Introducción. Estructura de un computador. Introducción a los. computadores. Escuela de Ingeniería Electrónica. Ing. José Alberto Díaz García

Introducción un computador Página 1

Funciones básicas de un sistema operativo ENTRADA Reconoce la entrada del teclado o del mouse. PROCESAMIENTO - Se manipulan los datos de acuerdo a las instrucciones del usuario. SALIDA Envía datos a la pantalla del monitor o a la impresora. ALMACENAMIENTO Mantiene el registro de los archivos para ser utilizados después. Ejemplos de los dispositivos de almacenamiento son los discos fexibles y los discos duros. Página 3

Bootstrap Escuela de Ingeniería Electrónica Para que un sistema operativo corra, debe ser cargado en la memoria RAM del computador. Cuando un computador se enciende, se ejecuta un pequeño programa llamado cargador bootstrap que se encuentra almacenado en el hardware del computador. Específicamente, el bootstrap se almacena en el chip BIOS, el cual reside en la tarjeta madre. Las funciones primarias del bootstrap son las de probar el hardware del computador y localizar y cargar el sistema operativo en RAM. Página 4

Autodiagnóstico al encendido Para probar el hardware del computador, el programa bootstrap corre un programa llamado power-on self-test o POST. En esta prueba, la unidad central de procesos (CPU) se prueba primero y luego los temporizadores del sistema. El POST prueba la RAM escribiendo datos en cada uno de los chips de memoria y luego leyéndolos. Cualquier diferencia indica que hay un problema. Si el POST encuentra errores, envía un mensaje de error al monitor. Si el POST encuentra errores que no pueden enviarse al monitor, envía errores en forma de "beeps." Una vez que el bootstrap ha realizado la prueba del POST, este envía un beep y en la pantalla se despliega un mensaje de carga del sistema operativo. Página 5

Carga del sistema operativo El siguiente paso del programa bootstrap es localizar el sistema operativo y copiarlo en memoria RAM. Cuando el bootstrap encuentra el sector de booteo del sistema operativo, este se copia en RAM y el programa bootstrap sede el control del proceso al boot record. Cuando se cargan los archivos y se almacenan en la RAM, él deja de utilizar el boot record. El sistema operativo estaba almacenado en el disco duro y ahora se encuentra bajo el control del proceso de booteo. Página 6

Tarjetas madre Escuela de Ingeniería Electrónica Conocidas como motherboard, también son llamadas como tarjeta del sistema (system board) o main board, es crucial porque es el sistema central de cualquier computador. Cualquier otra cosa en el sistema se conecta a la tarjeta madre y está bajo su control, y depende de ella para comunicarse con otros dispositivos del sistema. Generalmente se encuentra en ella el CPU, la circuitería de control, los buses, RAM, conectores para tarjetas adicionales de expansión y puertos para dispositivos externos. También contiene el CMOS, el ROM BIOS y los circuitos de soporte para que todo el sistema opere correctamente.

Factores de forma de las tarjetas madre Generalmente las tarjetas madre se describen por su factor de forma, con el que se especifican sus dimensiones físicas. Los dos factores de forma más utilizados son: Baby AT ATX El ATX es similar al Baby AT, excepto por el número de mejoras. La mayoría de los sistemas vienen con tarjetas madre con factor de forma ATX. Página 10

Componentes de la tarjeta madre Algunos de los componentes en la tarjeta madre son: Sockets para fuente de alimentación Socket para CPU Sockets para expansión Soporte para I/O BIOS Sockets para RAM Chipsets Chip CMOS Dip switches y jumpers, Memoria cache. Página 12

Unidad central de procesos El CPU es uno de los elementos más importantes en el PC. En la tarjeta madre, el CPU está contenido en un único circuito integrado llamado microprocesador. El computador no puede operar sin un CPU. En algunas ocasiones se le llama el cerebro del computador, el CPU contiene dos componentes básicos: Unidad de control Unidad Aritmética y Lógica (ALU) Página 13

Velocidad del procesador Página 14 Descripciones del CPU como Pentium 133, Pentium 166, o Pentium 200 son bien conocidas. Estos números son especificaciones que indican la velocidad máxima de operación a la que el CPU puede ejecutar sus instrucciones. La velocidad del CPU no es controla por el microprocesador, sino que por un reloj externo localizado en la tarjeta madre. La velocidad del procesador es determinada por la frecuencia de la señal de reloj. Generalmente se expresa en megahertz (MHz), a mayor número más veloz es el procesador.

Conectores para expansión (Slots) Los slots de expansión, también conocidos como sockets, son elementos en la tarjeta madre del computador para recibir tarjetas de circuitos impresos adicionales. Todos los tienen slots para expansión que permiten conectar otros dispositivos. Tarjetas de Video, tarjetas para I/O, tarjetas de sonido, son ejemplos de componentes que pueden localizarse en los slots de expansión. Página 16

Slots de expansión Escuela de Ingeniería Electrónica Los slots de expansión más comunes son: Industry Standard Architecture (ISA ) Peripheral Component Interconnect (PCI ) Accelerated Graphics Port (AGP) Página 17

Memoria de Acceso Aleatorio (RAM) La RAM es considerada como temporal o memoria volátil. El contenido de la RAM se pierde cuando se apaga el computador. Los circuitos integrados de memoria RAM en la tarjeta madre mantienen los programas y datos que el procesador está procesando. En otras palabras, RAM es memoria que almacena frecuentemente datos del usuario que son requeridos por el procesador. La memoria RAM puede instalarse en la tarjeta madre, de forma permanente o en circuitos integrados o en módulos conocidos como: Single Inline Memory Modules (SIMMs) o Dual Inline Memory Modules (DIMMs). Página 20

Memoria de acceso aleatorio (RAM) Un SIMM se conecta en la tarjeta madre en conectores de 72-pines o de 30-pines. Los pines se conectan al bus del sistema, creando una ruta electrónica por donde los datos de la memoria puede transitar a y de los componentes del sistema. Página 21

Escuela de Ingeniería Electrónica Memoria de acceso aleatorio (RAM) Los DIMM se conectan en el banco de memoria utilizando un conector de 168 pines. Los pines se conectan al bus del sistema, creando un ruta eléctrica por la que pueden fluir los datos entre los chip de memoria y los otros componentes del sistema. Página 22

Monitores Por lo general los se conectan a una pantalla, llamada monitor. Algunos de los términos relacionados con los monitores son: pixels, razón de refrescamiento, resolución, y tamaño. Pixels son elementos de un cuadro. La pantalla esté formada por (puntos diminutos), los cuales se arreglan en filas a lo largo de la pantalla. Cada pixel consiste de tres colores: rojo, verde, y azul (RGB). Dot pitch es una medida de que tan cerca se encuentran los puntos de fósforo en la pantalla. Entre más fino es el dot pitch se cuenta con una mejor calidad de imagen, sun dimensiones está en milímetros. Página 25

Escuela de Ingeniería Electrónica Puertos de Entrada/salida Todos los dispositivos periféricos (impresoras, scanners, etc.) se pueden conectar al computador utilizando los conectores que se encuentran ubicados en la parte trasera del computador, conocidos como puertos. En el computador hay diferentes tipos de puertos que se utilizan para diferentes propósitos. Un puerto (I/O) es una ruta de entrada y salida del computador. Página 27

Puertos de Entrada/salida Mouse COM 1 COM 2 USB Monitor Impresora Teclado Página 28

Puertos seriales Un puerto serial puede ser utilizado para conectar dispositivos que utilizan una interfase serial. Estos dispositivos pueden ser modems, scanner, mouse, etc. Generalmente un PC puede identificar hasta cuatro puertos seriales, pero un computador típico contiene solamente dos, conocidos como: COM1 y COM2. Un puerto serial transmite los datos bit por bit sobre un solo conductor. Página 29

Puertos paralelos Escuela de Ingeniería Electrónica Un puerto paralelo es un socket en el computador que puede ser utilizado para conectar una impresora u otro dispositivo como discos duros externos, tape backup, scanner, o CD-ROM externos. El puerto paralelo contiene ocho líneas para transmitir un byte completo a través de ocho conductores en forma simultánea. Los puertos paralelos pueden configurarse como LPT1, LPT2, o LPT3. Página 30

Puertos PS/2 Escuela de Ingeniería Electrónica Los puertos PS/2 para el teclado o PS/2 para el mouse son utilizados para conectar al PC el teclado o el mouse. Aunque los dos puertos parezcan idénticos para el mouse se utiliza el verde y para el teclado el púrpura y no son intercambiables. Generalmente ambos puertos son codificados por color o etiquetados para evitar la confusión. Página 31

USB y FireWire Escuela de Ingeniería Electrónica El bus Universal Serial Bus (USB) es un puerto externo que permite a los usuarios conectar hasta 127 periféricos externos, incluyendo: teclados, mouses, impresoras, modems, escanners y discos externos. FireWire, también conocidos como i.link o IEEE 1394 es de alta velocidad, un bus de plataforma independiente para comunicaciones el cual interconecta dispositivos digitales como: cámaras de video digital, impresoras, scanners, discos duros etc. Página 32

Controladores EIDE y SCSI El disco duro interno se conecta al controlador del disco por medio de un cable plano. El disco duro u otros dispositivos pueden utilizar uno o dos tipos de controladores para trabajar con el computador. Entre estos están: Enhanced Integrated Drive Electronics (EIDE) Small Computer System Interface (SCSI) Página 34

Controladores EIDE IDE reforzado (EIDE) es la interfase "nueva y mejorada del Integrated Drive Electronics (IDE). No confinada a 528 MB de datos del IDE 528 MB, la interfase EIDE puede manejar más de 8.4 GB. Mientras que el IDE puede manejar solo dos dispositivos, el EIDE puede manejar hasta cuatro utilizando dos cables IDE. Página 35

Controladores SCSI Escuela de Ingeniería Electrónica El controlador de la interfase Small Computer Systems Interface (SCSI ) fue desarrollada por Shugart Associates Standard Interface (SASI). Como el EIDE, los dispositivos SCSI tienen los controladores electrónicos en cada una de las unidades. La interfase SCSI estándar permite hasta siete dispositivos para ser conectados en un mismo controlador. Si se conecta una tarjeta SCSI, se pueden manejar hasta ocho dispositivos SCSI. En estos dispositivos se incluyen los discos duros, unidades de CD- ROM, unidades de cinta, scanners, y dispositivos externos intercambiables. Cada dispositivo SCSI en la cadena, incluyendo la tarjeta controladora se numera como: SCSI ID desde 0 hasta 7; #0 para el dispositivo booteable (disco duro), y #7 para la tarjeta controladora de SCSI. Página 36

Escuela de Ingeniería Electrónica Unidad de disco duro El HDD tiene mucho mayor capacidad de almacenamiento que un disco flexible. Almacena los programas y archivos, así como el sistema operativo. Generalmente, el HDD es una unidad interna que no puede removerse del computador. Página 37

Escuela de Ingeniería Electrónica Componentes de un disco duro Todas las unidades de disco duro comparten algunos elementos en común. Entre ellos tenemos: Disk platters Cabezas para read/write, Montaje para la cabeza, Motor spindle, Tarjeta con los circuitos lógicos bezel/faceplate, Jumpers para configuración, Conectores para la interfase. El Disk platters es el medio en donde se almacenan los datos en la unidad de disco duro. Las cabezas para Read/write son utilizadas para accesar el medio. Los disk platters requieren una cabeza de read/write por cada lado. El motor del Spindle gira los platos.

Componentes de la red modems Un modem es la vía principal para conectarse a Internet utilizando un PC con el sistema operativo Windows 9X por medio de una conexión telefónica Un modem es un dispositivo que convierte los datos digitales utilizados por los a señales analógicas para ser transmitidas por la red telefónica, y convierte las señales analógicas a digitales para entablar la comunicación recibida. Página 43

Tarjeta de red Escuela de Ingeniería Electrónica Una tarjeta de interfase de red (NIC), se utiliza para conectar un computador a un grupo de tal que pueda compartir los datos y los recursos en un mismo ambiente de red. Todas las tarjetas de interfase de red se diseñan para utilizar protocolos Ethernet, token ring, etc. Página 44

Escuela de Ingeniería Electrónica Solicitud de interrupción Los modernos y los sistemas operativos deben su funcionalidad a la forma de organización en que manejan sus transiciones. Varios dispositivos de hardware, por ejemplo, necesitan informar al CPU que tienen datos disponibles para ser transferidos. El dispositivo le indica solicitando una interrupción o IRQ. Es una regla general que los IRQs no pueden compartirse. Página 45

Solicitud de interrupción Página 46

Acceso directo a memoria Los canales para el acceso directo a memoria (DMA) permiten a los dispositivos saltarse el procesador y accesar directamente la memoria del computador. Dispositivos con asignación de canales de DMA tienen ventaja para transferir sus datos. Los canales de DMA son generalmente utilizados para la comunicación de alta velocidad con dispositivos de comunicación que requieren de grandes cantidades de datos. Ejemplos de estos dispositivos son: Tarjetas de sonido Algunas tarjetas de red Algunas tarjetas SCSI Algunas unidades de disco Algunas unidades de cinta. Página 47

Escuela de Ingeniería Electrónica Direcciones de I /O Los componentes de los necesitan ser asignados a diferentes solicitudes de interrupción. Los números de los puertos I/O asignados corresponden a una dirección de memoria donde se encuentran las direcciones de los programas que dan servicio a esos dispositivos. Las direcciones de los puertos de I/O son muy similares a las casillas de correo. Página 48

Direcciones de los puertos de I /O 3F8 = COM1 2F8 = COM2 3E8 = COM3 2E8 = COM4 378 = LPT1 278 = LPT2 Página 50

TARJETA MADRE BIOS SISTEMA OPERATIVO APLICACION Página 52

JERARQUIA DE OPERACIÓN EN UN PC TARJETA MADRE A BIOS TARJETA A SISTEMA OPERATIVO APLICACION TARJETA MADRE B BIOS TARJETA B SISTEMA OPERATIVO APLICACION Página 53