Laboratorio de Herramientas Computacionales Tema 1.1 Componentes físicos de la computadora UNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGO FACULTAD DE INGENIERIA ELECTRICA M.I. ROSALÍA MORA JUÁREZ
Antecedentes Silicio 2
Antecedentes 3
Antecedentes 4
El grafeno es un compuesto derivado del carbono que posee una alta movilidad de portadores y un bajo nivel de ruido, lo que permite que sea utilizado como canal en transistores de efecto de campo (FET) y operar a altas frecuencias* Grafeno Propiedades Tiene una alta conductividad térmica y eléctrica. Presenta una alta elasticidad y dureza. Muy alta resistencia (200 veces al acero). Reaccionar químicamente con otras sustancias para formar compuestos con diferentes. Soporta la radiación ionizante. Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible. Menor efecto Joule; se calienta menos al conducir los electrones. Consume menos electricidad que el silicio. Genera electricidad al ser alcanzado por la luz. * En 2010, IBM desarrolló transistores que operaban 300 GHz. 5
Grafeno 6
La Computadora 7
Hardware de la computadora Son todos aquellos componentes físicos de una computadora, todo lo visible y tangible. El hardware especifica 4 actividades fundamentales: Entrada Procesamiento Salida Almacenamiento secundario 8
Periféricos 9
Arquitectura La mayoría de las computadoras de propósito general se fabricaron bajo el modelo de John Von Newmann (1903-1957), que se basa en sistemas con una sola unidad de procesamiento central (CPU por sus siglas en inglés). La arquitectura o modelo de Von Newmann propuso la CPU ejecutando una instrucción a la vez, hasta llegar al cálculo o computo final de un problema. A este esquema se le conoce como ejecución o procesamiento secuencial 10
Unidad Central de Proceso La CPU (Central Proccesor Unit) es responsable de: Controlar el flujo de datos (actividades de Entrada y Salida). Ejecutar las instrucciones de los programas sobre los datos. Realizar todos los cálculos (suma, resta, multiplicación, división y compara números y caracteres). Es el "cerebro de la computadora. 1. Unidad de Control (UC) Se divide en 3 Componentes 2. Unidad Aritmético/Lógica (ALU) 3. Área de almacenamiento primario (memoria) 11
Diagrama CPU Unidad de Entrada y Salida Unidad Aritmético/Lógica Área de almacenamiento primario (memoria) Unidad de Control (UC) 12
Unidad de Control Es en esencia la que gobierna todas las actividades de la computadora, así como la CPU es el cerebro de la computadora, se puede decir que la UC es el núcleo del CPU. Supervisa la ejecución de los programas. Coordina y controla al sistema de cómputo, es decir, coordina actividades de Entrada/Salida. Determina que instrucción se debe ejecutar y pone a disposición los datos pedidos por la instrucción. Determina donde se almacenan los datos y los transfiere desde las posiciones donde están almacenado. Una vez ejecutada la instrucción la Unidad de Control debe determinar donde pondrá el resultado para salida ó para su uso posterior. 13
Unidad Aritmético/Lógica Esta unidad realiza cálculos (suma, resta, multiplicación y división) y operaciones lógicas (comparaciones) entre los datos. Al realizar operaciones aritméticas y lógicas, la ALU mueve datos entre ella y el almacenamiento (posición en memoria). Los datos se manipulan de acuerdo con las instrucciones del programa y regresan al almacenamiento. Debido a que el procesamiento no puede efectuarse en el área de almacenamiento, los datos deben transferirse a la ALU. Para terminar una operación puede suceder que los datos pasen de la ALU al área de almacenamiento varias veces. Tiene un registro muy importante conocido como Acumulador (ACC). 14
Buses de control 15
Almacenamiento primario La memoria da al procesador almacenamiento temporal para programas y datos. Las computadoras usan 2 tipos de memoria primaria: RAM (Random access memory) Memoria de acceso aleatorio, la utiliza el usuario mediante sus programas, y es volátil. La memoria del equipo permite almacenar datos de entrada, instrucciones de los programas que se están ejecutando en ese momento, los resultados del procesamiento y los datos que se preparan para la salida. SIMM DIMM RIMM 16
Almacenamiento primario ROM (read only memory) Memoria de sólo lectura, en la cual se almacena ciertos programas e información que necesita la computadora las cuales están grabadas permanentemente y no pueden ser modificadas por el programador. Las instrucciones básicas para utilizar una computadora están grabadas aquí. 17
Almacenamiento Secundario El almacenamiento secundario es un medio de almacenamiento definitivo (no volátil como el de la memoria RAM). El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo se le llama procedimiento de lectura. El proceso de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento se denomina procedimiento de escritura. En la actualidad se pueden usar principalmente dos tecnologías para almacenar información: * El almacenamiento Magnético. * El almacenamiento Óptico. * El almacenamiento en semiconductor. Algunos dispositivos combinan ambas tecnologías. 18
Almacenamiento Secundario Medios ópticos Rayo de luz laser lee y escribe bits en la superficie. Medios basados en CD: * CD-ROM, CD-RW. Medios basados en DVD: * DVD-RAM, solo para datos. * DVD-ROM, DVD-RW. Memorias de estado sólido (memoria flash): * Desde 250 Mb a 32 Gb, etc. * Alternativa a los soportes extraíbles. Medios magnéticos Gran capacidad a bajo costo. Acceso secuencial copias de seguridad. Acceso aleatorio. - Fijos: Disco duro. - Extraíbles: Disquetes (flopy) y unidades zip / jaz. 19
Disco Duro La información en los sistemas modernos se almacena en discos duros, flexibles y unidades de CD. Todos ellos comparten algunos esquemas básicos de formato físico: En los dispositivos magnéticos las superficies de almacenamiento son divididas en círculos concéntricos llamados "pistas" y cada pista se divide en "sectores". A la unión lógica de varias pistas a través de varias superficies "paralelas" de almacenamiento se les llama "cilindros", los cuales son inspeccionados al momento de lectura o escritura de datos por las respectivas unidades físicas llamadas "cabezas". 20
Disco Duro Particionamiento de un disco duro (HDD) 21
Mapa conceptual CPU 22
Tarjeta madre 23
Tarjeta madre 24
El procesador es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático y está conformado por millones de componentes electrónicos. Procesador Un sistema informático de alto rendimiento puede estar equipado con varios procesadores trabajando en paralelo, es decir, que puede tener varios núcleos físicos o lógicos. Un núcleo físico se refiere a una porción interna del procesador cuasi-independiente que realiza todas las actividades de una CPU única. Un núcleo lógico es la simulación de un núcleo físico a fin de repartir de manera más eficiente el procesamiento. Entre los elementos integrados están las unidades de punto flotante, controladores de la memoria RAM, controladores de buses y procesadores dedicados de video. 25
Procesador Rendimiento del procesador La medición del rendimiento de un procesador depende de diferentes tipos o pruebas que miden la efectividad por procesadores de la mismas características. Una métrica del rendimiento es la frecuencia de reloj que permite comparar procesadores con núcleos de la misma familia. Otras métricas que influyen en el rendimiento del procesador son el número de núcleos, la velocidad de transmisión del bus, la cantidad de memoria RAM y la memoria cache. 26
Procesador Procesadores equivalentes AMD Sempron es el equivalente a un Intel Celeron D. AMD phenom vs Intel Core 2 quad son equivalentes porque ambos tienen 4 núcleos y 4 threads. Intel Core i7 y AMD Dragon phenom x4 serían tecnicamente equivalentes al tener 4 núcleos y 7 threads; 27
Puertos en la PC 28
Tipos de puertos 29
Generaciones de la computadora La primera generación (1945-1955): Bulbos y conexiones. La segunda generación (1955-1965): Transistores y sistemas de procesamiento por lotes. La tercera generación (1965-1980): Circuitos integrados y sistemas operativos. La cuarta generación: (1980-1990): Computadoras personales, S.O. multiusuario y multitarea. Quinta generación? 31
Tipos de computadoras Supercomputadoras. Estaciones de trabajo. Computadoras personales. Computadoras portátiles. De propósito específico. 32
Computadora Personal PC de escritorio PC portátil PC All in one 33
Smart-phone Otras computadoras Consolas game Tabletas 34
GPU s Unidades de Procesamiento Gráfico Un GPU es más que un coprocesador dedicado al procesamiento de gráficos u operaciones de coma flotante, para aligerar la carga de trabajo del procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactiva. Esta arquitectura explota al máximo el paralelismo de estas operaciones para obtener una altísima velocidad de procesamiento. Arquitectura básica GPU Nvidia 35