ELEMENTOS HARDWARE DEL ORDENADOR Unidades Funcionales Sistema informtico

ELEMENTOS HARDWARE DEL ORDENADOR Unidades Funcionales

Sistema informático (SI) n n n Es un conjunto de dispositivos con al menos una CPU Dichos dispositivos estarán física y lógicamente conectados entre sí. Su objetivo es el procesado, almacenamiento, entrada y salida de datos Nuria M. 2

INTRODUCCIÓN § Informática § § § n Adquisición Representación Tratamiento y Transmisión de la información Estas operaciones se realizan automáticamente utilizando los ordenadores. Nuria M. 3 3

Informática (origen francés) INFORMATICA = INFORmación + auto. MÁTICA n La Real Academia Española de la lengua define: Informática. - el conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores. Nuria M. 4 4

Información: Conjunto de símbolos usados para representar magnitudes, hechos, objetos o ideas Computadora: es una máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida; todo ello bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en el propio computador Nuria M. 5 5

SISTEMA INFORMÁTICO HARDWARE (elementos Físicos) SOFTWARE (los programas y lo datos) Nuria M. COMPONENTE HUMANO (programadores, Administradores Y usuarios Del SI) 6

Historia de la computación n n El hombre siempre buscó tener dispositivos que le ayudaran a efectuar cálculos precisos y rápidos; Una breve reseña histórica nos permitirá, comprender cómo llegamos a las computadoras actuales Primer reto: operaciones básicas El ábaco: primer instrumento para calcular. Tablilla dividida en varias columnas. Cada una con un conjunto de cuentas engarzadas en una varilla. Su origen se remonta a los siglos III o IV a. de C. 3 Nuria M. 8

Máquina aritmética (pascalina) Desarrollada por Blas Pascal (Francia, 1623 1662) en 1642 a los 18 años, constaba de un conjunto de ruedas dentadas, cada una de ellas numerada del 0 al 9. Al pasar una rueda del 9 al 0 avanzaba un diente de rueda la siguiente Nuria M. 10

La máquina de Leibniz 1671 n n n Gottfried Leibniz, (Alemania 1646 -1716), creador del análisis matemático, construyó una máquina de calcular que realizaba las cuatro operaciones aritméticas. Basaba la multiplicación en sumas sucesivas. Perfecciona la de Pascal que solamente sumaba y restaba. Nuria M. 11

Máquinas mecánicas n n 1º La máquina diferencial y luego la analítica (Charles Babbage 1791 -1871 ) Permite ejecutar cualquier operación sin intervención humana en el proceso de cálculo. Empleaba tarjetas perforadas para programarse (utilizado las ideas de Joseph Jacquard que utilizaba un telar que se servia de tarjetas perforadas para controlar la creación de complejos diseños textiles ) Nunca llegó a construirse completamente Nuria M. 12

Máquinas electromecánicas n n Nuria M. La máquina tabuladora de Herman Hollerith (EU 18601929 fundador de IBM )usada para crear el censo de los Estados Unidos. Redujo el tiempo de elaboración de 7 a 2 años. La Z 1 de Konrad Zuse , era una calculadora mecánica binaria operada con electricidad. Leía instrucciones desde una cinta perforada. Sus planos fueron destruidos durante la Segunda Guerra Mundial. 6 14

Computadoras electrónica n n ENIAC (Electric Numeric Integrator And Calculator), fue construida entre 1943 y 1945 por JOHN MANCHI y J. PROPERECKUT, construida con 18, 000 válvulas de vacío. Mark I, desarrollado en EE. UU, con una altura de 2, 5 m, inspirado por las ideas de Babbage. Se dedicó a problemas balísticos de la Marina Nuria M. 15

1ª Generación: 1920 -1956 Válvula de vacío n n Triodo o Audión (Lee de Forest 1906). El triodo es un tubo de vacío con tres elementos: q q q n el filamento o cátodo, que al calentarse produce electrones el ánodo o placa que al estar cargado atrae a los electrones la rejilla situada entre el cátodo y el ánodo. El triodo, fue el primer dispositivo de amplificación de la señal eléctrica. Nuria M. 16

1ª generación n n n n Velocidad de proceso en ms. Disipación calorífica muy elevada Gran tamaño y poca capacidad Lenguaje máquina y ensamblador Monoprogramación Sin sistema operativo Memorias de ferritas ENIAC Y EDVAC Nuria M. 17

Ejemplos de la 1ª generación n n n n ENIAC Electronic Numerical Integrator and Calculator 1 er computador electrónico de propósito general. Operativo durante la II Guerra Mundial. Conocido en 1946 18. 000 tubos de vacío 100 Kw 100 Khz Operaciones: suma, resta, multiplicación y división (suma: 200µs) 20 registros de 10 dígitos. Utilizaba el sistema decimal Entrada/Salida de datos: Tarjetas perforadas 10 Nuria M. 18

Ejemplos de la 1ª generación n ABC: (Atanasoff-Berry. Computer 1937 -42). Primero en emplear elementos electrónicos para resolver problemas matemáticos: sistemas de ecuaciones lineales. Primero en usar elsistema binario n Colossus: Las máquinas Colossus fueron primitivos dispositivos calculadores usados por los británicos para leer las comunicaciones cifradas alemanas durante la Segunda Guerra Mundial 11 Nuria M. 20

Ejemplos 1ª generación n EDVAC(Electronic Discrete Variable Automatic Computer) J. von Neumann Público en 1945 el primer informe sobre EDVAC sentando las bases de la arquitectura de von Neumann: 5 unidades: Entrada, Memoria, UAL, Control, Salida Programa almacenado Tubos de vacío Aritmética binaria n Nuria M. UNIVAC I – 1 er computador comercial con éxito. 1951– 250. 000 $ 21

2ª generación (transistor 1956 -1963) n n Es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador Forma parte de conmutadores electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores Sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos o triodo fue inventado en los Laboratorios Bell de USA en Diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain, y William Bradford Shockley, los cuales fueron galardonados con el Premio Novel de Física en 1956 Nuria M. 22

2ª Generación: características n n Menor tamaño, menor disipación de calor, mayor fiabilidad Primeros lenguajes de alto nivel: –FORTRAN – COBOL –ALGOL n n primer Sistema Operativo: procesamiento por lotes (batch) Generalización de las memorias de ferritas Nuria M. 23

2ª Generación: ejemplos n • Innovadores, con poca repercusión comercial: – UNIVAC LARC – IBM STRETCH (o 7030) – Burroughs D-825 –ATLAS n Comerciales: – CDC 1604 y 3600 q – IBM 1410 q -PDP 1 de DEC q – Serie 1100 de Univac 15 q Nuria M. 24

3ª Generación: circuitos integrados 1964 -1971 n n n Pastilla o chip sólido en la que se encuentran múltiples componentes electrónicos embebidos en una resina Estos componentes son transistores, resistencias , diodos… Atendiendo al nivel de integración los circuitos integrados se clasifican en – SSI (Small Scale Integration) pequeño nivel: inferior a 12 transistores – MSI (Medium Scale Integration) medio: 12 a 99 transistores - LSI (Large Scale Integration) grande : 100 a 9999 – VLSI (Very Large Scale Integration) muy grande : 10 000 a 99 999 – ULSI (Ultra Large Scale Integration) ultra grande : igual o superior a 100 00016 Nuria M. 25

3ª generación características n n Menor tamaño, más baratos, menor consumo de energía Primera familia de computadores compatibles a nivel de arquitectura IBM 360, es decir, permite intercambiar programas. Sistemas Operativos: multiprogramación y tiempo compartido. Lenguajes de alto nivel estructurado (C, Pascal y Basic) Nuria M. 26

3ª Generación: Ejemplos n IBM 360 Amdahl, Blaauwy Brooks(1964) Memoria Principal con núcleos de ferrita CPU con circuitos integrados de MSI y SSI Juego de instrucciones CISC Memoria caché Multiprogramación n CDC 6600 Control Data Co. Seymour Cray, 1963 Considerado el primer supercomputador n PDP -DEC (1964 -) MP y UCP con CI e MSI y SSI Memoria caché q q PDP-8: Palabras de 12 bits. 12. 000 u. vendidas PDP-11: Palabras de 16 bits Nuria M. 27

4ª Generación: microprocesadores 1971 -1991 n n n El microprocesadores un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una "unidad central de procesamiento“ UCP, este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en una misma placa de silicio Primer microprocesador: Intel 4004 Nuria M. 28

4ª Generación: características n n n n n Microprocesadores y memorias de semiconductor. Otras aplicaciones: electrodomésticos, equipos de música y vídeo, etc. Tecnología LSI y VLSI Arquitectura RISC Proliferan C y Ada Estandarización del sistema perativo UNIX Interfaces gráficas Generalización de las redes de computadores Aparecen los primeros PCs Nuria M. 29

4ª generación ejemplos n n 1971: 1 er microprocesador, INTEL 4004 (4 bits) 8 bits: Intel 8080 -85, Motorola 6800 y Zilog Z -80 16 bits: Intel 8086 -88, Motorola 68000 y Z 8000, Commodore 64 y 128, ZX Spectrum y Amstrad CPC 32 bits: Intel 80386, Motorola 6803021 Nuria M. 30

5ª Generación (1992 -actualidad) Actualmente existen dos líneas de investigación: 1. Hardware n • Procesamiento en paralelo • Biológica: empleando moléculas como unidades de almacenamiento y calculo 2. Software: Manejo del lenguaje natural y sistemas de inteligencia artificial n Integración GLSI (Giga Large Scale Integration) con más de 1 millón de transistores Nuria M. 31

URA T C U R T ES PC N U E D BÁSICA John von Neumann Nació en el Imperio de Austria-Hungría, en Budapest, Budapest en el seno de una familia judía de banqueros, ennoblecida por el Imperio. Un niño prodigio que estudió matemáticas y química en su ciudad natal, Berlín y Zürich. Recibió su doctorado en matemáticas de la Universidad de Budapest a los 23 años Dio su nombre a la Arquitectura de von Neumann, Neumann utilizada en casi todos los ordenadores. El concepto de programa almacenado permitió la lectura de un programa (instrucciones) y sus datos dentro de la memoria de la computadora, y después la ejecución de las instrucciones del mismo sin tener que volverlas a escribir. La idea era conectar permanentemente las unidades del ordenador y que su funcionamiento estuviera coordinado bajo un control central Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 33

Arquitectura de Von Neumann Los ordenadores con esta arquitectura constan de cuatro partes: 1. La unidad aritmético-lógica 2. La unidad de control 3. La memoria 4. Los dispositivo de entrada/salida Nuria M. 34

ES UNIDAD S ALE N O I C N FU Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 36

Arquitectura de Von Neumann La arquitectura de Von Neumann utiliza el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos n La mayoría de computadoras modernas están basadas en esta arquitectura. http: //es. wikipedia. org/wiki/Arquitectura_de_von _Neumann n Nuria M. 37

Estructura funcional de los computadores Diagrama de los primeros computadores es conceptualmente válido hoy día Nuria M. 38 38

Unidad central de proceso (CPU Central Processing Unit) n n n Controla y gobierna todo el sistema. Es un circuito integrado que interpreta y ejecuta las instrucciones de los programas almacenados en la memoria También toma los datos de las unidades de entrada, los procesa y los envía a los periféricos de salida. Nuria M. 39

Unidad central de proceso (CPU Central Processing Unit) n n n Se trata del componente del ordenador que se ocupa del control y del proceso de datos La potencia de un sistema informático se mide principalmente por la potencia de su CPU A la CPU también le podemos llamar procesador o microprocesador Nuria M. 40

Ejecutar las instrucciones de un programa. Las instrucciones se procesan de forma secuencial, leyéndose de posiciones consecutivas de memoria (tras ejecutar la instrucción que se encuentra en la dirección x se ejecuta la instrucción que está en la dirección x+1 y así sucesivamente), SECUENCIAMIENTO IMPLÍCITO Misión CPU Componentes principales Unidad de Control U. C. Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC Unidad Aritmético Lógica ALU 41

1. 2. Partes de la CPU La unidad de control (UC) : interpreta y ejecuta las instrucciones máquina almacenadas en la memoria principal y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas. La unidad aritmético-lógica (UAL o ALU): recibe los datos sobre los que efectúa operaciones de cálculo y comparaciones, toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole) y por último devuelve el resultado Nuria M. 42

Partes de la CPU 3. Los registros : donde se almacena información temporal. =>Constituye el almacenamiento interno de la CPU Nuria M. 43

Encargado de formar todas las señales de control que gobiernan el ordenador. La misión fundamental de esta unidad es recoger las instrucciones que componen un programa, interpretarlas y controlar su ejecución. UNIDAD DE CONTR OL Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 44

Unidad de control 1. Extrae de la memoria principal la instrucción a ejecutar. Para ello dispone de dos registros: el contador de programas o de instrucciones (CP) y el registro de instrucciones (RI). q q q En el contador de programa CP, se almacena la dirección de la próxima instrucción a ejecutar. El registro de instrucción (RI), se deposita el código de la instrucción a ejecutar. Dicho código está dividido en dos zonas: código de operación y dirección de memoria donde se encuentra el operando Nuria M. 45

La unidad de control 2. Una vez conocido el código de operación, la UC establece las conexiones con los circuitos de la ALU que deberán intervenir en la operación. 3. Extrae de la memoria principal los datos necesarios para ejecutar la instrucción 4. Ordena a la ALU que efectúe las operaciones necesarias. El resultado de la operación se deposita en un registro especial de la ALU, el registro acumulador. 5. Se incrementa en 1 el contenido del CP para que coincida con la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar. Nuria M. 46

Componentes de la UC n Además del CP y del RI, cuenta con las componentes siguientes: 1. Decodificador de instrucciones (DI). Se encarga de extraer y analizar el código de operación de la instrucción en curso contenida en el RI, => genera las señales de control necesarias para ejecutar correctamente la instrucción. Nuria M. 47

Componentes de la UC 2. Reloj. Proporciona impulsos eléctricos a intervalos constantes n Va marcando los tiempos de ejecución de los sucesivos pasos de cada instrucción. n Se encarga de sincronizar todo el sistema n Establece la rapidez con que el procesador puede procesar los datos n La velocidad del reloj se mide en GHz (1 Hz= 1 ciclo/seg). Es la frecuencia a la que funciona el reloj que marca los tiempos de ciclo del ordenador. Nuria M. 48

J O L E R El reloj es un circuito oscilador que genera autónomamente (es decir, sin necesidad de ninguna entrada) una señal en forma de pulsos como la que aparece en la figura Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos o ciclos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 49

La señal del reloj n n n Las CPUs son síncronas, es decir, están diseñadas y operan en función de una señal de sincronización. Dicha señal es la señal del reloj, que tiene la forma de una onda cuadrada periódica. La velocidad de un procesador se puede medir por la frecuencia de su reloj. También se puede medir por la cantidad de instrucciones ejecutadas por segundo (MIPS millones de instrucciones por segundo) Nuria M. 50

Componentes de la UC 3. Secuenciador. Es un dispositivo que genera órdenes o microórdenes que sincronizadas con los impulsos del reloj, hacen que se ejecute paso a paso y de manera ordenada la instrucción en cargada en él. Nuria M. 51

UNIDAD ARITMETICO-LOGICA o ALU (Arithmetic Logic Unit) q Contiene los circuitos electrónicos con los que se hace las operaciones: n Aritméticas q q q n Lógicas q q q Sumas Restas Multiplicación, etc comparar dos números operaciones del Algebra de Boole binaria, etc. También se puede denominar unidad de tratamiento o camino o ruta de datos, pues también tiene elementos auxiliares por donde se transmiten o almacenan temporalmente (registros) los datos con que opera. Nuria M. 52 52

Es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (sumas, restas, productos y divisiones) y de tipo lógico (comparaciones) ALU Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 53

Los registros internos del microprocesador n n n Son celdas de memoria para que la CPU almacene datos de manera temporal mientras se efectúa una operación. Es una memoria interna del procesador. Cada registro almacena un conjunto de bits que se manipulan en bloque. El nº varía dependiendo de la CPU pero siempre es múltiplo de 8 (8, 16, 32, …). Nuria M. 54

Los registros internos del microprocesador n n n El tamaño del registro indica el nº de bits que puede manipular el procesador => cuanto mayor sea, más potente es el micro ¿Por qué? Porque puede trabajar con más cantidad de información a la vez. Con una arquitectura de 64 bits se puede direccionar 2⁶⁴ de memoria En la arquitectura de 32 bits, el máximo de RAM que se puede direccionar son 4 GB (2³²) El 80386 fue el primer procesador en incorporar registros de 32 bits Nuria M. 55

Parámetros para caracterización de Prestaciones n Capacidad de Almacenamiento: Posibilidades para almacenar datos e instrucciones de una forma fija o permanente. n Tiempo de Acceso: de una unidad es el intervalo de tiempo que transcurre desde el instante que se proporciona la dirección del dato/Instrucción que se quiere Leer o Escribir (E/L, I/O) y el instante en se obtiene o graba en el mismo. n Ancho de banda: Representa la cantidad de información transferida por segundo entre una unidad y otra. q Por ejemplo, el ancho de banda entre la memoria y la CPU es de 133 MB/s, n n En un segundo se pueden transferir 133 millones de bytes entre las unidades citadas. Palabra: es una unidad superior al byte, pues este es una unidad de información relativamente pequeña para los cálculos que realiza la ALU q q Está formada por un número entero de bytes (1, 2, 4, 8 o 16) Representa a los datos con los que opera la ALU o a las unidades de información que se transfieren entre la memoria principal y la CPU. Nuria M. 56 56

Cont… n Longitud de palabra: número de bits (integrantes de datos o instrucciones) que se transmiten simultáneamente entre las unidades del computador central en un instante dado. q q q Coincide con el número de bits de la mayoría de los datos e instrucciones con las que opera la CPU. En la mayoría de computadores de longitud de palabra de 32 bits el direccionamiento a memoria se efectúa por bytes, y es posible acceder directamente a bytes (8 bits), medias palabras (16 bits), y palabras (32 bits). Algunos incluso permiten acceder a dobles palabras (64 bits). La longitud de palabra determina, en cierta medida, la precisión de los cálculos, la capacidad máxima de la memoria principal y la variedad de instrucciones de la máquina. Nuria M. 57 57

n Factores importantes que determinan la potencia de un computador q Son: n n La longitud de palabra, El tiempo de ciclo, El ancho de banda y La capacidad de memoria Nuria M. 58 58

Soporte Físico (hardware) y Soporte Lógico (software) n Soporte Físico, Hardware q q q n Es la máquina en sí El conjunto de circuitos electrónicos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos, y otros elementos físicos que forman el computador. La palabra hardware no sólo se utiliza para designar los dispositivos físicos del computador y su interconexión (arquitectura), sino también todo lo relacionado con ellos Soporte Lógico, Software q q q El conjunto de programas (del sistema operativo, de utilidades, y de los usuarios) ejecutables por el computador. Para que un computador funcione es necesario utilizar programas. Tan imprescindible es el hardware como el software. Nuria M. 59 59

Definiciones (software) n Instrucción conjunto de símbolos que representa una orden de operación. q tipos q de transferencias de datos n de tratamiento n de flujo de control o de bifurcación y saltos n otras n Nuria M. 60

Definiciones (software) n Programa conjunto ordenado de instrucciones que se dan al ordenador indicándole las operaciones o tareas que se desea realizar q sentencias q imperativas n Declarativas n n Lenguaje de programación q símbolos y reglas para construir un programa Nuria M. 61

Definiciones (software) n Lenguajes q Lenguaje máquina formado por bits (ceros y unos) es lo que entiende el ordenador n q n código operación + campo de dirección Lenguajes de alto nivel (Java, C, C++) Traductor: alto nivel máquina compiladores q intérpretes q Nuria M. 62

Ejecución de Programas Ciclo de Máquina Inicio Más instrucciones NO SI Buscar y traer Decodificar Ejecutar Alto Nuria M. 63

E CICLO D CIÓN C C U R T INS La ejecución de una instrucción siempre conlleva realizar la misma secuencia de pasos independientemente del repertorio de instrucciones específicos que posea el procesador y de los campos y modos de direccionamiento que se hayan definido. Cada uno de estos pasos puede necesitar un número diferente de ciclos de reloj dependiendo de su propia complejidad y de los recursos que la CPU tenga para su realización. Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 64

Ejecución de una instrucción Nuria M. 65

SUMAR 033 992 993 (sumar los contenidos de las posiciones de memoria 033 y 992, almacenando el resultado en la posición 993). - Código de operación (CO): SUMAR - Dirección del primer sumando (OP 1): 033 - Dirección del segundo sumando (OP 2): 992 - Dirección del resultado (OP 3): 993 EJEMPLO En la fase de búsqueda de la instrucción se realizan los siguientes pasos: 1. La unidad de control envía una microórden para que el contenido del registro contador de programa que contiene la dirección de la siguiente instrucción, sea transferido al registro de dirección de memoria. RDM: =CP 2. La posición de memoria que figura en el registro de dirección de memoria es utilizada por el selector para transferir su contenido al registro de intercambio de memoria. RIMM: =M[RDM] 3. Se transfiere la instrucción desde el registro de intercambio de memoria al registro de instrucción. RI: =RIM 4. Posteriormente el decodificador procede a interpretar la instrucción que acaba de llegar al registro de instrucción, en este caso SUMAR, quedando dispuesto para la activación del circuito sumador de la ALU e informando al secuenciador. 5. El registro contador de programa se autoincrementa con un valor 1 (o n en el caso de que sea ésta la longitud de la palabra), de tal forma quede apuntado a la siguiente instrucción situada consecutivamente en memoria. Si la instrucción en ejecución es de ruptura de secuencia, el contador de programa se cargará con la dirección que corresponda. 66 Elementos funcionales CP: =CP+1 del ordenador- Elementos HW del PC

FASE DE BÚSQUEDA Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 67

La fase de ejecución se realiza en los siguientes pasos, pero hay que tener en cuenta que si la instrucción no tuviese operandos, los pasos del 1 al 6 y el paso 8 se omitirían: 1. Se transfiere la dirección del primer operando desde el registro de instrucción al registro de dirección de memoria. RDM: =RI. OP 1 2. El selector extrae de la memoria dicho dato depositándolo en el registro de intercambio de memoria. RIM: =M[RDM] 3. Se lleva este operando desde este RIM al registro de entrada 1 de la ALU. 4. Se transfiere la dirección del segundo operando desde el registro de instrucción al registro de memoria. RDM: =RI. PO 2 5. El selector extrae de la memoria dicho dato y lo deposita en el registro de intercambio de memoria. RIM=M[RDM] 6. Se lleva este operando desde este registro al registro de entrada 2 de la ALU. 7. El secuenciador envía una micro-orden a la ALU para que se ejecute la operación. El resultado de la operación queda almacenado en el acumulador. 8. Este resultado se envía desde el acumulador al registro de intercambio de memoria. RIM: =AC 9. Se transfiere desde el registro de instrucción al registro de dirección de memoria la dirección donde ha de almacenarse el resultado en la memoria. 10. Se transfiere el resultado desde el registro de intercambio de memoria a la dirección de memoria indicada en el registro de dirección de memoria. CONTINUACIÓ N

FASE DE EJECUCIÓN Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 69

Datos dentro de la computadora Para representar diferentes tipos de datos se utiliza un patrón de bits 10010101111 ¿cómo sabe la memoria de la computadora qué tipos de datos representa un patrón de bits? Texto Codificación 101. . . 111 Video Codificación 1001. . . 101 110. . . 001 Nuria M. Decodifi cación Texto Video 70

Memoria Principal Valores Direcciones 0000001 0000010 011110010100 10000000 1111101 111110 Memoria: es la unidad de almacenamiento del ordenador. Se almacenan tanto datos como instrucciones. 1111101 Memoria Nuria M. 71

MEMO RIA La memoria central (llamada también memoria principal o memoria primaria) es una memoria relativamente grande y rápida, utilizada para el almacenamiento de las instrucciones de los programas (que están en ejecución en el ordenador) y sus correspondientes datos Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 73

Memoria Principal n n Suele llamarse memoria RAM, por ser éste el tipo de chips de memoria que conforman el bloque. Es una unidad dividida en celdas que se identifican mediante una dirección. Está formada por bloques de circuitos integrados o chips capaces de almacenar información digital, es decir, valores binarios. La MP se comunica con el microprocesador de la CPU mediante el bus de direcciones. El ancho de este bus determina la capacidad que posea el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria. La MP posee una menor capacidad de almacenamiento que la memoria secundaria, pero una velocidad millones de veces superior. Nuria M. 74

Memoria principal Nuria M. 75

En la operación de lectura la señal: L: se mantiene activa durante el tiempo de ciclo, estando inactiva la de escritura E. CRDBA: se activa para cargar las dirección de memoria en el registro RDM CRMM: se activa al final del periodo y el dato es cargado en el RIM MEMO RIA Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 76

Tipos de Memoria n Memoria principal o interna: de alta velocidad, pero pequeña capacidad de almacenamiento. RAM: Memoria de acceso aleatorio (random access memory). Memoria de lectura y escritura, volátil q ROM: Memoria de sólo lectura (read-only memory), permanente. q n Memoria masiva o externa: de baja velocidad, pero de gran capacidad de almacenamiento (disco duro, cintas, CD, etc. ) => esta memoria forma parte de los dispositivos de entrada/salida del computador. Nuria M. 77

Jerarquía De Memoria n n Parámetros: capacidad, velocidad y precio Problema: Diferencia de velocidad entre el procesador y la memoria. Nuria M. 78 78

BUS DEL SISTEMA Se denomina bus del sistema al conjunto de circuitos encargados de la conexión y comunicación entre la CPU y el resto de unidades del ordenador. Se utiliza un conjunto de líneas eléctricas que permiten la transmisión de los datos en paralelo Las líneas de un bus se pueden clasificar en tres grupos funcionales: funcionales - Líneas de datos - Líneas de dirección - Líneas de control Elementos funcionales del ordenador- Elementos HW del PC 79

Bus de datos n n Permite intercambiar datos entre la CPU y el resto de las unidades. Cada instrucción de un programa y cada byte de datos viaja por este bus. El intercambio de datos se realiza a través de un conjunto de líneas eléctricas, una por cada bit, y se transmiten todos de forma paralela. La velocidad del bus de datos se mide en megahercios (MHz)) o gigahercios (GHz) Nuria M. 81

Bus de datos n n n El tamaño del bus se mide en bits. La CPU de los 1ºs PC tenía un bus de 8 bits => solo podían transferir un byte por cada ciclo de reloj. Los actuales micros tienen un bus de datos de 64 bits => en un ciclo de reloj se pueden transferir hasta 8 bytes. Nuria M. 82

Bus de direcciones n n n Transmite direcciones entre la CPU y la memoria. Es empleado por la CPU para seleccionar la dirección de memoria o el periférico con el cual se va a intercambiar información. Hay que tener en cuenta el nº de líneas o bits que forman el bus de direcciones para determinar el volumen de la memoria accesible o direccionable. Nuria M. 83

Bus de direcciones n n n Cuanto mayor sea el nº de bits, mayor es el rango de memoria direccionable. Si el bus de direcciones tiene 10 bits, se podrá acceder a 2¹⁰ posiciones de memoria, 1024 posiciones. Si tiene 16, se accederá a 2¹⁶ posiciones, o sea, a 65536 posiciones. Nuria M. 84

Bus de control de la CPU n Transportan señales de control que informan del estado de los dispositivos o de la dirección del flujo de la información por el bus de datos, … Nuria M. 85

Buses de comunicación Memoria CPU Bus de datos Bus de direcciones Bus de control Teclado Nuria M. Monitor Impresora 86

Funcionamiento General del PC (1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) Entrada de corriente eléctrica a la Fuente de alimentación Conexiones de distribución de voltajes a la placa base CPU Chip de la memoria ROM de la BIOS Tarjeta de vídeo Memoria RAM Disco duro Nuria M. 87

Funcionamiento General del PC 1. La Corriente eléctrica llega a la Fuente de Poder 2. Los diferentes voltajes se distribuyen a la placa base, incluyendo microprocesador o CPU, es decir, La fuente de alimentación lleva corriente a todos los componentes hardware incluyendo el microprocesador o CPU. 3. El microprocesador envía una orden al chip de la memoria ROM (memoria de sólo lectura) del BIOS (Basic Input/Output System – Sistema Básico de Entrada/salida) donde están grabadas las rutinas de autocomprobación diagnóstica de encendido o programa de arranque (POST – Power On Self Test). Nuria M. 88

Funcionamiento General del PC 4. El programa POST comienza a ejecutar una secuencia de pruebas diagnóstico para comprobar si la tarjeta de video, la memoria RAM y las unidades de disco, teclado, ratón y otros dispositivos conectados al PC, se encuentran en condiciones de funcionar correctamente. La información resultante del proceso es mostrada en el monitor. Nuria M. 89

Funcionamiento General del PC 5. Si no se encuentra problema el BIOS busca un sistema de control que debe cargarse en la memoria, que no es más que el sistema operativo (UNIX, LINUX, WINDOWS), Si lo encuentra, lee sus instrucciones y deposita un conjunto básico de instrucciones en la memoria RAM para que desde allí el Sistema Operativo continúe con el control de la computadora. Nuria M. 90

Funcionamiento General del PC 6. Terminada la carga del SISTEMA OPERATIVO, el PC puede trabajar con distintos programas. El sistema operativo coordina entonces con los programas, el control de la máquina para ejecutar tareas especificas. Ambos, sistema operativo y programas utilizan la memoria RAM como lugar de operaciones de datos, grabando y borrando en operaciones sucesivas la información resultante. . Nuria M. 91