Los ordenadores o computadoras son dispositivos que almacenan, gestionan y utilizan información.

Transcripción

1 ESTRUCTURA DE UN ORDENADOR Los ordenadores o computadoras son dispositivos que almacenan, gestionan y utilizan información. Hoy en día los ordenadores están diseñados de acuerdo a la estructura de Von Newman según la cual están constituidos principalmente por una unidad de proceso para gestionar los datos, un dispositivo de memoria para almacenar datos y programas, y buses para comunicarlos entre sí. El hardware es el conjunto de dispositivos físicos que componen un ordenador. Todos estos componentes se pueden "tocar (por ejemplo, teclado, ratón, monitor, disco duro, etc.). COMPONENTES PRINCIPALES DEL ORDENADOR CPU significa UNIDAD CENTRAL DE PROCESO, es el verdadero "cerebro de la computadora". Gestiona la información y controla toda la actividad desarrollada por el sistema. Se compone de: Unidad de Control (Control Unit): Controla las comunicaciones, y las distintas tareas de acuerdo a las instrucciones de los programas. (Genera las distintas señales de control). UAL / ALU (Unidad Aritmético - Lógica / Arithmetic Logic Unit): Realiza operaciones aritméticas básicas (suma, resta, multiplicación, división) y operaciones lógicas. Registros (Registers): Son posiciones de memoria fabricados en el interior de la CPU. Debido a su posición en el interior de la CPU y a la tecnología con que están hechos, el acceso a esta memoria es muy rápido. Acumulador (Accumulator): Es un registro especial que el ordenador usa para llevar a cabo operaciones matemáticas. Contador de Programa (Program Counter): Es un registro especial que el ordenador usa para guardar la dirección de la siguiente instrucción que se va a ejecutar. Registro de Pila (Stack pointer): Es un registro especial usado para guardar la dirección donde termina una pila. 1

2 MEMORIA PRINCIPAL: Es la memoria de trabajo del ordenador. El ordenador usa esta memoria como si fuese un cuaderno de notas. Cualquier dato o código (instrucciones de programa) que el ordenador manipule en un momento dado deben residir en esta memoria. Es una memoria de tipo RAM por lo que los datos que almacena se borran si se deja de alimentar con energía, por lo tanto si en un momento dado el ordenador no recibe energía eléctrica perderemos nuestro trabajo a no ser que lo hayamos guardado en el disco duro. MEMORIA CACHE: Dado que la velocidad de acceso a la memoria principal es menor que la velocidad de proceso de la CPU, se dispone esta otra memoria RAM entre la memoria principal y la CPU. Esta memoria trabaja más rápido por la tecnología en la que se basa, y por su menor tamaño. (Este menor tamaño permite encontrar los datos más rápido ya que hay menos datos entre los que buscar el dato deseado en un momento dado).su objetivo es acelerar los accesos a memoria. BUSES: Son conductores eléctricos dispuestos en paralelo que comunican todos los dispositivos del ordenador. La capacidad de un bus para transferir datos, su velocidad de transmisión, depende del número de bits que puede enviar en paralelo, simultáneamente (número de cables en paralelo), y de la velocidad de conmutación. (La rapidez con que se puede escribir un cero o un uno en el bus). 2

3 Hay cuatro tipos de buses: BLOQUE 2. ARQUITECTURA DE ORDENADORES Bus de Alimentación: Suministra energía eléctrica a todos los dispositivos del ordenador. Suministra energía a los dispositivos. Bus de Datos: Permite transferir datos a o desde los bancos de memoria u otros dispositivos de almacenamiento de información (discos ) a o desde la CPU u otros dispositivos (como por ejemplo impresoras ) Bus de Direcciones: Por este bus van las direcciones de memoria donde los datos se van a leer o guardar. Bus de Control: Las señales de control generadas por la CPU y otros dispositivos van por este bus. PUERTOS: Son las puertas de acceso a los buses. Físicamente son ranuras ( slots de la placa madre) o conectores y tienen asociados registros para trabajar con ellos. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO: Estos dispositivos están diseñados para almacenar grandes cantidades de información. Usamos estos dispositivos para almacenar información de manera permanente ya que la memoria principal sólo la almacena temporalmente, y la información se borra al apagar el ordenador. La CPU no puede trabajar directamente con este tipo de dispositivos de almacenamiento. Son ejemplos de este tipo de dispositivos: CD-ROM, DVD-ROM, HARD DISC,. PERIFÉRICOS: Son dispositivos conectados al ordenador, pero que no forman parte de él. (No forman parte del núcleo de la arquitectura del ordenador). Son dispositivos que desarrollan diversas tareas y permiten la comunicación entre el ordenador y los usuarios. Hay tres tipos de periféricos: Periféricos de entrada: Están diseñados para introducir datos en el ordenador (por ejemplo: ratón, teclado, micrófono, cámara digital, escáner, tableta gráfica,...). Periféricos de salida: Proporcionan una salida a los datos desde el computador. (Ejemplos: impresoras, plotters, pantallas, altavoces,...). Periféricos de entrada y salida: Permiten a los usuarios obtener datos del ordenador e introducir datos en el ordenador. (Ejemplos: pantallas táctiles, módems,...). Las unidades de almacenamiento masivo de información pueden ser consideradas como un tipo de periférico de entrada y salida. 3

4 Podemos considerar los dispositivos de almacenamiento como periféricos. BLOQUE 2. ARQUITECTURA DE ORDENADORES RELOJ: Este dispositivo proporciona una señal electrónica de sincronización de forma que todos los dispositivos del ordenador pueden trabajar al unísono. PLACA MADRE (PLACA BASE): Es la placa de circuito impreso principal del ordenador. Todos los dispositivos están conectados a esta placa y los buses los comunican. En esta placa se encuentra el zócalo al que va conectado el microprocesador que alberga la CPU. Encima de este microprocesador se dispone un radiador para disipar calor, y sobre éste un ventilador. Para mejorar la transferencia de calor del microprocesador al radiador se pone entre los dos una grasa de silicona. CHIPSET: Es un chip (microprocesador) que está integrado en la placa madre y controla el flujo de información desde y hacia esta placa. ROM BIOS: Es una memoria de sólo lectura, (usualmente una EEPROM), donde se guardan datos y programas necesarios para arrancar el ordenador. Cada vez que encendemos el ordenador se ejecuta un programa que verifica los periféricos de entrada y de salida disponibles. Este conjunto de datos y programas es el Basic Input Output System (Sistema Básico de Entrada y Salida). MEMORIAS DE ESTADO SÓLIDO: Son dispositivos de memoria que no cuentan con partes móviles. Están basados en semiconductores, principalmente en el silicio. Básicamente hay tres tipos principales de memoria de estado sólido: 4

5 RAM (Random Access Memory / Memoria de Acceso Aleatorio): Esta memoria se puede usar para escribir y leer datos. Cuando no se les suministra energía eléctrica los datos se borran, por lo que cuando apagamos el ordenador se perderán si previamente no los hemos almacenado en dispositivos de almacenamiento. Hay básicamente dos tipos de memoria RAM : DRAM: Dynamic RAM. De vez en cuando se deben reescribir los datos para que no se pierdan. SRAM: Static RAM. No necesita refrescar los datos. Es más rápida pero de menor capacidad.. Las únicas diferencias son la velocidad de acceso a estas memorias, su capacidad, y su precio. ROM (Read Only Memory / Memoria de Sólo Lectura): Sólo se pueden leer datos en esta memoria, no se pueden escribir datos en ella. La información que se lee en la memoria ha sido introducida por el fabricante al manufacturarla.una vez que se le han introducido unos datos, éstos no se pueden cambiar. Hay varios tipos de memorias ROM: PROM: Programmable Read Only Memory (Memoria ROM programable): Podemos escribir en un principio datos en esta memoria, pero sólo en una ocasión.. EPROM: Erasable PROM (Memoria PROM borrable): Podemos escribir datos en esta memoria, y borrarlos todos de una vez. (No es posible escribir o borrar datos uno a uno. Debemos cambiar el contenido de la memoria por completo en cada ocasión, y esta operación de escritura o borrado completos es lenta). EEPROM: Electrically Erasable PROM (Memoria EPROM borrable eléctricamente).. Memorias tipo flash: Son las más modernas. Permiten la lectura y escritura de datos y no son volátiles. Se presentan en forma de memorias tipo SD usadas en cámaras teléfonos, y otros dispositivos electrónicos, y memorias que se conectan a puertos USB, (memorias USB). Podríamos considerarlas como un tipo especial de memorias RAM (a las flash memory ), aunque no son volátiles, y no se usan como memoria principal del ordenador pero si como discos duros de estado sólido El software es el conjunto de programas que le dan una estructura lógica al ordenador, y le permite realizar diferentes tareas. (No se puede "tocar", ya que no tiene existencia física. Es sólo un "código" con instrucciones y comandos para que se ejecuten en el ordenador). CLASIFICACIÓN DEL SOFTWARE SEGÚN SU FUNCIÓN: Hay tres tipos de software atendiendo a su función: Sistemas Operativos: este software gestiona los recursos del ordenador y facilita la comunicación con los usuarios y los periféricos (proporcionando un entorno de trabajo). Se le dota al ordenador de una estructura lógica mediante este software. Aplicaciones: Este tipo de programas desarrolla diversas tareas para los usuarios. Hace del ordenador una máquina útil. Ejemplos de este software son los procesadores de texto, (Word, Write ), hojas de cálculo (Excel, Calc,...), gestores de bases de datos, (Access, Data Base,...),... Lenguajes de Programación: Estos programas se emplean para generar nuevos programas, nuevo software. Hay lenguajes de programación de bajo nivel y de alto nivel. Los primeros son el lenguaje máquina (basado en el código binario, es el único que realmente entiende la máquina), y los lenguajes ensambladores y macroeensambladores basados en pnemotécnicos. Los segundos son lenguajes más cercanos a nuestra forma de expresarnos como por ejemplo: Cobol, Pascal, Fortrand, C, C#, C++, Java,... Los sistemas operativos tienen tres tareas fundamentales: 5

6 Proporcionar un entorno de trabajo (un interfaz de usuario) que posibilita comunicarse con el ordenador y acceder a las aplicaciones. Gestionar todos los recursos: dispositivos, archivos, carpetas,... Permitir la comunicación entre los periféricos y las aplicaciones. ESTRUCTURAS DE DATOS En ciencia de computadores un buffer es una zona de una memoria física usada para guardar ciertos datos de forma temporal. Según como se gestionen los buffers dan lugar a dos estructuras lógicas (algoritmos) para almacenar esos datos temporalmente: Pilas o estructuras L.I.F.O. (Stacks or L.I.F.O. structures): Son estructuras de datos compuestas por un conjunto de datos a los que sólo se puede añadir un nuevo dato por uno de los extremos del conjunto (llamado top of the stack ). Una push operation es una operación de adición de un nuevo dato, y una pop operation es la correspondiente para extraer un dato de la pila. En otras palabras es una lista de datos a la que sólo se pueden añadir nuevos datos o quitar datos por uno de sus extremos. La pila es una estructura L.I.F.O. (Last In First Out) ya que el último que se añadió a la lista será el primero en salir de ella. Colas o estructuras F.I.F.O. (Queues or F.I.F.O: structures): Es una estructura de datos constituida por una colección de datos a los que el ordenador puede añadir nuevos datos por uno de sus extremos, y extraer datos por el otro extremo. El primer dato que abandona la cola es el primer dato que ingreso en ella. (First In First Out). Para acceder a un item el ordenador debe extraer los que van antes en la lista. 6

7 ALMACENAMIENTO DE INFORMACIÓN BLOQUE 2. ARQUITECTURA DE ORDENADORES En general, los usuarios almacenan la información de forma permanente en el disco duro. a. Estructura física del disco duro El disco duro está formado por varias láminas metálicas circulares, llamadas platos, situadas una encima de otra, formando un cilindro, que giran simultáneamente a gran velocidad. La información se graba magnéticamente en las 2 caras de cada plato. Como los discos actuales suelen tener 4 platos se están utilizando 8 caras para almacenar información. Cada plato se organiza en pistas (círculos concéntricos) y sectores, dividiendo la superficie de cada plato en múltiples espacios se utiliza el sistema de direccionamiento LBA, que consiste en asignar un número a cada uno de esos espacios de almacenamiento para así poder identificarlos. Para grabar y leer la información se utilizan los cabezales, uno para cada cara. b. Estructura lógica del disco duro La información se agrupa en el disco duro en 2 bloques: 1. Partición. Es el nombre genérico que recibe cada división presente en una sola unidad física de almacenamiento de datos. En cada disco físico puede haber 1 o varias particiones. Los motivos por los que dividimos un disco duro son: Instalación de más de un sistema operativo. Tener una partición de sistema y otra de datos. Tener una partición de recuperación de sistema. Toda partición tiene su propio sistema de archivos; generalmente, casi cualquier sistema operativo interpreta, utiliza y manipula cada partición como un disco físico independiente, a pesar de que dichas particiones estén en un solo disco físico. 2. El sector de arranque (MBR), en el que se guarda la información de las particiones que se han hecho en el disco duro. Cuando se inicia el ordenador, desde este sector se lanza el proceso de arranque a la partición que contenga el sistema operativo. c. Sistema de Archivos Un sistema de archivos es una estructura que permite tanto el almacenamiento de información en una partición como su modificación y recuperación. Cada sistema de archivos ha sido utilizado para obtener el mejor rendimiento con un sistema operativo o con un soporte especifico Sistema operativo Sistema de archivos DOS, Windows 95 FAT16 Windows 95 OSR2,98 FAT16, FAT32 Windows NT4,2000,XP,2003,vista, NTFS 2008,7,8 Linux Ext2,Ext3,ReiserFS,Linux swap (FAT16,FAT32,NTFS) Mac OS HFS,MFS OS/2 HPFS IRIX XFS FreeBSD, openbsd, solaris UFS(Sistema de archivos UNIX) AIX UFS(Sistema de archivos UNIX) La información se almacena realmente agrupada en forma de archivos lo que se llama sistema de ficheros, pero cada sistema operativo utiliza una forma diferente de guardar esos archivos. En Windows se utilizan 3 tipos de sistemas de archivos o ficheros: 7

8 -FAT: no admite archivos mayores de 2GB -FAT 32: no admite archivos mayores de 4GB -NTFS: Admite archivos de hasta 6TB De cara al usuario, los archivos se organizan de forma jerárquica: disco (unidad lógica/partición), carpetas, subcarpetas y archivos. De esta forma están ordenados de una forma sencilla, para después acceder a ellos con facilidad. Esta organización se conoce como árbol de ficheros. LOS TIPOS DE SOPORTES Y SUS UNIDADES El hardware utilizado para guardar la información son los discos (magnéticos y ópticos), ya que la memoria del ordenador (RAM) es volátil. Sin duda el disco más utilizado es el disco duro (hard disk) puesto que es el acceso más rápido y el de mayor capacidad. Un ordenador puede tener varios discos duros e incluso más de un sistema operativo cargado en ellos. Este cuadro contiene los diferentes soportes de almacenamiento de los que disponemos: Soporte Tecnología Tipos Unidad lógica asignada habitualmente Discos duros Magnéticos IDE,SCSI,ATA,SATA C Unidades ópticas Discos flexible ( floppy disks) o disquetes Memorias internas Ópticas CD-ROM, CD- D RW,DVD- ROM,DVD-RW, etc. Magnéticos 1.44 MB, 3 ½ A Magnéticas Tipo USB (pen drives y discos duros externos), tipo cámaras fotográficas (CF, MS, SD, etc.) De la E en adelante En el cuadro vemos que el sistema operativo asigna a cada dispositivo de almacenamiento una letra llamada Unidad lógica de Disco : la A y la B: para los disquetes (ya no se usan); C es el primer disco duro (si existen varios se usan las demás letras) y luego se asignan las unidades ópticas, CD o DVD y finalmente memorias de tipo Flash. 8