Fundamentos de Informática

Fundamentos de Informática Seminario 1 Estructura del PC actual 1

Contenidos Arquitectura de un ordenador Arquitectura Von Neuman Arquitectura de un PC Microprocesador Elementos del microprocesador Historia de los microprocesadores La memoria Memoria Principal Direccionamiento Medidas de Memoria Periféricos Periféricos de entrada Teclado Ratón Escáner Periféricos de salida Monitores Impresoras Dispositivos de memoria masiva Cinta magnética Disco magnético Disco Óptico Memorias flash 2

Arquitectura de un ordenador La arquitectura de los ordenadores actuales está basada en la arquitectura de Von Neumann. Los datos e instrucciones se almacenan en la misma memoria. Se usa aritmética binaria en lugar de decimal. Von Neumann propone el concepto de programa almacenado. 3

Arquitectura Von Neumann En la arquitectura de Von Neumann tenemos: Unidad de control (UC): Ejecuta las instrucciones. Gestiona el resto de dispositivos mediante señales de control. Unidad Aritmético-Lógica (UAL): Realiza operaciones aritméticas y lógicas. Memoria principal: Donde se almacenan datos y programas. Dispositivos de E/S: Componentes con los que el ordenador se comunica con el exterior. Buses: Líneas de comunicación entre los distintos dispositivos. Hay buses de control y de datos. 4

Arquitectura de un PC 5

Arquitectura de un PC El chipset: conjunto de microprocesadores especialmente diseñados para funcionar como si fueran una única unidad y para desempeñar una o varias funciones. Northbridge: Es el encargado de gestionar la memoria RAM, los puertos gráficos (AGP) y el acceso al resto de componentes del chipset, así como la comunicación entre estos y el procesador. Suele necesitar refrigeración, ya sea activa o pasiva. Southbridge: Bus PCI. Bus ISA. SMBus. Controlador DMA. Controlador de Interrupcciones. Controlador IDE (SATA o PATA). Puente LPC. Reloj en Tiempo Real. Administración de potencia eléctrica - Power management (APM y ACPI) BIOS. Interfaz de sonido AC97. Soporte Ethernet. Soporte RAID. Soporte USB 10

Microprocesador La UC y la UAL se encuentran integrados dentro de un módulo llamado microprocesador (también procesador o CPU). 12

Elementos del microprocesador Unidad de control. Unidad aritmético lógica. Reloj: Tiempo que tardan las señales eléctricas que se mueven por la CPU, marca el ritmo de funcionamiento del sistema. Pulsos por segundo (Hertzios, Hz). Palabra: Conjunto de bits que puede manejar a la vez u procesador. 32 ó 64. Registros: Pequeñas memoria del tamaño de una palabra. Memoria Caché: Memoria interna del procesador de gran velocidad. Núcleos: Número de procesadores en un mismo chip. 13

Elementos del microprocesador LA UNIDAD ARITMÉTICO-LÓGICA (UAL). Realiza operaciones Aritméticas y Lógicas que le indica la Unidad de Control. Acumulador: Registro para almacén temporal de datos. Se puede leer y escribir en él, y hacer operaciones de desplazamiento de bits. LA UNIDAD DE CONTROL (UC). Detecta señales eléctricas (de control) del estado del resto de componentes y controla sus acciones. Está sincronizada por una señal de reloj (ciclo), medida en hertzios (HZ). Cada instrucción se ejecuta en un número entero de ciclos. 14

Unidad de Control Capta de la memoria la instrucción (las cuenta con un registro contador), la interpreta y controla su ejecución. a) Introduce en la memoria datos del exterior (por U.E.) b) Trasmite al exterior alguna información (Por la U.S.) c) Pasa un dato de la memoria al Acumulador (UAL). d) Ejecuta alguna operación en la UAL. e) Guarda en la memoria un resultado desde la UAL. f) Rompe la secuencia normal de ejecución. g) Detiene la acción temporal o definitivamente. h) Capta una nueva instrucción y empieza de nuevo. Después mira si continúa con la siguiente o se detiene. 15

Historia de los microprocesadores 1971: Intel 4004: 1972: Intel 8008, Zilog Z-80 1978: Intel 8086, Motorola 68000 1979: Intel 8088 1982: Intel 80286, Motorola 68020 1985: Intel 80386, Motorola 68030, AMD80386 1989: Intel 80486, Motorola 68040, AMD80486 1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS R10000 1995: Intel Pentium Pro 1997: Intel Pentium II,AMD K6, PowerPC (versiones G3 y G4), MIPS R120007 1999: Intel Pentium III, AMD K6-2, AMD K6-3 2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium, AMD Athlon XP, AMD Duron, PowerPC G4, MIPS R14000, AMD Opteron 2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition, Intel CoreDuo, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX, PowerPC G5 2006: Intel Core 2 Duo, Int el Core 2 Solo, IBM Cell, Int el Core 2 Extreme 2007: Intel Core 2 Quad, AMD QuadCore, AMD Quad FX 2008: Intel Atom, Int el core i7, AMD Phenom 2009: Intel core i5, AMD Phenom II, AMD Opteronsix-core 2010: intelcore i3, intelcore i7 16

Historia de los microprocesadores Intel 4004 (4 bits, 2300 transistores, 740kHz) Intel 8008 (8bits, 4000 transistores) 17

Historia de los microprocesadores i4004 18

Historia de los microprocesadores Intel 8086/8088 (16 bits, 10 Mhz) Intel 80286 (16 bits, 20 Mhz) Intel 80386 (32 bits, 33Mhz) Intel 80486 (32bits, 100Mhz) 19

Historia de los microprocesadores i8088 20

Historia de los microprocesadores Intel pentium (32 bits, 3.1 millones transistores, 233Mhz) AMD Athlon 64 (64 bits, 3000Mhz) Intel Core 2 Duo (2 núcleos, 64 bits, 151 millones transistores, 3600 Mhz) 21

Historia de los microprocesadores Intel Core i7 (64 bits, 731 millones transistores, 3,33Ghz, 4 núcleos, 8 hilos) Intel Core i7 980x (64 bits, 2000 millones de transistores aprox., 2,4Ghz, 6 núcleos, 12 hilos) 22

La memoria La memoria es el sitio donde se guardan datos y programas. Distinguimos 2 tipos: Memoria principal (o primaria o interna): Cualquier programa o dato que sea ejecutado o procesado, debe estar en esta memoria. Es muy rápida, volátil y cara (por lo que suele ser pequeña de tamaño). Memoria masiva (o secundaria o externa): Permite guardar datos y programas de forma permanente, pero es más lenta que la memoria principal. Tiene gran capacidad debido a que suele más barata que la memoria principal. 23

Memoria principal Está dividida en posiciones llamadas palabras de memoria. Cada palabra tiene asociada una dirección. Está compuesta de: ROM: sólo lectura y permanente. RAM: lectura/escritura y volátil. 24

Direccionamiento DIRECCIONAMIENTO: Acceso a posiciones de memoria. DIR. DIRECTO: La dirección indicada corresponde a la dirección real en memoria principal. Con palabras de n bits se puede acceder a 2 n posiciones de memoria (con 8 bytes se direccionan 256 posiciones, con 16 bits, 64 K). 25 DIR. INDIRECTO: A través de zona de memoria exclusiva para direcciones. Con n bits se pueden direccionar hasta 2 n * 2 n direcciones.

Medidas de memoria Un bit (b) es la unidad de información más pequeña. Puede tener sólo dos valores 1 ó 0. La capacidad de una memoria se expresa en múltiplos de Byte (B). Donde 1Byte=8 bits. Múltiplos: 1 Kilobytes (KB) 1000 bytes (2 10 =1024) 1 Megabytes (MB) 1000 Kilobytes (2 20 Bytes) 1 Gigabytes (GB) 1000 Megabytes (2 30 Bytes) 1 Terabytes (TB) 1000 Gigabytes (2 40 Bytes) 1 Petabytes (PB) 1000 Terabytes (2 50 Bytes) o Ejemplo: Un libro de 300 páginas, cada una de 50 líneas de 90 caracteres (cada uno 1 byte), ocupa 300x50x90 B= 1350000 B 1 3 MB. 26

Periféricos (unidades de E/S) La potencia de cálculo del ordenador no serviría de nada sino se pudiese comunicar con el exterior. Para ello se utilizan los periféricos. Los periféricos de entrada nos permiten comunicarnos con el ordenador. Los periféricos de salida permiten al ordenador comunicarse con nosotros. 27

Periféricos de Entrada Teclado (1), ratón (2), escáner(3), pantalla táctil (4), cámara digital (5), lápiz óptico(6), lector de barras (7), micrófono(8), etc. 28

Periféricos de entrada: Teclado Periférico de entrada que transforma pulsaciones de teclas en señales eléctricas que indican caracteres. Las teclas se agrupan: Bloque principal: Carácteres alfanuméricos y especiales. Heredado de las máquinas de escribir QWERTY. Bloquenumérico. Heredado de las calculadoras. Teclas de control. El cursor para poderse mover por la pantalla. Teclas de función: Teclas con una función pre definida por el usuario o por la aplicación. 29

Periféricos de entrada: Ratón. Transforma movimientos de muñeca en coordenadas bidimensionales. Además de pulsadores para enviar información. Tipos de ratones: Mecánicos, Ópticos y Táctiles Envían al ordenador distancia, sentido y dirección, desde el último movimiento, por lo que detectan movimientos relativos. Multitáctiles: Permiten enviar información de varios movimientos simultáneos. 30

Periféricos de entrada: Escáner. Dispositivo para la digitalización de documentos mediante procedimientos optoeléctricos. Divide una página en puntos de imagen que capta mediante una malla de sensores que transforma en electricidad la luz devuelta por el documento. Elementos: Fuente de luz, lentes de barrido y detector Suelen incorporar un software para tratamiento de imágenes o un OCR 31

Periféricos de salida Pantalla de tubo (1), de cristal líquido(2), impresora(3,5), plotter (4), altavoces (6), etc. 32

Periféricos de salida: Monitores Periférico de salida que muestra imágenes Divide las imágenes en píxeles RGB Tipos de monitores: Pantallas de tubos de rayos cátodicos (CRT): Un tubo al vacío con un haz de luz dirigido que al chocar con la pantalla emite fosforescencias. Pantallas planas: Plasma Cristal líquido (LCD/TFT) OLED. 33

Periféricos de salida: Monitores Pantallas planas: Plasma: Matriz de celdas con fósfororellenas de gases. Cada pixel tiene tres celdas (RGB). Con electricidad se activa cada celda. Cristal líquido: Matriz de celdas con cristal líquido y retroiluminación. Dependiendo de la polarización el cristal deja pasar un color u otro. Si la retroiluminación se hace con LEDs se les denomina LED LCD (no confundir con OLED) Pantallas OLED: Matriz de LED. Un LED es un diodo emisor de luz. Cada pixel tiene 3 LEDs (RGB). 34

Periféricos de salida: Monitores Parámetros que describe un monitor: Frecuencia/Tiempo de respuesta Resolución máxima (Número de píxeles) Tamaño de punto (dotpitch) Tamaño de pantalla (Pulgadas) Contraste y ángulo de visión. Luminancia. Tarjeta gráfica: Dispositivo que transforma las señales digitales del ordenador en imágenes analógicas 35

Periféricos de salida: Impresoras Impresoras de tinta: Se emite un chorro de tinta ionizado que se dirige mediante unos electrodos. Impresoras láser: Un láser incide sobre el tóner que se magnetiza y se le adhiere la tinta. Luego se pasa el papel por el tóner. Impresoras de agujas: Dibuja puntos mediante agujas que inciden sobre una cinta con tinta. 36

Dispositivos de memoria masiva Son periféricos de entrada/salida que sirven para almacenar permanentemente información. Leen bloques o registro físicos de información que tienen un tamaño fijo. Tipos de acceso: Acceso secuencial: Se tiene que leer los bloques anteriores hasta llegar al bloque deseado. Acceso aleatorio: Se puede acceder directamente al bloque deseado. Tiempo de acceso: Tiempo medio hasta leer un bloque de datos. 37

Cinta magnética Cinta de plástico flexible recubierto de material magnético. La cinta está enrollada y se hace pasar por un cabezal que detecta cambios magnéticos (lectura) o que produce un campo magnético (escritura) Son secuenciales, de gran capacidad y muy baratas. Se usa para copias de seguridad (Back-Up) o información histórica. 38

Disco Magnético Es de acceso directo, por lo tanto, es más rápido. Se basan en discos o platos circulares cubiertos de un material magnético. El disco puede ser flexible (disquetes) o rígido (discos duros) La información se graba en circunferencias concéntricas denominadas pistas, numeradas desde el centro hacia fuera. Cada pista se divide en sectores. 39

Disco Magnético 40

Disco Magnético Tipos: Disco duro: Son varios platos rígidos. Con un cabezal para cada cara y para cada plato. Se utiliza una gran densidad de grabación. Cerrado herméticamente. Disquetes: Discos con un solo plato flexible, protegido por una carcasa de plástico. Son intercambiables. 41

Disco Magnético 42

Disco Óptico La lectura y escritura se realiza mediante un láser. Son discos compuestos de pistas. Intercambiables y con un precio muy bajo. Tipos: CD (Compact Disc, Disco compacto) CD-R (CD-Recordable): Discos que se puedenescribirunasólavez. CD-RW (CD-Recordable/Rewritable): Puedeescribirsemuchasveces. DVD (Digital Video Disk o Digital Versatile Disk): Disco óptico con mayor densidad que un CD (DVD-R, DVD+R, DVD-RW, DVD+RW). Pueden tener dos capa spor cara y se pueden grabar las dos caras. Blue-Ray : Con mayor densidad que el DVD. 43

Disco Óptico 44

Disco Óptico 45

Memorias flash Son totalmente electrónicas, utilizan principios muy parecidos a los de la memoria principal. Cada celda tiene transistores (como en memoria principal) y una pequeña capa magnética, lo que los hace no volátiles. Son más rápidos que los discos duros pero más caros (menos memoria). Los discos duros de estado sólido (Solid State): Simulan ser discos duros pero compuestos de memoria flash. Los pen-memories, y las tarjetas de memoria también usan este tipo de memoria 46