))-5 Unidad Central 5 +)))))))),5 5 CD-ROM/DVD *W444444U*5 5.)))))))) L L ))))))))))))-.)))))))))))), * * +))))))))))2))))))))), * * * +020, / /2)21 / * * )))- Teclado Ratón Figura 2.2. Composición de un sistema ordenador personal básico. Dentro de la unidad central, al abrir la caja, se observa como elemento principal una placa que se denomina Placa base (mother board o main board, en inglés). Placa base: )))))))), +)))))))))))), 5 5 * * * * 5 5 * * * * 5 5 * µp * * Memoria * 5 5 * * * * 5 5.))))))))- * ROM * 5 5 * * 5 5 * RAM * 5 5.)))))))))))) )))))))), +)))))))))))), 5 5 * * * Ranuras de * 5 5 * CONTROL* * Expansión * 5 5 * * * * 5 5.))))))))-.)))))))))))) )))))))), 5 5 * RELOJ * 5 5.)))))))) Figura 2.3. Esquema de la placa base. De la observación de la placa se concluye que tiene un elemento central, que es el microprocesador (µp), una serie de circuitos que componen el "conjunto de chips" o "chipset" que permiten realizar las tareas encomendadas al microprocesador. La memoria, que se divide en memoria ROM y RAM. Además existen una serie de ranuras que permiten la ampliación del sistema y que se llaman ranuras de expansión. 11

13 2.4. Unidad central A continuación se va a presentar los elementos básicos de la unidad central Unidad Central de Proceso CPU (Central Processing Unit), en español UCP (Unidad Central de Proceso). CPU: microprocesador en el caso de microordenador. La información que se maneja internamente se puede clasificar en: Instrucciones y Datos (entre la CPU y la memoria) y señales de control (entre la unidad de central y el resto del sistema). Las instrucciones son las órdenes que debe ejecutar el ordenador. Unidad de control (CU: Control Unit): Interpreta las instrucciones y las ejecuta. Las órdenes se canalizan por el bus de control. Unidad aritmética y lógica (ALU: Arithmetic Logic Unit): Realiza las operaciones aritméticas o lógicas dando el resultado. DIAGRAMA DE BLOQUES DE UN SISTEMA BASADO EN MICROPROCESADOR: El diagrama general de bloques de un computador es el siguiente: BUS DE DIRECCIONES ; ))E)), +))J)), +))E)), * *< *<))))))))))1 * * I/O * CONTROL * CPU * CONTROL * MEM.* * / >* /))))))))))>* *.))D))-.))H))-.))D)) = BUS DE DATOS Figura 2.3. Esquema de sistema programable Sus tres bloques más importantes son: CPU (Unidad Central de Proceso o microprocesador), Memoria, I/O (circuitos de Entradas/Salidas). Además hay que considerar los caminos de interconexión entre ellos, denominados BUSES. También, aunque no aparece en el gráfico, es muy importante señalar que el sistema es síncrono, lo que significa que trabaja al ritmo de un reloj. UNIDAD CENTRAL. La CPU está constituida por el Microprocesador propiamente dicho, y en él se decodifican las instrucciones, realizándose operaciones aritméticas y lógicas con los datos según indiquen aquellas. más específicamente, las funciones principales de la CPU son: 1º Búsqueda y decodificación de cada instrucción. 2º Realización de las operaciones aritméticas y lógicas requeridas por cada instrucción. 3º Gobernar las direcciones de las posiciones de memoria. 4º Determinar mediante el uso de Registros de Estado y Flags, las condiciones resultantes de la operación realizada. 5º Transferir datos de la Memoria a los circuitos de Entrada/Salida, o viceversa. 6º Generar y recibir señales de control desde la Memoria y Entradas Salidas o hacia ellas. 7º Suministrar todas las señales de control temporal para los diversos Registros asociados o demás componentes de la propia CPU. MEMORIA: La Memoria es la encargada de almacenar de forma temporal o permanente los 12

14 Datos y las Instrucciones del programa. Sus funciones principales son: 1º Almacenar las instrucciones del programa. 2º Almacenar Datos; tanto los suministrados por la CPU (resultados), como los que empleará ella (operandos). 3º Trabajar bajo la dirección de las señales de control de la CPU o del Controlador de Acceso Directo a Memoria (DMA). I/O (ENTRADAS/SALIDAS): Es la parte del sistema en donde los Datos digitales entran o salen bien secuencialmente (un bit en cada pulso de reloj) o bien en paralelo (varios bits simultáneamente). Las misiones principales de los circuitos de Entrada/Salida son: 1º Suministrar la interconexión entre los dispositivos periféricos y la CPU. 2º Transmitir Datos y Comandos desde los periféricos a la CPU o viceversa. 3º Transmitir Datos y Comandos desde los periféricos a la Memoria o viceversa. 4º Indicar a la CPU cuándo los periféricos solicitan su servicio. Todas estas funciones las realizan los circuitos de I/O bajo la dirección de las señales de control de la CPU, por regla general. BUS: Son la agrupación de líneas de comunicación y permiten el transporte físico de la información entre los tres bloques mencionados. Hay tres buses: a) Bus de direcciones: Lleva la información de la dirección seleccionada por la CPU, tanto a la memoria como a la entrada/salida. El máximo de líneas es de 32, por lo que podrían existir millones de direcciones (en cada dirección reside 1 byte). b) Bus de datos: transporta la información propiamente dicha entre los tres bloques. Puede ser de 8, 16, 32 o 64 líneas (1, 2, 4 u 8 bytes). c) Bus de control: transporta información que permite las señales necesarias para el funcionamiento: reloj, lectura/escritura, entrada/salida, etc. Tal como se ha visto, en los ordenadores actuales se utilizan básicamente los microprocesadores de la casa Intel, con 32 bits de bus de datos: Pentium: II, III, IV, Céleron. También se utilizan los de la casa AMD: K6, K7, Athlon. Recientemente se han presentado los microprocesador de 64 bits de bus de datos tanto de Intel como de de AMD (Athlon 64 FX). Está previsto que Intel lance el Pentium V, en versiones de 32 y de 64 bits, con unas velocidad de 5 a 7 Ghz, con opción de núcleo dual. CAPÍTULO 3. MEMORIAS Introducción. Bajo el término de "memoria" se engloban todos los dispositivos que son capaces de almacenar información. En nuestro caso esta información siempre es digital, por lo que la memoria comprenderá un conjunto de bits. Para facilitar la comprensión de la función realizada se puede realizar una comparación con otros tipos de almacenamiento de información, como son: libros, cuadernos papeles, agendas, etc. 13

15 Las memorias almacenan la información que va a manejar el ordenador. Esta información se guarda en forma de bits, que son unidades de información que sólo pueden tomar los valores «0» y «1». Normalmente, se suele emplear como medida de la capacidad de almacenamiento de las memorias el byte, que es una agrupación de ocho bits. Además, esta agrupación se suele tomar como base para medir memorias, ya que cada byte almacena un carácter. Se emplean múltiplos como el Kilobyte, que equivale a 2 10 (1.024 bytes), el Megabyte, que vale 2 20 (1.024 Kilobytes o x bytes) y el Gigabyte que es 2 30 (1.024 Megabytes o x x bytes). La memoria total se organiza según una jerarquía, atendiendo a la capacidad y a la velocidad de acceso. De más próxima a más externa se puede hablar de: Memoria Caché (primaria y secundaria) Memoria interna (RAM y ROM) Memoria de masa o externa Magnética: En disco rígido En disco flexible En cinta Óptica En CD-ROM/DVD Otros soportes Memoria en papel Según se va descendiendo en la relación anterior se aumenta en capacidad y se disminuye en velocidad de acceso. En la actualidad las dos primeras son electrónicas, realizadas con componentes de semiconductores. Las siguientes son magnéticas y la última es óptica. Están en desarrollo, existentes, pero con escasa difusión, los dispositivos magneto-ópticos Memoria Cache. Es una memoria RAM estática muy rápida, pero generalmente de baja capacidad (256 o 512 KBytes). Trabaja bajo el supuesto que la mayoría de los accesos a memoria se realiza en direcciones próximas, por lo que se trabaja duplicando una zona de memoria RAM en la memoria cache. Cuando el microprocesador realiza una acceso a memoria, busca en primer lugar en el cache, si está lo utiliza, si no está va a buscarlo a la memoria RAM general y el sistema de memoria cache traslada la zona colindante. Existen dos tipos de memoria cache: - L1 (Level 1 o nivel 1): se encuentra integrada en el procesador y es la de mayor velocidad. - L2 (Level 2 o nivel 2): Suele colocarse externamente, aunque algunos microprocesadores también la llevan integrada Memoria interna (electrónica): Dentro de las unidades internas de memoria, debemos distinguir entre las RAM y las ROM. Las memorias RAM (Random Access Memory) son aquellas que permiten su lectura y escritura, mientras que las ROM (Read Only Memory) sólo pueden ser leídas. Este comportamiento diferente hace que los dos tipos de memorias se empleen en tareas distintas, como veremos más adelante. Por lo demás, las características son comunes. Un microordenador cualquiera deberá tener una combinación adecuada de memoria RAM y ROM para funcionar correctamente como tal. La memoria RAM será la que realice el almacenamiento temporal de datos y programas, una vez que el ordenador esté encendido, mientras que la memoria ROM retendrá la información necesaria para que el sistema arranque en el momento del encendido y funcione sin problemas después. 14

16 ROM. Los avances en la tecnología de fabricación de memorias han permitido la aparición de dispositivos ROM modificables (EPROM, EEPROM, etc.), pero su coste y la dificultad en el cambio de información las relegan a aplicaciones muy particulares. Debido a sus características, las memorias ROM no pierden sus datos cuando se desconecta la fuente de alimentación, por lo que se emplean para almacenar informaciones de gran valor, como los pasos que debe seguir el ordenador en el momento de arrancar o los comandos necesarios para traducir o interpretar las instrucciones de los lenguajes de programación ROM de máscara. Las ROM "puras" son aquellas cuyo contenido se establece en el momento de la fabricación. Por esto reciben el nombre de programables por máscara, ya que en el proceso de fabricación las máscaras se realizan de forma que las posiciones almacenarán la información permanentemente. La utilización de estas memorias se justifica en caso de grandes series de fabricación, ya que los procesos de creación de máscaras específicas son caros, costando prácticamente lo mismo hacer 1 que hacer PROM. La denominación significa (Programmable ROM). En estas memorias el proceso de grabación es destructivo, de forma que se fabrican "en blanco" o "vírgenes" con todas las posiciones a "0" o a "1", según los tipos, y es el usuario quien las programa mediante un equipo adecuado ("ad hoc"). Una vez grabadas, su contenido es inalterable. Se utilizan en pequeñas series de fabricación. Suelen estar constituidas por un matriz cuyas conexiones pueden romperse fundiendo unos fusibles integrados en la fabricación. Programar estas memorias consiste en romper los enlaces necesarios. En algunos tipos hay un fusible general que impide nuevas grabaciones EPROM. El nombre de EPROM proviene de Erasable (borrable) PROM. Significa que puede modificarse el contenido por los métodos adecuados. También reciben el nombre de RPROM (Reprogrammable ROM). Estas memorias se graban con el equipo adecuado y se pueden borrar haciendo incidir rayos ultravioletas a través de la ventana que llevan incorporada en el encapsulado, durante unos 20 a 30 minutos. Una vez borrada puede volver a grabarse. Las veces que se puede repetir este proceso puede estar limitado por la degradación interna producida. Se utilizan en la construcción de prototipos y de series muy pequeñas EEPROM. Significa (Electrically Erasable ROM). Su contenido puede variarse con métodos eléctricos estando conectada al sistema. Tienen el inconveniente de ser más caras que las anteriores, siendo las rutinas de grabación más complejas o pueden necesitar un hardware adicional FLASH. Se borra toda la memoria, de forma rápida, con lo que se debe volver a escribir entera. Son del tipo no volátil OTP. 15

17 Significa One Time Programmable. Se programan una sola vez. Son EPROM sin ventana de borrado RAM. Las memorias RAM cumplen una función de almacén intermedio de datos y programas, ya que cuando se apaga el ordenador, la información contenida en ellas desaparece. Por ello, se emplean para guardar temporalmente programas, o parte de ellos, que se utilizan a menudo, para depositar cálculos intermedios, cuando se realizan operaciones complicadas, valores de variables o el texto que se está procesando. Hay una memoria especial, que es del tipo RAM, pero viene a comportarse como una ROM. Se trata de la memoria en la que se almacenan los datos del SETUP y de la hora y fecha. Cuando se apaga el ordenador, una pila sigue alimentado esta memoria, con lo que se mantiene los datos. Se denomina NVRAM ( Non Volatile RAM) En la práctica se están utilizando dos tipos de memoria RAM, la elección de una u otra se suele realizar por cuestiones económicas. Se denominan memoria estática y memoria dinámica SRAM. SRAM (Static Random Access Memory). Una vez escritas, mantienen la información (mientras exista alimentación) La hay asíncrona (si no puede seguir la velocidad del bus) (velocidad de 20 ns) y síncrona (velocidad de 10 ns). La utilizada en la actualidad aparece con el nombre de PB SRAM (Pipelined Burst RAM). Puede realizar tareas de entrada y de salida de información en paralelo (velocidad del orden de 5 ns) DRAM DRAM (Dymamic Random Access Memory). Mantienen la información durante un tiempo relativamente breve, por lo que necesitan reescribir la información. Este proceso se denomina Refresco de memoria. La memoria RAM suele aparecer como chips montada en placas conocidas como SIMM (Single In-line Memory Module) con 30 o 72 contactos. La DIMM (Dual In line Memory Module) o RIMM (Rambus In-line Memory Module). Esto pueden ser de 168 contactos (trabajando a 64 bits) o de 188, y pueden aparecer en formato EDO RAM y el más moderno de DDR (Double Data Rate SDRAM). La opción de RIMM, que es un tipo de memoria denominada RAMBUS, es propietaria por la que hay que pagar royalties. En su momento existieron los DIP (Dual In-line Package) y los SIP (Single In-Line Package) que en la actualidad no se emplean. La memoria SDRAM (Syncronuos Dynamic RAM) aparece en formato de 168 contactos. Permite un trabajo coordinado con el reloj de la Unidad Central. Funciona a 100 MHz, con tiempos de acceso de 10 ns. La RDRAM Direct Rambus que se está desarrollando para trabajar en las tarjetas gráficas AGP. Una mejora es la DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) que funciona a doble velocidad de datos. Se pueden mencionar las SLDRAM que pueden funcionar a velocidades de 400 MHz e incluso 800 MHz que se puede utilizar en equipos servidores. Y las ESDRAM, de Alpha, que funcionan a 133 Mhz MAPA DE MEMORIA. En los sistemas basados en microprocesador, la memoria se organiza según unas dirección en función del tamaño de palabra disponible y el número de líneas 16

18 disponibles determina el tamaño máximo de la memoria. La organización de la memoria en direcciones se denomina Mapa de Memoria. MAPA DE MEMORIA DEL PC El 8086 tiene 20 líneas de dirección -> 1 MB de memoria. El tiene 24 líneas de dirección -> 16 MB de memoria. El y posteriores tienen 32 líneas de dirección -> MB de memoria. DECIMAL HEXADECIMAL FUNCIÓN 0 KB 64 KB 64 KB 128 KB 128 KB 640 KB 640 KB 688 KB 688 KB 720 KB 720 KB 752 KB 752 KB 768 KB 784 KB 800 KB 800 KB 976 KB 976 KB KB KB KB 1 MB 16 MB FFFF (Ver 1) FFFF FFFF A0000 ABFFF AC000 B3FFF B4000 BBFFF BC000 BFFFF C0000 C7FFF C8000 F3FFF F4000 FFFFF FFFF FFFFFF Hasta MB FFFFFFFF CÓDIGOS DEL DOS PROGRAMAS RESIDENTES Memoria convencional: Programas Pantalla EGA O VGA Pantalla Monocromo Pantalla CGA Ampliación para las pantallas EGA/VGA ROM adicional Control de disco duro. ROM del Sistemas BIOS (Basic Input Output System) Memoria Alta (HMA) Memoria extendida (límite en los µp 80286) Resto de memoria extendida disponible en los micros y posteriores. Por razones históricas debido al incremento paulatino y al uso que de la memoria hacen algunos sistemas operativos (como el MS-DOS y WINDOWS 3.XX), se habla de: Memoria convencional: Es la memoria propia del DOS. Llega hasta los 640 KB. Memoria superior (UMB) Es la comprendida entre los 640 K y el K. En esta zona se sitúa la ROM (en la parte más alta: segmento F) y la memoria de video. Memoria Alta (HMA): Es la comprendida entre y (los 64 Kbytes por encima de 1 MB). Memoria extendida: 17

19 Es la memoria por encima de 1MB. Necesita del uso de un controlador de memoria extendida (HIMEM.SYS). Llega hasta los MB. Memoria Expandida: Se llama también paginada. Es el espacio comprendido entre los 640 KB y 1 MB, y utiliza bloques o páginas de memoria de un tamaño determinado (típicamente de 64 KB). CAPÍTULO 4. MEMORIA EXTERNA (MAGNÉTICA) Además de la memoria interna, ya vista, se hace necesario la existencia de una memoria externa, principalmente por dos motivos: capacidad y permanencia. La memoria interna es limitada y no permite almacenar toda la información de programas, datos, etc. que se utilizan. Además es volátil, de manera que al apagar el ordenador se pierde la información. Por eso las características principales de las memorias externas son su capacidad y su no volatilidad. Por otro lado las memoria externa no es tan rápida como la interna, por lo que trabajan de forma conjunta transfiriendo información según se demanda entre ambos sistemas. La más utilizada es la memoria en soporte magnético (memoria magnética) y a continuación la óptica y la magneto-óptica. Memoria de masa o externa Magnética: En disco rígido En disco flexible En cinta Óptica En CD-ROM Otros: Magneto-óptica - Discos duros portátiles - Ramdrive - Memorias sueltas: Compact Flash, etc. - Fluorescente 4.1. Breve introducción al magnetismo. El electromagnetismo viene a reunir en un solo concepto lo que anteriormente se había considerado como dos fenómenos inconexos: el campo eléctrico y el campo magnético. El fenómeno que sirvió como punto de partida para relacionar ambos conceptos fue descubierto por Christian Oersted a principios del siglo XIX; dicho investigador descubrió que una corriente eléctrica actuaba sobre una aguja magnética desviándola. Tras unas experiencias de Oersted y Ampere, James C. Maxwell planteó en cuatro leyes la teoría electromagnética. Leyes de Maxwell: Estas leyes compendian todo el fenómeno electromagnético. Ponen de manifiesto que dos fenómenos que empezaron estudiándose como algo totalmente independiente, en realidad, son dos aspectos de un mismo fenómeno (en negrita las magnitudes vectoriales). «x E = -(δb/δt) rot E = -(δb/δt) «. D = ρ div D = ρ «. B = 0 div B = 0 «x H = j + (δd/δt) rot H = j + (δd/δt) D = ε E 18

20 B = µ H [B = µo (H+M)] µr = µ / µo ; Xm = M / H ; µr = 1 + Xm δ δ δ «= Operador nabla o de Hamiltong =( -- i + -- j + -- k) δx δy δz E = vector Intensidad de Campo Eléctrico (Newtons/Culombio en MKS) D = " Inducción Eléctrica. B = " " Magnética (Tesla en MKS, Gauss en CGS, 1 Tesla = 10 4 G). H = " Intensidad de Campo Magnético(Amperios/m en MKS, Oersted en CGS, 1 A/m = 4π10-3 Oe). M = Magnetización del sólido ρ = densidad de carga eléctrica. j = " de corriente eléctrica. ε = rigidez dieléctrica. ε o = r. del vacío. ε = ε r ε o µ = permeabilidad magnética. µ o = p. del vacío. µ r = p. relativa. µ = µ r µ o Xm = susceptibilidad magnética. Sommerfield demostró el paralelismo entre: E <--> B D <--> H ε <--> 1/µ A los efectos que nos ocupan nos interesa señalar los siguientes hechos: * Una corriente eléctrica crea un campo magnético. * Un campo magnético variable crea una corriente eléctrica. * Existen materiales que pueden almacenar un cierto magnetismo en función de la inducción magnética aplicada sobre ellos. Del primer enunciado se deduce la aparición de un campo magnético artificial proporcional a una corriente eléctrica, que podemos controlar fácilmente. Se puede reforzar la acción utilizando una disposición del conductor en forma de solenoide (bobina) y utilizando dentro de la misma un núcleo de material adecuado. Para construir dispositivos capaces de inducir un campo eléctrico grande se dispone en forma un núcleo casi cerrado, de cabezal magnético. En la zona de separación, llamada entrehierro aparece un campo magnético fuerte. Este campo magnético es proporcional a la intensidad y sentido de la corriente que atraviesa la bobina. Con esto se puede almacenar un campo magnético sobre el soporte adecuado. Por el contrario, si se hace circular una superficie sobre la que se han creado diversos recintos magnéticos, aparecerá una corriente sobre la bobina de la cabeza lectora. Clasificación de los materiales según su comportamiento magnético: Mediante métodos adecuados pueden medirse las propiedades magnéticas de cualquier sustancia y clasificarla según los resultados obtenidos en: diamagnéticas, paramagnéticas, ferromagnéticas y ferrimagnéticas. Para realizar esta clasificación se atiende a las susceptibilidades y las magnetizaciones de saturación, así como la variación de dichos valores con la temperatura. 19

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