Hardware de Procesamiento de Datos (I)

Transcripción

1 ntroducción a la nformática 2009 Hardware de Procesamiento de Datos () Para ver los principales aspectos del hardware, el tema se tratará en cuatro partes: La primera hará hincapié en los aspectos funcionales de los componentes que intervienen activamente en el procesamiento, tales como la CPU y la memoria principal. La segunda parte, en forma muy simplificada, pretende ubicar esos componentes en una computadora tipo PC. La tercera describe brevemente las características de los distintos periféricos que se utilizan para el ingreso de los datos y la salida de información de la computadora. En la cuarta, se describen las distintas tecnologías utilizadas para el almacenamiento de los datos y la descripción de los principales dispositivos de almacenamiento. Parte 1: Hardware de procesamiento de datos. Parte 2: Composición básica de una computadora. Parte 3: Dispositivos de Entrada Salida. Parte 4: Dispositivos de almacenamiento secundario Parte 1. Hardware de procesamiento de datos El objetivo de este tema es entender la forma en que la computadora procesa los datos. Para ello se realizará primero una descripción general del hardware y de los bloques funcionales que lo componen, para luego tratar más específicamente los componentes fundamentales en el procesamiento de datos: la unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria. 1. Qué es el Hardware? El hardware de una computadora es la totalidad física, conformada por todos los componentes de su equipamiento: circuitos electrónicos (microcircuitos contenidos en chips ), plaquetas que los soportan, cables o caminos conductores (buses) que los interconectan, mecanismos, discos, motores, cintas, gabinetes, pantallas, teclas, etc Bloques funcionales del hardware En el procesamiento de datos, realizado en cualquier computadora, se realizan los siguientes procesos: ENTRADA MEMORZACON PROCESAMENTO SALDA Cada uno de estos procesos los realizan los bloques funcionales: periféricos de entrada, memoria, unidad central de proceso, periféricos de salida. Los bloques se comunican eléctricamente entre sí, a través de caminos formados por un conjunto de cables o líneas conductoras que constituyen un bus. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 1

2 ntroducción a la nformática 2009 ENTRADA MEMORZACÓN PROCESAMENTO SALDA Mouse bus bus Monitor con pantalla Unidad de disco Unidad de disquete nstrucciones nstrucciones Porción central Registros Unidad de control Unidad de disco Unidad de disquete Módem nstrucciones R nstr. mpresora Datos AX Datos Scanner Datos Resultados UAL Parlante Teclado Memoria principal Unidad central de proceso (UCP) Módem CD-ROM Resultados bus Plotter Periféricos de entrada Periféricos de salida En el gráfico se muestra como se relacionan los bloques funcionales. A los fines didácticos, aparecen repetidos dispositivos que pueden actuar tanto para la entrada como para la salida de datos (ej. Unidades de disco y disquete). En líneas generales, en la figura mostrada, se supone que un disco de la unidad de disco rígido provee un programa cuyas instrucciones pasarán a través de buses a la memoria y los datos, llegan, -también a través de buses- a la memoria, provenientes del teclado. Luego las instrucciones del programa son ejecutadas, una por vez, para lo cual primero cada una por un bus llega al registro de instrucción (R) de la U.C.P., donde permanece mientras se ejecuta, para que la Unidad de Control interprete que operación ordena. A continuación, a través del mismo bus, el dato a operar por dicha instrucción llega desde la memoria a un registro acumulador (AX) del procesador, antes de ser operado (conforme a la operación ordenada) en la ALU, a fin de obtener un resultado. Este puede sustituir en el registro AX al dato ya operado, y luego, pasar a la memoria -nuevamente a través del bus citado- si una instrucción así lo ordena. Una vez que el resultado esté en la memoria, la instrucción siguiente podría ser visualizarlo en la pantalla, guardarlo en un disquete, etc. Los dispositivos que se encargan de entrar desde el exterior datos e instrucciones hacia la computadora, o dar salida de resultados de la computadora al exterior, se denominan periféricos o unidades de entrada salida. Su función principal es convertir datos externos en internos en las operaciones de entrada, o a la inversa en las operaciones de salida. De estos bloques funcionales, trataremos en los próximos temas. Un periférico no se conecta directamente al procesador central, sino por medio de una nterfaz circuital, indicada con la letra en el gráfico inicial, que en una PC en general, está contenida en una tarjeta que se inserta en un zócalo apropiado de la placa madre. La UC no gobierna directamente a los periféricos mediante líneas que llegan a ellos, sino que la CPU ejecuta un subprograma preparado para cada periférico (drivers o controladores), merced al cual desde la CPU llega a la interfaz del periférico cada comando que ordena a la electrónica de éste qué debe hacer. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 2

3 ntroducción a la nformática 2009 Distintos circuitos de un computador se comunican entre sí mediante un conjunto de líneas, cables, conductores, que los interconectan eléctricamente, los cuales configuran una estructura de conexión. Estas comunicaciones se denominan bus. En general, en un bus encontramos líneas para la transmisión de datos, direcciones y señales de control, denominados respectivamente bus de datos, bus de direcciones y bus de control. Se describen más adelante las características de los dos primeros Resumen del funcionamiento básico de una computadora 1. Los datos y las instrucciones del programa deben llegar a la memoria principal (MP) desde periféricos. Cada instrucción está codificada mediante una combinación de unos y ceros, esta codificación consta de dos partes: una es el código de instrucción que indica que hará la computadora, la otra parte contiene las direcciones de memoria donde se hallan el o los datos que se operarán en esta instrucción. 2. La UC localiza en MP la instrucción que debe ser ejecutada, para que su código llegue a la CPU, donde la UC determinará qué ordena ese código. 3. La instrucción es interpretada o decodificada por la UC, luego de lo cuál la UC ordena encaminar los datos hacia la UAL, indicando la operación que debe realizar o a los periféricos si la instrucción es de entrada/salida. La instrucción codificada permite localizar los datos que operará, la operación concreta a realizarse, donde se guardará el resultado y donde se localiza la próxima instrucción en MP. La UC cumplimenta todo lo especificado en la instrucción. 4. Se vuelve al paso Unidad Central de Proceso (CPU) Se denomina Unidad Central de Proceso al conjunto formado por: La Unidad de Control La Unidad Aritmética Lógica Los registros usados durante la ejecución de cada instrucción. La CPU es el cerebro de la computadora, el lugar donde se lleva a cabo la ejecución de las instrucciones. En los sistemas de computación más grandes, por ejemplo, las supercomputadoras y los mainframes, las tareas de procesamiento pueden controlarse por múltiples chips de procesamiento. El microprocesador En una microcomputadora, la CPU está contenida en el chip microprocesador (por ejemplo, el 036/046/Pentium, 6000, PowerPC, Pentium V, AMD Athlon, etc.). Los términos CPU, microprocesador y procesador, suelen ser sinónimos. Ejemplo de microprocesador: ntel Pentium Elementos principales del microprocesador Hay muchos tipos de microprocesadores pero una CPU típica consta, entre otros, de los elementos que se aprecian en la figura siguiente, donde el generador de pulsos de reloj suele alojarse en el chipset externo de la placa base. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 3

4 ntroducción a la nformática 2009 Generador de pulsos de reloj (Mhz) Coprocesador matemático Caché de Nivel 2 UC Unidad de Control R Decodifi cador Secuen ciador Registros ALU Caché de nivel 1 RM DM Datos e instrucciones Direcciones MEMORA PRNCPAL Tipos de microprocesadores Todo microprocesador entiende un determinado conjunto de instrucciones que son específicas de cada modelo. A grandes rasgos se puede hacer una clasificación general de los procesadores atendiendo al tipo de instrucciones que manejan: a) Procesadores CSC (Complex nstruction Set Computer Computación de conjunto complejo de instrucciones): Procesador con un conjunto de instrucciones complejo. Cada procesador contiene un gran número de instrucciones que realizan operaciones completas. Por este motivo el decodificador y el secuenciador tienen un carácter complejo: manipulan multitud de instrucciones, algunas con muchas etapas diferentes. b) RSC (Reduced nstruction Set Computer Computación de conjunto reducido de instrucciones): Procesador con un conjunto reducido de instrucciones que, además, son de carácter básico. Cuando necesita realizar tareas complejas las ejecuta mediante un conjunto de operaciones básicas. Como el decodificador y el secuenciador se simplifican y en realidad las instrucciones complejas se utilizan muy poco, este tipo de procesador es más rápido y más potente que el CSC. En el grupo de procesadores CSC están todos aquellos de carácter general, fundamentalmente los dedicados al uso doméstico (PCs y Macintosh), quedando los más avanzados y especializados (estaciones de trabajo, servidores y mainframes) para el grupo de ordenadores RSC Unidad de Control (UC) La Unidad de Control es el centro lógico de la computadora. Puede considerarse como un policía de tránsito dirigiendo el flujo de datos a través de la CPU, además del flujo hacia otros dispositivos y desde ellos. Es un circuito especializado, cuya función es obtener de la memoria las instrucciones del programa y ejecutarlas. Estas acciones forman parte de una secuencia siempre repetitiva: Obtener de la memoria la próxima instrucción que corresponde ejecutar, Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 4

5 ntroducción a la nformática 2009 Localizar los datos a operar en la memoria, en un AX u otro registro, según se indique. Ordenar al circuito de la UAL que realice con dichos datos, la operación indicada, o a los canales correspondientes, si la instrucción es de entrada o salida de datos. Guardar el resultado en un registro acumulador o en la memoria principal. Por lo tanto: La UC tiene a su cargo el secuenciamiento de las acciones necesarias que deben realizar los circuitos involucrados en la ejecución de cada instrucción, según el código de la misma; respetando el orden de ejecución de las instrucciones establecido en el programa. Se denomina conjunto de instrucciones a todas las operaciones que la CPU puede ejecutar. Este conjunto de instrucciones está integrado en la Unidad de Control. Cada instrucción del conjunto de instrucciones está expresada en microcódigo: instrucciones básicas que le dicen a la CPU la forma en que debe ejecutar las operaciones más complejas. La UC ordenará mediante señales eléctricas transmitidas por canales o cables, las operaciones (aritméticas o lógicas) que debe realizar la Unidad Aritmética Lógica (UAL) Unidad Aritmético Lógica (UAL) Debido a que todos los datos en la computadora están almacenados como números (tener presente los códigos de representación de datos del 2) gran parte del procesamiento involucra la comparación de números ó la realización de operaciones aritméticas. Por lo tanto, la UAL sirve para realizar las operaciones aritméticas o lógicas que le ordene la UC, siendo auxiliada por registros acumuladores para guardar transitoriamente datos y resultados. Estos registros, son ubicaciones de memoria de alta velocidad que están directamente integradas en la CPU y se utilizan para almacenar datos que se están procesando en ese momento. Se puede considerar a los registros como bloc de notas. Por ejemplo, la UC puede cargar 2 números de la memoria en los registros y luego decirle a la UAL que sume los 2 números (operación aritmética) ó que los compare para comprobar si son iguales (operación lógica). La respuesta a este cálculo se almacenará en otro registro antes de ser enviado a la CPU Longitud de palabra Se denomina palabra al conjunto de bits que forma un dato con los que opera la ALU y coincide, en general, con el número de bits de los registros del procesador. La longitud de palabra es el número de bits que la forman, las longitudes actuales son de 32 y 64 bits Ciclo de máquina Cada vez que la CPU ejecuta una instrucción, realiza una serie de pasos. La serie completa de pasos se denomina ciclo de máquina. Un ciclo de máquina consta de un ciclo de instrucción y un ciclo de ejecución. El primero recupera los datos y decodifica las instrucciones, el segundo ejecuta las microinstrucciones. El ciclo de instrucción comprende los siguientes pasos: Ciclo de máquina Ciclo de instrucción Ciclo de ejecución 1. Recuperación o lectura: La UC recupera de la memoria el dato o comando a ser operado. 2. Decodificación: La UC separa (o decodifica) el comando en instrucciones que corresponden a aquellas que pertenecen al conjunto de instrucciones de la CPU. 1. Ejecutar: La Cpu ejecuta las instrucciones en orden al convertirlas a microcódigo. 2. Almacenar: Almacena los resultados de la instrucción, si fuera necesario. A pesar de que el proceso es complejo, la computadora lo realiza a gran velocidad, traduciendo millones de instrucciones por segundo. De hecho, el desempeño de la CPU se Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 5

6 ntroducción a la nformática 2009 mide en millones de instrucciones por segundo (MPS). Los microprocesadores modernos se pueden medir en billones de instrucciones por segundo (BPS). 3. Memoria principal La etapa de memorización en el proceso de datos, la realiza la memoria principal, central o interna. Almacena datos, instrucciones y los resultados del proceso en circuitos electrónicos ó chips ubicados en la placa madre. La memoria principal (MP) almacena las instrucciones de programas que próximamente serán ejecutas en la CPU, y los datos que ellas ordenan procesar (operar); así como resultados intermedios y finales de las operaciones realizadas en la CPU. Es decir, los datos que se procesan y el programa que se ejecuta para dicho proceso deben estar en la memoria principal. Cada programa comparte la MP con sus datos, pero las instrucciones están en una zona y los datos en otra. Esta información queda almacenada temporalmente mientras se opera con ella; pudiendo luego ser reemplazada por otro programa y sus datos correspondientes. No debe confundirse la memoria principal, que es interna y está colocada en la placa madre, con la memoria de almacenamiento masivo (discos rígidos, disquetes, CD-ROM) que son externos. Tienen gran relación puesto que todos los programas y datos son almacenados en los discos y pasan después a la memoria donde serán manipulados adecuadamente por la CPU, tal como se ve en la siguiente figura: Disco Datos e instruccion Datos e instruccion CPU Memoria Principal Esquema de carga de un programa a partir de su ubicación en disco 3.1. Tipos de memoria Existen dos tipos de memoria integrada, en función de la permanencia de los datos: Cuando los chips de memoria retienen los datos aún cuando se apaga la computadora, decimos que es una memoria no volátil. Otros chips pierden su contenido cuando se suspende el suministro de energía eléctrica, este tipo de memoria se denomina volátil. En la figura siguiente se muestra la disposición de estos chips en la placa madre: Memoria no volátil (ROM) Los chips de memoria no volátil mantienen los datos aun cuando se desconecte la computadora. Los datos se colocan es los chips durante el proceso de fabricación. Durante su uso normal, los datos de estos chips sólo se leen y utilizan (no se modifican) por lo que esta se memoria se conoce también como memoria de sólo lectura ó ROM (read only memory ). Específicamente, los chips que no pueden modificarse se conocen como memoria programable de sólo lectura ó PROM (por sus siglas en inglés). Los chips PROM se utilizan generalmente en las unidades de disco duro ó en las impresoras. Contienen las instrucciones que hacen funcionar a los dispositivos. Cuando una computadora se enciende necesita saber por donde empezar. Las instrucciones de inicio están contenidas en una memoria ROM, denominada BOS (Basic nput Oputput system ó Sistema Básico de Entrada Salida). Este chip contiene la información necesaria para realizar determinadas tareas rutinarias de bajo nivel: Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 6

7 ntroducción a la nformática 2009 a) Arrancar el ordenador. Para hacer esto se utiliza un pequeño programa de arranque que se pasa de la ROM a la memoria principal (RAM) y desde aquí se ejecuta. b) Ejecutar el programa de configuración de la placa madre y sus componentes principales. Este programa se denomina SETUP y es accedido mediante algún mecanismo especial, normalmente pulsando la tecla <SUPR> después del chequeo de arranque. c) Administrar los Códigos de las nterrupciones BOS que son necesarias para realizar la entrada y salida de datos Memoria Flash La memoria flash es un tipo especial de memoria no volátil. Se utiliza en dispositivos digitales portátiles para almacenamiento de datos. Las cámaras digitales, reproductores MP3, dispositivos de almacenamiento USB y consolas de juego, utilizan este tipo de memoria Memoria volátil (RAM) La memoria volátil requiere de energía eléctrica para almacenar los datos. La memoria volátil de una computadora se conoce como memoria de acceso aleatorio ó RAM (Random Access Memory). Cuando se habla de la memoria de una computadora, en relación a una microcomputadora, se refiere a la RAM. La RAM almacena los programas y los datos mientras se están ejecutando. La RAM está especialmente diseñada para ser inmediatamente accesible para la CPU o para los programas. La palabra aleatorio en la RAM implica que cualquier parte de ella puede ser accesible en cualquier momento. Esto contribuye a que la RAM sea muy rápida. Una computadora no necesita buscar en toda su memoria cada vez que tiene que encontrar datos, debido a que la CPU utiliza una dirección de memoria para almacenar y recuperar cada fragmento de datos. Una dirección de memoria es un número que indica una ubicación en los chips de memoria. Las direcciones de memoria empiezan en cero y se incrementan hasta llegar a uno menos que la cantidad de bytes de la memoria que tiene la computadora. Se utiliza memoria RAM no sólo asociada a la CPU. Las placas de video y de sonido modernas tienen su propia RAM integrada Características de la memoria principal La memoria principal almacena bits (unos y ceros) en celdas independientes entre sí, que contienen un byte ( bits) de información. Cada celda se localiza en el conjunto mediante un número binario identificatorio, que constituye su dirección ó indicación de su posición en ese conjunto. Este número no se puede alterar porque está establecido circuitalmente. Por lo tanto, con relación a cada celda se tiene dos números binarios: Un número fijo, la dirección, que presentado en los circuitos de la memoria permite acceder a una celda; y Un número de ocho bits, que es el contenido o información de esa celda, o sea la combinación de unos y ceros almacenada en ella. Este número puede cambiarse si la memoria es alterable. Generalmente se representan las celdas de la memoria como un conjunto de casilleros verticales, siendo sus direcciones números binarios consecutivos. Para no visualizar largas cadenas de unos y ceros, estos números suelen mostrarse en su equivalente hexadecimal, para que sea de más fácil comprensión. Esto es cuando se realiza un vuelco de memoria en la pantalla o impresora. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 7

8 ntroducción a la nformática 2009 Ejemplo, en la figura de la derecha se destaca la dirección = 0207H, en la cual está almacenado el byte equivalente al hexadecimal 61H. 0205H H H H H AH BH Puede ayudar a entender mejor el concepto de byte almacenado, si se piensa que en cada casillero existen llaves del tipo si-no, como las comunes de pared para encender la luz, cada una para representar un uno estará en la posición de prendido ( si ) o para representar el cero, estará en apagado ( no ). Entonces, para una celda dada, como la que contiene , la combinación de unos y ceros que están formando las ocho llaves es la información contenida en dicha celda. La información que almacena cada grupo de llaves puede referirse a instrucciones o datos Palabra de memoria ( word ) En cada dirección de memoria (celda) sólo se pueden leer o escribir bits por vez, sin posibilidad de operar menor cantidad de bits. Cuando los datos e instrucciones ocupen más de un byte, se almacenan fragmentados en varios bytes, los cuales deben estar contenidos en celdas consecutivas de memoria. En una operación de lectura o escritura de memoria se puede acceder a varias celdas consecutivas. El número máximo de éstas constituye una palabra ( word ) de memoria. Dicho número puede ser 1, 2, 4 ú bytes, dependiendo de la cantidad de líneas de datos que salen del procesador hacia la memoria Direccionamiento de memoria Para acceder a los datos de la memoria o grabar datos en ellas la CPU debe direccionar la MP. La acción de direccionar o direccionamiento consiste en colocar en las líneas de direcciones del bus que llegan a la MP, la dirección de la celda a la que se quiere acceder, para leerla o escribirla. 1 Por favor, enviar los datos de la posición Ejemplo: Para solicitar un byte de datos, la CPU envía una dirección de memoria a la RAM mediante el bus de direcciones. Los datos contenidos en esa dirección se colocan en el bus de datos a disposición de la CPU. 2 OK, aquí vienen Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág.

9 ntroducción a la nformática 2009 Tiempo de acceso: es el que transcurre entre que se direcciona una celda de memoria, hasta que aparece en el bus de datos el contenido de la celda direccionada. Este tiempo se mide en nanosegundos, esta unidad de tiempo significa una mil millonésima de segundo. Los procesadores internamente realizan operaciones en contados nanosegundos Tamaño de memoria La cantidad de memoria RAM en una computadora influye sobre el rendimiento de la misma. Más RAM significa que la computadora puede ejecutar programas más grandes y potentes. También más RAM puede hacer que la computadora sea más veloz. Para ejecutar un programa no hace falta que el programa entero esté en la RAM, sin embargo mientras más grande sea la porción del programa que entre en la memoria, más rápida será la ejecución del programa. Por qué? Si el tamaño de la memoria es insuficiente para almacenar el programa y los datos necesarios, la CPU utilizará espacios del disco rígido como extensión de la memoria principal. Esto significa que la CPU deberá hacer permanentes intercambios trayendo y llevando datos de la memoria a la unidad de disco duro. Esta técnica de administración de memoria se denomina memoria virtual y, si bien es efectiva para administrar una cantidad limitada de memoria, disminuye el desempeño del sistema porque el disco duro es mucho más lento que la RAM, por lo tanto, los accesos a la unidad de disco harán que el procesamiento se realice en una mayor cantidad de tiempo. 4. El reloj interno de la computadora Todas las computadoras tienen un reloj del sistema, controlado por un cristal de cuarzo. Cuando se le aplica electricidad, las moléculas en el cristal vibran millones de veces por segundo, con una velocidad que nunca cambia. La computadora utiliza las vibraciones del cuarzo del reloj para marcar el tiempo de sus operaciones de procesamiento. Las primeras PC operaban a 4,77 megahertz. El Hertz (Hz) es una medida de ciclos por segundo. Megahertz (MHz) significa millones de ciclos por segundo. Gigahertz (GHz) significa miles de millones de ciclos por segundo. La velocidad de operación de la computadora está ligada a la velocidad de reloj del sistema. Un ciclo de reloj es el tiempo en que un transistor se apaga y se vuelve a encender. Un procesador puede ejecutar una instrucción dentro de un número determinado de ciclos de reloj. A medida que aumenta la velocidad del reloj del sistema, también aumenta la cantidad de instrucciones que puede realizar cada segundo. Los procesadores modernos operan a velocidades mayores a 1 Ghz. 5. El bus El bus es una ruta entre los componentes de una computadora. Existen dos buses principales en una computadora: el bus interno (o del sistema) y el bus externo (o de expansión). El bus del sistema reside en la placa madre y conecta a la CPU con los otros dispositivos conectados a la placa madre. Un bus de expansión conecta dispositivos externos, como el teclado, el Mouse, módem, impresora y otros, con la CPU. Los cables de las unidades de disco y otros dispositivos internos se conectan al bus. El bus del sistema tiene dos partes: el bus de datos y el bus de direcciones El bus de datos El bus de datos es una ruta eléctrica que conecta a la CPU, memoria y los otros dispositivos de hardware en la placa madre. Este bus, en realidad, es un conjunto de cables paralelos. El número de cables del bus de datos afecta la velocidad con la que pueden viajar los datos entre los componentes de hardware. Cada cable puede transportar un bit de datos por vez, un bus de cables transportará bits, un byte, por vez. Un bus de 16 bits, puede transferir 2 bytes, uno de 32, 4 bytes y un bus de 64 bits puede transferir bytes por vez. Al igual que el procesador, la velocidad del bus se mide en megahertz (MHz). Mientras más rápida sea la velocidad del bus, más rápido podrá transferir datos entre los componentes de una computadora. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 9

10 ntroducción a la nformática El bus de direcciones El bus de direcciones es un conjunto de cables, similar al bus de datos que sólo conecta a la CPU y la RAM y transporta únicamente direcciones de memoria. La disposición de los buses en la motherboard se ve en la figura siguiente: El bus del sistema incluye un bus de datos y un bus de direcciones. El bus de direcciones conecta la CPU con la RAM. El bus de datos conecta la CPU con la RAM y con todos los dispositivos de almacenamiento, de entrada/salida y de comunicaciones que están conectados con la placa madre Estándares de buses Entre las tecnologías de bus comunes, se incluyen: El bus arquitectura estándar de la industria ó SA), es un bus de 16 bits. Fue por mucho tiempo el estándar industrial de facto y aún se utiliza en algunas computadoras para conectar dispositivos más lento a la CPU (por ejemplo, un módem). Tecnología Bus Local, esta se desarrolló para conectar dispositivos más rápidos a la CPU. Un bus local es un sistema interno que se extiende entre los componentes de la placa madre. Actualmente, la mayoría de los sistemas utiliza algún tipo de tecnología de bus local. El bus de interconexión de componentes periféricos ó PC (Peripheral Component nterconected) es un tipo de bus local diseñado por ntel para facilitar la integración de nuevos tipos de datos, por ejemplo, de audio, video e imágenes. El bus puerto de aceleración de gráficos ó AGP (Accelerated Graphics Port) incorpora una arquitectura especial que le permite a la tarjeta de video tener acceso a la RAM del sistema directamente, incrementando notoriamente la velocidad del desempeño gráfico. El estándar AGP permitió el desarrollo de muchos tipos de tarjetas aceleradoras de video que soportan imágenes en 3D y de video de movimiento pleno. El bus serial universal ó USB (Universal Serial Bus), es un bus relativamente nuevo que se encuentra en todas las computadoras modernas. A diferencia del PC y del AGP, el USB es un bus de intercambio rápido, lo que significa que un usuario puede conectar y desconectar un dispositivo USB sin afectar a la computadora. USB soporta hasta 127 dispositivos, ya sea conectados en cadenas ó en un concentrador. Los puertos EEE 1394 (FireWire) se utilizan para conectar dispositivos de de video, por ejemplo, cámaras y cámaras de video. El bus PC Card se utiliza sólo en las computadoras laptop. Al igual que USB, el bus PC Card es de intercambio rápido. Se utilizan para tarjetas WiFi, tarjetas de red, módems externo, examinadores de huellas dactilares y otros sistemas biométricos de seguridad. Tradicionalmente, el desempeño de los buses se medía por la cantidad de bits que podían transferir a la vez. Sin embargo, en la actualidad, los buses se evalúan de acuerdo con sus velocidades de transferencia de datos (la cantidad de datos que pueden transferir en un segundo), este desempeño se mide en MHz o GHz. A continuación, la tabla muestra valores de desempeño de los buses comunes: Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 10

11 ntroducción a la nformática 2009 Tipo de bus Ancho (en bits) Velocidad de transferencia Capacidad de intercambio AGP 32 2,1 GHz No FireWire MHz Si SA 16,33 MHz No Pc Card MHz Si PC MHz No USB MHz Si 6. Memoria caché: Mover los datos entre la RAM y los registros de la CPU es una de las operaciones que consume más tiempo para la CPU, debido a que la RAM es más lenta que la CPU. Para solucionar este problema se incluye una caché de memoria en la CPU. Una memoria caché es similar a la RAM pero mucho más rápida. Hay que distinguir entre dos tipos de caché, la de primer nivel y la de segundo nivel. La de primer nivel es la que se encuentra integrada dentro del chip del microprocesador. La memoria caché se usa en varias partes de la computadora. La mayoría de las unidades de disco y tarjetas de red tienen un caché para acelerar el acceso de datos. Resumiendo, las memorias caché aceleran la adquisición de datos en la mayoría de los casos. Cuando la CPU necesita cargar un dato hace lo siguiente: 1) Lo busca en la memoria caché de nivel 1. 2) Si allí no se encuentra lo busca en la memoria caché de nivel 2. 3) Si en esta tampoco está lo sacará de la memoria principal. Aunque este esquema resulte muy complicado (además requiere mecanismos especializados para decidir qué datos se cargan y descargan de las memorias caché) es muy efectivo. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 11

12 ntroducción a la nformática 2009 Parte 2: Composición básica de una computadora 1. ntroducción Hemos visto los distintos componentes del hardware, destacando principalmente, su funcionalidad. Es decir, cual es el papel que cumplen en el procesamiento de datos. El propósito de este apartado es describir la composición básica de una computadora, tomando como ejemplo una PC, con el objeto de que los alumnos tengan idea de la ubicación física de los componentes anteriormente descriptos. A simple vista lo que vemos de una computadora son tres elementos diferentes: teclado, monitor y unidad central o "gabinete". Tanto el teclado como el monitor forman parte de los periféricos de la computadora, siendo la unidad central la parte principal de la computadora. 2. Componentes La elección del tipo de gabinete dependerá del número y tipo de componentes que se deseen incluir. ndependientemente de su formato, en el interior de la PC observaremos los siguientes elementos: 2.1. Placa base: Contiene la circuitería básica del ordenador: microprocesador, memoria, ranuras de expansión, controladores de dispositivos, etc Dispositivos internos: Fundamentalmente son de dos tipos: a) Dispositivos de almacenamiento masivo de datos (disco, disquetera, CD-ROM. etc.). b) Tarjetas auxiliares (tarjeta de vídeo, tarjeta de sonido, etc.) Fuente de alimentación: Suministra la corriente eléctrica adecuada a los componentes internos de la computadora. Necesita de uno o varios ventiladores para disipar el calor generado. Esos ventiladores son los que generan el ruido característico de las computadoras actuales. Fuente de alimentación Grabadora CD Lectora CD Placa madre Disquetera Disco duro 3. Elementos de la placa madre Como ya se ha dicho, la placa madre es centro neurálgico de la computadora. En ella se incluye el microprocesador, que es el núcleo del sistema y el encargado de realizar la mayoría de las operaciones importantes. Además del microprocesador se incluyen los elementos necesarios para que éste pueda realizar su trabajo. Entre los más importantes tenemos los siguientes: Zócalos de memoria principal (RAM) Ranuras de expansión o ampliación Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 12

13 ntroducción a la nformática 2009 Líneas o buses de comunicación Circuitos controladores de dispositivos Chipset o conjunto de chips para el control y sincronización Batería o pila Jumpers o puentes de configuración ROM-BOS, o conjunto básico de instrucciones de entrada/salida 4. Microprocesadores de PC Centrándonos únicamente en el entorno de PCs, partimos del primer microprocesador: el ntel 06, inicio de la familia se denomina x6 y se muestra a continuación su evolución a grandes rasgos: Modelo CPU Fecha de Bus de Datos Rango de Longitud Coproc. aparición velocidades palabra Matem. 06 / 0 (XT) 197 / ,77 a Mhz. 16 bits NO 26(AT) a 20 Mhz. 16 bits NO 36 DX a 33 Mhz. 32 bits NO 36 SX a 20 Mhz. 32 bits NO 46 DX a 50 Mhz. 32 bits S 46 SX a 25 Mhz. 32 bits NO 46 DX2 - DX a 120 Mhz. 32 bits S Pentium a 200 Mhz. 32 bits S Pentium Pro a 200 Mhz. 32 bits S Pentium MMX a 233 Mhz. 32 bits S Pentium a 450 Mhz. 32 bits S Pentium Celeron a 333 Mhz. 32 bits S Pentium Xeon a 450 Mhz. 32 bits S Pentium Mhz a 1 GHz. 32 bits S Pentium V ,3 GHz. a 1,5 GHz. 32 bits S Además de ntel, empresa pionera en la fabricación de microprocesadores para PC, hay otros fabricantes (fundamentalmente AMD) que han sacado al mercado microprocesadores compatibles que pueden obtener rendimientos similares a los equivalentes ntel. En el entorno de computadoras Macintosh (Mac) los procesadores son fabricados por Motorola y en la actualidad sus modelos de altas prestaciones son los PowerPC que obtienen un mayor rendimiento (tienen una arquitectura RSC más avanzada), a igualdad de velocidad de reloj, que los ordenadores PC. Aunque el conocimiento de lo expresado respecto a los microprocesadores nos induzca a pensar que ésta es la parte que más influye en la velocidad de una computadora, hay que tener presente que el rendimiento final de una computadora no sólo depende del modelo y velocidad del microprocesador. Elementos como el tipo de placa, el chipset empleado, el tipo de memoria, etc. pueden llegar a ser tan importantes como la CPU. Licenciatura en Sistemas de nformación FACENA-UNNE Pág. 13