TEMA 4 Unidades Funcionales del Computador Álvarez, S., Bravo, S., Departamento de Informática y automática Universidad de Salamanca Introducción El elemento físico, electrónico o hardware de un sistema básico de proceso de datos se puede estructurar en tres partes claramente diferenciadas en cuanto a sus funciones: la unidad central de proceso, la memoria central y las unidades de entrada/salida o periféricos. La arquitectura básica de una computadora (unidades funcionales) se completa con el bus del sistema y los controladores. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -2-
Placa Base o Madre Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -3- La Unidad Central de Proceso (CPU) La unidad central de proceso, procesador central o CPU (Central Process Unit) constituye el componente más importante de cualquier placa base. Las familias de procesadores más extendidas en la actualidad son las Pentium de Intel o los AMD. La CPU gestiona cada paso en el proceso de los datos. Actúa como el conductor de supervisión de los componentes de hardware del sistema. Está unida directa o indirectamente con todos los demás componentes de la placa principal (placa base o placa madre). Muchos grupos de componentes reciben instrucciones y son activados de forma directa desde la CPU. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -4-
La Unidad Central de Proceso (CPU) El procesador está equipado con buses de direccionamiento, de datos y de control, que le permiten llevar acabo sus tareas. La configuración y la capacidad del procesador son los factores que determinan el rendimiento general del ordenador personal. Un factor importante para determinar la prestación de un procesador es su frecuencia de reloj o su velocidad de trabajo. MegaHercios (MHz). Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -5- La Unidad de Control La unidad de control (UC) constituye el centro nervioso de la computadora, ya que desde ella se controlan y gobiernan todas las operaciones. La función de la UC es la búsqueda de las instrucciones en memoria, su interpretación y la generación, en los instantes adecuados, de las señales de control necesarias para ejecutar la operación especificada por cada instrucción. En este proceso se pueden distinguir dos aspectos esenciales: el secuenciamiento y la interpretación de las instrucciones. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -6-
La Unidad de Control Para todo ello, la UC consta de los siguientes elementos: Contador de programa (CP) Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción Al inicio de un programa la dirección de su primera instrucción. Registro de instrucción (RI) Contiene la instrucción que se ejecuta en cada momento. Esta instrucción lleva el código de operación (CO) y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos. Decodificador (D) Reloj (R) Secuenciador (S) Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -7- La unidad Aritmético Lógica Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (sumas, restas, productos y divisiones) y de tipo lógico (comparaciones, etc.). Para comunicarse con las otras unidades funcionales utiliza el denominado bus de datos y para realizar su función consta de los siguientes elementos: Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -8-
Modo de operación de un procesador El procesador, en términos funcionales, es una caja negra que recibe como entrada instrucciones y datos, produciendo como salida nuevos datos. Los datos son elaborados en su interior de acuerdo a un algoritmo expresado mediante las instrucciones. El procesador, ejecutando las instrucciones secuencialmente, genera como resultado los nuevos datos de salida. En un microprocesador de propósito general, la tarea a realizar se especifica en un programa. Un programa consiste en una secuencia de instrucciones, codificadas (código máquina) de acuerdo a un formato interpretable por el procesador. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -9- Modo de operación de un procesador Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -10-
La Memoria Central La memoria central, principal o interna es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para poder realizar un determinado proceso. Está constituida por multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora este conectada, la información depositada en ella. A la numeración de las celdas se denomina dirección de memoria No se debe confundir los términos celda o posición de memoria con el de palabra de computadora, ya que esta última es la cantidad de información que puede introducirse o extraerse de la memoria central de una sola vez (simultáneamente). El tamaño habitual de la palabra de las computadoras actuales suele ser de 16, 32 o 64 bits Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -11- La Memoria Central La unidad de información mínima manejable por una computadora es el conjunto de 8 bits o byte. La capacidad de la memoria o cantidad máxima de información que es capaz de almacenar se mide en múltiplos de esta unidad: KiloByte = 1024 Bytes =2^10 B MegaByte = 1024 KBytes=2^10 KB GigaByte = 1024 Mbytes=2^10 MB TeraByte = 1024 Gbytes=2^10 GB En una computadora personal a la memoria central se le suele denominar RAM (Random Access Memory) La capacidad real de la memoria central es reducida, pero se ha conseguido que, (funcionamiento) esta capacidad sea mucho mayor que la real. Prácticamente ilimitada, mediante lo que se denomina memoria virtual. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -12-
Bus del Sistema El bus es algo viene a ser algo así como el sistema de correo de una computadora. Asume todas las tareas relacionadas con la comunicación que van dirigidas a la placa base, desde el envío de paquetes de datos hasta la puesta a punto, pasando por la devolución de información cuando el receptor esta ausente o se retrasa. El bus es el elemento responsable de la correcta interacción entre los diferentes componentes de la computadora. Es por tanto, su dispositivo central de comunicación. Un bus esta compuesto por conductos. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -13- Bus del Sistema Los conductos especialmente destinados al transporte de datos reciben el nombre de buses de datos. Bus de direcciones establece el destino de los datos. Bus del Sistema o Bus de Control. Su participación es necesaria porque al bus se hallan conectados otros dispositivos, aparte de la CPU y la memoria. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -14-
Bus del Sistema Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -15- Las instrucciones Las instrucciones que la CPU es capaz de realizar se denominan instrucciones máquina. El lenguaje que se utiliza para su codificación es el lenguaje máquina y, de acuerdo con su función, se clasifican básicamente en los siguientes grupos: Instrucciones de cálculo (aritmético y lógico). Instrucciones de transferencia de datos. Instrucciones de ruptura de secuencia. Otros. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -16-
Las instrucciones: ciclo de instrucción Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora, éste ha de estar almacenado en la memoria central. La unidad central de proceso tomara una a una sus instrucciones e irá realizando las tareas correspondientes. Se denomina ciclo de instrucción al conjunto de acciones llevadas a cabo en la realización de una instrucción. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -17- Conclusiones Los circuitos electrónicos que forman las computadoras están formados por componentes electrónicos como las puertas lógicas, multiplexores o decodificadores en chips de minúsculo tamaño. La arquitectura interna de las computadoras es de suma importancia desde el punto de vista electrónico y funcional. En una computadora se pueden distinguir tres grandes elementos fundamentales Unidad Central de Proceso (CPU), que dirige el funcionamiento del resto del sistema. La memoria central o principal, que es la encargada del almacenamiento de los datos que se manejan en el sistema. El bus del sistema, encargado de conducir los flujos de datos que se mueven en el sistema entre la CPU, memoria, periféricos, etc. La ejecución de un programa en una computadora no es más que la organización y ejecución a cargo del procesador de una serie ordenada de instrucciones con una serie de datos procedentes de memoria o de periféricos. Existen diversos tipos de instrucciones según su número de operandos, la forma de direccionarestos o su duración. Álvarez, S., Bravo, S. Universidad de Salamanca -18-