Informática Aplicada II Unidad Lic. Sarahí Lagos Flores UTH

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1 Informática Aplicada II Unidad Lic. Sarahí Lagos Flores UTH

2 La arquitectura de la computadora se refiere al diseño y la construcción del sistema. Se puede clasificar en base a dos características: La energía que usa la maquina Como representa, procesa, almacena y mueve físicamente los datos.

3 Las computadoras son dispositivos electrónicos y trabajan con electricidad. La mayoría de los componentes internos son circuitos integrados. Muchas veces llamados chips, microchips o microprocesadores. Un circuito integrado es una pieza delgada de cristal, empaquetada con elementos microscópicos de circuitos, como conductores, transistores, capacitores y resistores. Un circuito integrado puede contener mas de un millón de elementos microscópicos de circuitos.

4 DIP (Dual In-line Package, es una forma de encapsulamiento común en la construcción de circuitos integrados. Ej. Tablas de protoboard (tableros plásticos para realizar pruebas) SIM PGA SEC

5 Dentro de la unidad del sistema, los circuitos integrados se albergan en una tarjeta de circuitos llamada tarjeta principal, tarjeta madre o tarjeta del sistema. Esta se conecta a dispositivos periféricos con objeto de reunir las entradas y producir salidas

6 1 Monitor 2 Tarjeta Madre 3 Procesador 4 Puertos ATA 5 Memoria RAM 6 Placas de Expansión 7 Fuente Eléctrica 8 Unidad de Almacenamiento Óptico 9 Disco duro 10 Teclado 11 Ratón (Mouse)

7 Fuente de poder Unidad de disco duro Conductores y cables planos Unidad de diskettes Memoria Chip microprocesador Tarjetas de expansión Ranuras de expansión Tarjeta principal

8 La representación de los datos es la forma en que se concibe, manipula y graba información. Puesto que las computadoras son dispositivos electrónicos se sirven de señales eléctricas para representar los datos. Los circuitos de las computadoras digitales solo tienen dos posibles estados. Uno de ellos es el encendido (1) y el otro es el apagado (0 cero).

9 Un dispositivo digital trabaja con números o dígitos discretos, como el 0 y el 1, discretos significa que los números son distintos y separados. Cero es discreto o distinto de uno. Un dispositivo analógico funciona con datos de variación continua. Ej. El reloj digital que cambia la pantalla cada minuto, pero las manecillas del reloj analógico se mueven continuamente. Ej. La lectura de un termómetro digital cambia en incrementos de 1 grado, en un termómetro analógico sube lentamente por la escala de la temperatura.

10 Las computadoras digitales representan los datos numéricos con el sistema binario de numeración, o sistema de base dos. En este solo hay dos dígitos: 0 y 1. En una computadora digital cada numero o letra esta representado por una serie de señales eléctricas. O sea con una serie de ceros y unos, donde los datos representados digitalmente pueden moverse fácilmente o almacenarse electrónicamente como una serie de encendidos y apagados. Ej

11 Los datos viajan de un lugar a otro dentro de la computadora en un trayecto o circuito electrónico llamado bus de datos. Un bus de datos trabaja de modo semejante recoge una carga de bits de un componente de la tarjeta principal y los transfiere a otro. Después de dejar su carga de bits, recoge otra.

12 Las combinaciones de 0 y 1 que representan caracteres son definidas por patrones llamados esquemas de códigos (coding scheme) Las computadoras digitales se valen de muchos esquemas de codificación diferentes para representar datos. El esquema de codificación en uso depende de si los datos son numéricos o de carácter o lógicos.

13 Normalmente las computadoras representan los datos de caracteres mediante el código ASCII (American Standard Code for information Interchange), representa símbolos, números, mayúsculas y minúsculas. Es un código de representación de 7 bits. EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchance Code) Unicode es el único esquema de código capaz de representar todos los lenguajes del mundo actual. Se desarrolló precisamente porque el ASCII y el EBCDIC no eran suficientes para representar lenguajes para alfabetos diferentes al inglés o Europeo, como los asiáticos y otros.

14 Cada 0 y 1 en representación de datos es un bit. La unidad mas pequeña de información en una computadora. Casi todos los esquemas de codificación de las computadoras se sirven de 8 bits para representar un número, letra o símbolo. Una serie de 8 bits es un byte.

15 Bit Byte kilo Mega Giga Tera

16 La memoria es la circuitería que guarda los datos y las instrucciones de programa cuando no son trasladados de un lugar a otro. Hay 4 tipos principales de memoria: RAM: memoria de acceso aleatorio. Memoria virtual Memoria ROM (Read only memory) memoria de solo lectura CMOS (complementary metal oxide semiconductor: semiconductor de oxido metal complementario Cada uno se caracteriza por el tipo de dato que contiene y la tecnología que emplea para guardar los datos.

17 La memoria de acceso aleatorio(ramdom Access Memory. RAM) Es el área de la unidad del sistema de la computadora que aloja temporalmente los datos del usuario, las instrucciones del sistema operativo y las instrucciones de programas. Cada vez que se enciende la computadora, en la RAM se copia una serie de instrucciones del S.O. procedentes del disco. Estas instrucciones, las cuales permiten controlar las funciones de computo básicas, permanecen en la RAM hasta que se apaga la computadora.

18 La RAM Volátil. Este termino denota una memoria que solo guarda datos mientras la computadora esta encendida. Si se va la corriente, desaparecen los datos de la RAM. El contenido de la RAM es necesario para que la computadora procese los datos. Los resultados del procesamiento se mantienen temporalmente en la RAM hasta que se necesiten de nuevo o hasta que se almacenen en un disco.

19 La RAM esta conectada con el bus de datos para que la computadora pueda transportar los datos desde la unidad central de procesamiento y hacia ésta. La cantidad de RAM que se necesita depende del sistema operativo y las aplicaciones que se usen. La capacidad de la RAM actualmente se mide en Gigabytes Son tableros de circuitos con pequeños módulos de memoria del tipo SIMM, SO-DIMM para portátiles, DIMM para pc de escritorio, DDR.

20 Memoria virtual: Es la capacidad de una computadora para usar el almacenamiento en disco a fin de simular la RAM. Permite que las maquinas sin suficiente RAM trabajen con programas grandes, manipulen grandes archivos de datos y corran a la vez mas de un programa. Una desventaja es su menor eficiencia. Se tarda mas en recuperar datos de la memoria virtual que de la RAM porque el disco duro es un dispositivo mecánico y por ello su tiempo de acceso es mayor.

21 Memoria ROM (Read only memory) memoria de solo lectura Es un conjunto de chips que contiene instrucciones para que la computadora prepare tareas de procesamiento. Las instrucciones de la ROM son permanentes y no se pueden cambiar. Contiene un conjunto pequeño de instrucciones llamadas ROM BIOS (Basic Input Output System) que son importantes y dicen a la computadora como llegar a las unidades de disco y buscar el sistema operativo. Cuando se enciende la PC, recuerda que la RAM esta vacía. La unidad central de procesamiento ejecuta una serie de pasos siguiendo las instrucciones almacenadas en la ROM. Estos pasos se llaman proceso de inicialización. Algunos pasos de este proceso se almacenan permanentemente en la ROM.

22 CMOS (complementary metal oxide semiconductor: semiconductor de oxido metal complementario Hace que algunas instrucciones de inicialización no sean permanentes. Emplea corriente de una batería para retener datos vitales de la configuración del sistema, como las especificaciones de la unidad del disco duro (ambiente del disco duro: primario) y la hora (fecha), diquete, memoria, aunque la maquina este apagada. El CMOS permite que la computadora tenga un tipo de memoria mas duradera que la RAM y menos permanente que la ROM. Cuando se cambia la configuración del sistema se debe de actualizar los datos en la memoria CMOS (Utilería).

23 Hasta ahora hemos visto que la memoria almacena datos y que los buses los transportan. Pero una computadora hace mas que almacenar y transportar datos: los procesa, es decir, lleva acabo operaciones aritméticas, clasifica listas, da forma a documentos, etc. El procesamiento de datos tiene lugar en la unidad de procesamiento central o CPU (Central Processin Unit)

24 La unidad central de procesamiento es el conjunto de circuitos dentro de una computadora, que ejecuta operaciones aritméticas y lógicas e instrucciones. Recibe instrucciones de la RAM y procesa los datos que hay en dicha memoria. Los CPU constan de uno o mas circuitos integrados. Un microprocesador es un solo circuito integrado. En una computadora la unidad central es un microprocesador.

25 En 1965, Gordon Moore, cofundador de la producción de chips a gran escala Intel Corporation predijo que el numero de transistores contenidos en un chip se duplicaría cada 18 a 24 meses. En 1958 el primer circuito integrado contenía dos transistores. El procesador Pentium II introducido en 1997 cuenta con 7.5 millones de transistores.

26 La unidad central de procesamiento tiene dos partes principales: La unidad lógica y aritmética (ALU) La unidad de control Cada una realiza tareas especificas de procesamiento de datos. Una computadora desarrolla una tarea complicada ejecutando una serie de pasos muy sencillos, que se llaman instrucciones. Una instrucción indica a la computadora que lleve acabo determinada operación aritmética, lógica o de control.

27 La unidad de control es el conjunto de circuitos que dirige y coordina el procesamiento. Recopila una instrucción de la RAM y la pone en el registro de instrucciones especial. A continuación interpreta cada instrucción para determinar que hacer. Ayuda a que lleguen los datos a la ALU y le dice que operación a realizar. De acuerdo con su interpretación, la unidad de control manda señales al bus de datos a fin de traer datos de la RAM, y la unidad lógica y aritmética para que ejecute un proceso.

28 La unidad lógica y aritmética (ALU) es el conjunto de circuitos que realiza operaciones lógicas como comparar dos números a fin de ver si son iguales, u operaciones aritméticas como sumar y restar. La ALU usa registros para conservar los datos que está procesando. En ella, el resultado de una operación lógica o matemática se guarda temporalmente en el acumulador.

29 Función de la ALU Los datos por procesar llegan de la RAM y se alojan en registros. Una señal de la unidad de control indica que operación aritmética o lógica realizar La ALU ejecuta la operación y coloca el resultado en el acumulador. Los resultados suelen enviarse a la RAM para producir una salida o almacenarlos en disco.

30 Un conjunto de instrucciones es la lista de instrucciones que puede efectuar una unidad central de procesamiento. Cada tarea debe estar descrita en términos de la lista de instrucciones limitada en el conjunto de instrucciones. El termino ciclo de instrucciones se refiere al proceso en que una computadora ejecuta una solo instrucción. Este ciclo se repite cada que la maquina completa una instrucción.

31 Cada vez que el CPU ejecuta una instrucción, realiza una serie de pasos. Las series complejas de pasos se conocen como ciclo maquina. Un ciclo de maquina puede ser dividido en dos ciclos mas pequeños: El ciclo de instrucciones El ciclo de ejecución

32 El ciclo de instrucciones la CPU lleva a cabo dos pasos Recolectar antes de que el CPU pueda ejecutar algunas instrucciones, la unidad de control debe recuperar o recolectar un comando o datos desde la memoria de la computadora. Decodificar Antes de que se pueda ejecutar un comando, la unidad de control debe separar o decodificar el comando en instrucciones que corresponden a aquellas que pertenecen al conjunto de instrucciones del CPU

33 El ciclo de ejecución Ejecutar Cuando el comando es ejecutado, el CPU lleva a cabo las instrucciones en orden al convertirlas en micro código. Almacenar Es posible que el CPU necesite almacenar los resultados de una instrucción en la memoria (pero no siempre es necesaria esta condición) A pesar de que el proceso es complejo, la computadora lo puede llevar a cabo con una velocidad increíble, traduciendo millones de instrucciones cada segundo (MIPS). Los CPS mas nuevos se pueden medir en billones de instrucciones por segundo (BIPS).

34 Ciclo de instrucción Tomar la instrucción Interpretar la instrucción Ejecutar la instrucción Aumentar el apuntador de la instrucción.

35 No todas las unidades centrales de procesamiento son iguales, algunas procesan con mayor rapidez que otras. En su velocidad influye varios factores como la rapidez del reloj, el tamaño de la palabra, el cache y el tamaño del conjunto de instrucciones.

36 Una computadora tiene un reloj de sistema que emite impulsos que establecen la sincronización de todas las operaciones en el sistema. Este reloj trabaja a un ritmo muy distinto del de un reloj que indica la hora, determina la velocidad a la que la computadora puede ejecutar una instrucción y por consiguiente limita la cantidad de instrucciones que puede efectuar en cierto lapso. El tiempo transcurrido para completar un ciclo de instrucción y ejecución se mide en megahertz (MHz) o millones de ciclos por segundo.

37 El tamaño de palabra es la cantidad de bits que puede manipular simultáneamente la CPU, se base en el tamaño de los registros de la CPU y en la cantidad de líneas de datos en el bus. Por ejemplo un CPU con ocho bits de tamaño de palabra se llama procesador de 8 bits, tiene registros de 8 bits y manipula ocho bits a la vez. 32 o 64 bits

38 El cache es una memoria especial de alta velocidad que permite que el microprocesador tenga acceso mas rápido a los datos, porque un microprocesador de alta velocidad puede ejecutar una instrucción con tanta rapidez que a menudo tiene que esperar a que los datos le lleguen de la RAM. El cache asegura que los datos estén disponibles de inmediato cuando los pida la CPU. En igualdad de los demás factores, a mayor cache, mas velocidad de procesamiento.

39 A medida que los programadores desarrollan diversos conjuntos de instrucciones de computadora, tendieron a agregar instrucciones mas y mas complicadas que ocupaban muchos bytes en la memoria y necesitaban varios ciclos de reloj para su ejecución. Una computadora basada en una unidad central de procesamiento, con un conjunto de instrucciones complejas se llamada computadora CISC (conjunto complejo de instrucciones)

40 El microprocesador de un conjunto reducido de instrucciones o RISC tiene pocas instrucciones que ejecutar, por consiguiente, las RISC deben ser mas rápida que las CISC para la mayor parte de las tareas de procesamiento

41 Ya aprendimos que un bus de datos transporta datos entre la RAM. El bus de datos se prolonga a otras partes de la computadora. El segmento que lleva datos entre la RAM y los periféricos se llama bus de expansión. El bus de expansión es una prolongación del bus de datos. Una tarjeta de expansión es una tarjeta de pequeños circuitos que conecta un dispositivo con la computadora o que puede agregar posibilidades como sonido o telecomunicaciones.

42 Una ranura de expansión es un receptáculo en que puedes insertar una tarjeta de expansión. La cantidad de ranuras vacías determina sus posibilidades de expansión. La mayoría de computadoras tienen de 4 a 8 ranuras de expansión. Ej.: Tarjeta de video Tarjeta de red Tarjeta de modem (se utiliza para transmitir y recibir datos telefónicamente desde otra computadora)

43 Un puerto de expansión es un lugar por donde pasan datos que entran y salen de una computadora o periférico. Para conectar un periférico a una tarjeta de expansión, enchufa el cable del dispositivo en el puerto de expansión de la tarjeta. Muchas veces, el puerto esta en la tarjeta, de modo que se llega a el a través de un agujero en la parte trasera del gabinete o bien, se puede conectar directamente a la tarjeta principal. Ej. Energía Puerto serial Puerto paralelo (impresora) Puerto ps/2 mouse Puerto del teclado Conector de red Ajuste del volumen Bocina del micrófono Teléfono

44 Un puerto paralelo proporciona una conexión para transmitir datos en grupos simultáneos de ocho bits por un cable con ocho conductores distintos de datos. Como los ocho bits viajan al mismo tiempo, la transmisión en paralelo es relativamente rápida. Generalmente se usa para mandar datos a una impresora. Esta en la tarjeta principal o en una tarjeta de expansión.

45 Un puerto serial, puerto serie o puerto RS- 232C, permite transmitir datos bit por bit (serie de bits). Conecta la computadora con dispositivos como módems, que necesitan transmisión de datos en dos sentidos, o el mouse, que solo envía datos en un solo sentido. Es menos susceptible a la interferencia que un cable paralelo, puesto que requiere menos conductores de datos.

46 La unidad del sistema cuenta con aberturas, llamadas bahías, para el montaje de unidad de discos, CD-ROM. Una bahía externa permite instalar dispositivos a los que accede desde el exterior del gabinete, como una unidad de disquete. Una bahía interna permite conectar dispositivos a los que no es necesario acceder externamente como una unidad de disco duro.

47 La secuencia de hechos desde que enciendes una computadora hasta que esta lista para trabajar se llama proceso de inicialización (arranque o boot) El principal objetivo de dicho proceso es que los archivos del sistema operativo lleguen a la RAM. Secuencia: Encendido Corre programa de inicialización Auto diagnóstico al encendido Carga del sistema operativo Comprobación de la configuración y la personalización Listo para recibir ordenes y datos.

48 Encendido, lo primero que sucede cuando se conecta la corriente es que el ventilador comienza a trabajar y la luz piloto del gabinete se enciende. Pasando energía a la tarjeta principal. Comienzo del programa de inicialización, el procesador comienza a ejecutar el programa de arranque almacenado en la ROM.

49 El siguiente paso es el auto diagnóstico al encendido o POST que localiza y diagnostica si hay problemas. Revisa si la RAM, las tarjetas de expansión, el teclado y las unidades de disco trabajan de forma correcta. Carga del sistema operativo, Después de terminar sin novedad el auto diagnóstico, la computadora continua con las instrucciones del ROM para cargar el sistema operativo en la RAM.

50 Identifica que unidad es la predeterminada (C) y la utiliza durante todo el resto de la sesión. A continuación la maquina trata de localizar y cargar los archivos del sistema operativo que esta en la unidad predeterminada Comprobación de configuración y personalización, al principio del proceso de inicialización, la computadora revisa la CMOS para determinar la cantidad de RAM instalada y los tipos de unidades de disco disponibles. En la siguiente etapa del proceso, la computadora busca los archivos de configuración en la unidad predeterminada y las instrucciones personalizadas de inicialización.(autoexec.bat)

51 Lista para comandos y datos, el proceso de inicialización termina cuando la computadora queda lista para aceptar los comandos. Entonces, por lo general, se muestra la pantalla principal del S.O.

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