Unidades Funcionales de la Computadora

Transcripción

1 Unidades Funcionales de la Computadora Unidad Central de Proceso Es el cerebro de la computadora, el lugar donde se manipulan los datos. Cada CPU tiene dos partes básicas: la unidad de control y la unidad aritmético-lógica En una microcomputadora, la CPU entera está contenida en un único chip llamado microprocesador. 1

2 CPU: Unidad de Control Administra los recursos. Regula el proceso entero de cada operación. Es la que dice qué hacer con los datos y dónde colocarlos. Reconoce un conjunto de instrucciones. Cada una se expresa en microcódigo, una serie de instrucciones básicas. Cada comando de un programa se desglosa en instrucciones de ese conjunto. Al ejecutarse se convierten en microcódigo. Las computadoras actuales pueden traducir y ejecutar millones de instrucciones por segundo. Las CPUs pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones. Se agrupan en familias con conjuntos de instrucciones similares. CPU: Unidad Aritmético-lógica (ALU) Cuando la unidad de control encuentra una instrucción que implica aritmética o lógica, pasa esa instrucción a la ALU. Esta unidad tiene una serie de registros donde se colocan los datos que se usan en cada momento. Por ejemplo, la unidad de control podría cargar dos números desde la memoria en los registros de la ALU y darle la instrucción a la ALU de que divida los dos números o los compare para ver si son iguales. 2

3 Velocidad de proceso Diseño de los circuitos de la CPU. Reloj del sistema. Hercios: ciclos por segundo. Tamaño de palabra. Buses (vías de conexión). Datos, direcciones y control. Tamaño. Velocidad. Memoria caché. Diseño de los circuitos RISC y CISC son distintas categorías de diseño. Difieren en el número de instrucciones básicas que realiza el micro así como también en la complejidad de tales instrucciones Los chips RISC trabajan más rápido con instrucciones simples, en comparación con los CISC, pero son más lentos para procesar información compleja. CISC (Complex InstructionSet Chip Chip con Conjunto de Instrucciones Complejos) es el diseño en el cual se basan los chips Pentium aunque a partir de Pentium II tienen más características en común con la tecnología RISC. Los chips PowerPC de Motorola son verdaderos procesadores RISC (Reduced Instruction Set Chip Chip con Conjunto Reducido de Instrucciones). 3

4 Velocidad de reloj En el micro, todas las partes internas trabajan en sincronismo, gracias a un reloj interno Con cada ciclo de reloj (o pulso), el micro puede ejecutar una instrucción del software. La velocidad de reloj es la cantidad de ciclos por segundo generados (Hercios) Debido a la extrema dificultad de fabricar componentes electrónicos que funcionen a las velocidades de MHz habituales hoy en día, todos los micros modernos tienen 2 velocidades: Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro internamente: 450, 500, 750, 1000, 2800 MHz, etc. Velocidad externa o de bus: la velocidad con la que se comunican el micro y la placa base: 100, 133, 200, 233 MHz, etc Tamaño de palabra Es el tamaño de los registros de la ALU. En los primeros procesadores estos registros eran de 16 bits. En la actualidad suelen ser de 32 e incluso pueden llegar a 64. El tamaño de los registros se conoce como tamaño de palabra e indica la cantidad de datos con los que puede trabajar la computadora en cualquier momento. 4

5 Buses del sistema Son caminos de comunicación desde y hacia el procesador Bus de datos (DBUS): transmite datos entre los distintos módulos del sistema. Suele estar formado por 8, 16 o 32 líneas diferentes. Bus de direcciones (ABUS): transmite la dirección de donde tiene que leerse o escribirse el dato situado en el DBUS. Bus de control: se utiliza para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones. Ejemplos de señales de control: Escritura en Memoria Lectura de memoria Escritura de Entrada/Salida. Lectura de Entrada/Salida. Bus de datos Conecta CPU, memoria y resto de dispositivos hardware de la placa madre. Diseñado para igualar las capacidades de los dispositivos conectados. En 1980 IBM fabricó su primer PC, con un bus de 8 bits conocido como XT que funcionaba a la misma velocidad que el procesador Intel8088 En 1984 salió al mercado un bus de datos de 16 bits (para el INTEL 80286) que se convirtió en el estándar de la industria. Se conoce como bus ISA (IndustryStandard Architecture). Dos años más tarde, el INTEL podía transmitir a 32 bits. IBM desarrolló el bus MCA (Micro Channel Architecture) 5

6 Bus de datos La arquitectura del bus MCA no era compatible con los modelos de PC anteriores. Se propuso un nuevo bus denominado EISA (Extended IndustryStandard Architecture). En 1990 VESA (Video Electronics Standards Association) presenta el VESA Bus de 32 bits, que ofrece conexión de datos rápida para el En 1992 Intel presentó el bus PCI (Peripheral Component Interconnect) para integrar más fácilmente nuevos tipos de datos como sonido, vídeo y gráficos, para su procesador Tenía una velocidad de 20 mhz y funcionaba a 32 bits. Actualmente cuenta con 64 bits y velocidad de transferencia de 33mhz. En 1997, para mejorar el PCI en lo relativo a memorias de vídeo, surge un nuevo estándar AGP (Accelerated Graphic Port) Bus de direcciones Se encarga de conectar la CPU y la memoria RAM indicando direcciones de memoria Habitualmente cada byte de memoria tiene una dirección. En este caso, el número de cables del bus determina el tamaño máximo de la memoria. Los primeros PCs tenían un bus de direcciones de 20 bits, de manera que podían direccionar 2 20 direcciones de memoria (1MByte de datos). En la actualidad la mayoría de las CPU tienen buses de direcciones de 32 bits, de manera que pueden direccionar 4GBytes de memoria RAM. 6

7 Memoria caché Uno de los trabajos que más tiempo consumen a la CPU es el movimiento de datos entre los registros de la CPU y la RAM, ya que ésta es mucho más lenta que la CPU. Se incluye una pequeña memoria caché en la CPU, similar a la RAM pero mucho más rápida. Guarda los datos que tienen más probabilidad de ser utilizados por la CPU. Además de esta caché incorporada en la CPU, también se puede agregar otra caché a la placa madre. Algunas computadoras aceleran ciertas operaciones agregando a la CPU un coprocesador matemático especialmente diseñado para tratar con datos numéricos en coma flotante y libera a la ALU de ciertas operaciones que éste puede realizar a mayores velocidades. Memoria Principal La CPU no tiene la capacidad de almacenar programas enteros o conjuntos grandes de datos. En los registros de la CPU sólo se pueden conservar unos cuantos bytes a la vez. Para completar esta carencia de la CPU está la memoria principal. Hay dos tipos de memoria principal: permanente (no volátil) y no permanente (volátil). 7

8 ROM Los chips no volátiles siempre guardan la misma información; la grabación se hace en fábrica, con aparatos especiales, antes de ser colocados en las computadoras. Como estos datos sólo se pueden leer, a esta memoria se le da el nombre de ROM: Read-Only Memory (memoria de sólo lectura). La información guardada en la ROM le dice a la computadora qué hacer cuando se enciende. Entre otras cosas, contiene un conjunto de instrucciones de inicio que aseguran que el resto de la memoria está funcionando correctamente, verifica los dispositivos de hardware y busca un sistema operativo en las unidades de memoria auxiliar. RAM La parte de la memoria principal que se puede modificar es la RAM Random-access memory (memoria de acceso aleatorio). El propósito de la RAM es conservar programas y datos mientras están en uso. La RAM estándar es volátil. Para buscar un dato en esta memoria no es necesario leerla toda. Se puede acceder directamente a un dato sabiendo su dirección en la memoria. La cantidad de RAM influye en la potencia de la misma: Cuanto mayor sea, se pueden utilizar programas más grandes que pueden acceder a archivos de datos más grandes. También afecta a la velocidad, ya que cuanto mayor sea la parte de un programa que cabe en la memoria, más rápido se ejecutará. 8

9 Periféricos Periféricos de ENTRADA Teclado Trackball Ratón Trackpad Trackpoint JoyStick 9

10 Teclado Teclado principal: Contiene los caracteres alfabéticos, numéricos y especiales. Se suele llamar QWERTY debido a que estas son las primeras teclas de la fila superior. Además de las letras y los signos de puntuación, se incluyen en este grupo teclas modificadoras: Shift, Control y Alt en Pcs y Shift, Control, Option y Command en Macintosh. Teclas de desplazamiento del cursor. Teclado numérico. Teclas de función: Habitualmente ordenadas en una hilera en la parte superior del teclado. Permiten darle ciertos comandos a la computadora. El propósito de cada tecla de función depende del programa que se esté utilizando. Además, los teclados incluyen cuatro teclas de propósitos especiales: Esc, Impr Pant, Bloq Desp y Pausa. Ratón Constituido por una bola que puede girar libremente, y se acciona haciéndola rodar sobre una superficie plana. En el momento de activar el ratón, se asocia su posición con la del cursor en la pantalla. Si desplazamos sobre una superficie el ratón, el cursor seguirá dichos movimientos. Variaciones: Trackball : la bola está fija y se hace girar con los dedos. Trackpad : con una superficie sensible al tacto sobre la que se desliza el dedo. Trackpoint : una pequeña palanca y dos botones. 10

11 Periféricos de ENTRADA Lápiz Escáner Pantalla táctil Micrófono Lector de códigos de barras Entrada de vídeo Cámara digital Periféricos de SALIDA Monitor Impresora Sistema de sonido 11

12 Almacenamiento secundario Necesario para disponer de mayor capacidad a un precio asequible Los datos son legibles por la máquina pero no directamente por el usuario Para acceder a esos datos se requiere un paso previo por la memoria Características: Reutilizabilidad Elevada capacidad No volátiles Más económicos que la memoria principal Tipos de soportes Magnéticos Disquetes (hasta 1,4 MB) Discos duros (IDE y SCSI) Zip Iomega (100MB) Jaz (hasta 2 GB) Magneto-ópticos (hasta 4,6 GB) Cintas de back-up (más de 4 GB) Ópticos CD-ROM (650 MB) DVD (4,7 GB y 8,5 GB doble capa) Memoria Flash 12

13 Disquetes Poca capacidad Llevan tiempo como soporte de almacenamiento estándar Tamaño (pulgadas) y capacidad: 8-1 KB 5, KB y 1,2 MB 3,5 720 KB y 1,44 MB CD y DVD Dos soportes muy utilizados en la actualidad, ya que los lectoresgrabadores ya son estándar en cualquier equipo. La mayoría de los CDs pueden almacenar 650 MB y los DVDs 4,7 GB los de simple capa y 8,5 GB los de doble capa (esta capacidad se puede duplicar al hacerlos de doble cara, es decir, escribiendo en las dos caras del DVD). 13

14 Otros dispositivos de almacenamiento secundario 14