Arquitectura computadores
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Arquitectura computadores Arquitectura computadores Document Transcript

  • CENTRAL DE AD LE D UNIVERSI CUA R DO FU 1 NDA 65 DA EN 1 QUITOUNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADORFACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN PROGRAMA DE EDUCACIÓN A DISTANCIA (PED) MÓDULO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORES Autor: Ing. José Passato P. Quito, Diciembre 2010
  • MÓDULO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORESAutor: Ing. José Passato P.Publicación: Universidad Central del Ecuador Facultad de Filosofía, Letras y Ciencias de la Educación Programa de Educación a Distancia (PED)Decano: Dr. Edgar Herrera Montalvo, MSc.Vicedecano: Lic. Galo Arellano Moscoso, MSc.Director EducaciónSemipresencial: Dr. Marco Quichimbo Galarza, MSc.Coordinadores: Lic. Gustavo Ullrich, MSc. Lic. Ismael Escobar, MSc. Lic. Vladimir Cruz Lic. Myriam Tupiza Lic. Alexandra FloresImpreso: SYSTEM GRAPHIC Jorge Washington Oe4-30 y Av. Amazonas Telf.: (593) 290 3120 / 254 1470 / 092553760 E-mail: systemgrafic@yahoo.com www.systemgraphic.com.ec Quito - Ecuador
  • Arquitectura de ComputadoresPresentaciónSeñores estudiantes, el presente folleto; está concebido para cubrir la base conceptual dela materia, El folleto está estructurado en Unidades, cada unidad abarca el conocimientorequerido para comprender la estructura, funcionamiento e interrelaciones entre losdiferentes componentes de un sistema de computación, y así, tener una concepción clarade cómo los computadores están organizados, para cumplir con sus tres principalesoperaciones, de procesar, almacenar y transferir información.PrólogoEl contenido del documento se orienta a conocer y entender la arquitectura, organizacióny funcionamiento de la herramienta computacional, que ha venido a revolucionar la vidade personas y organizaciones.El material del documento comprende: La Unidad I, trata de la representación de datos yla aritmética del computador, la Unidad II describe las prestaciones de los computadores,su evolución y su funcionamiento, de la Unidad III a la Unidad VII se realiza un enfoquedetallado de la arquitectura y organización de los computadores, así como los tipos demicroprocesadores modernos y memorias, la unidad VIII contempla una descripcióndetallada de los tipos de dispositivos de entrada salida, la Unidad IX describe y explicacon detalle los Buses del Sistema y las estructuras de interconexión de un sistema decomputación, finalmente, se contempla ejercicios y un amplio cuestionario.Es importante señalar que este folleto es el resultado de la investigación sobre textosmencionados en la bibliografía, y de ninguna manera es una producción personal, es laextracción de información que debe cubrir la materia con fines pedagógicos.ObjetivosObjetivo General:El alcance final, es lograr que el estudiante conozca y comprenda el diseño conceptual yla estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. 2 View slide
  • Objetivos específicos.• Comprender y aprender a representar la información internamente en un sistema de computación.• Conocer la arquitectura y organización de un sistema de computación.• Conocer las características actuales y sus diferencias de los componentes de un computador.Recursos• Folleto.• Guía de práctica, especificada en el folleto.• Direcciones Electrónicas importantes referenciadas en el folleto.• Textos referenciados en el folleto.• Sistemas Operativos disponibles en la facultad.Seguimiento y Evaluación.• La evaluación se regirá por las normas establecidas en la facultad, adicionalmente el documento cuenta con ejercicios y cuestionamientos, los cuales deben ser resueltos por el estudiante, como una forma de verificación de conocimientos. 3 View slide
  • ContenidoArquitectura de Computadores ............................................................................................ 2 Presentación .................................................................................................................... 2 Prólogo ............................................................................................................................. 2 Objetivos .......................................................................................................................... 2 Objetivo General: .............................................................................................................2 Seguimiento y Evaluación. ............................................................................................... 3UNIDAD I ............................................................................................................................. 7REPRESENTACIÓN INTERNA DE INFORMACION .......................................................... 7 SISTEMAS DE NUMERACION POSICIONALES ............................................................ 7 SISTEMAS DE NUMERACION BINARIO OCTAL Y HEXADECIMAL ............................. 8 CONVERSION DE SISTEMAS DE NUMERACION ......................................................... 9 CALCULO DEL NUMERO DE BITS REQUERIDOS PARA REPRESENTAR UN VALOR ....................................................................................................................................... 12 REPRESENTACION BINARIA OCTAL Y HEXADECIMAL ............................................ 13 CONVERSION ENTRE BASES MULTIPLOS DE UNA BASE BINARIA........................ 15 REPRESENTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO ........................................ 17 REPRESENTACION DE CARACTERES....................................................................... 19 BIT DE VERIFICACION ................................................................................................. 20 ARITMETICA BINARIA .................................................................................................. 21 COMPLEMENTOS ......................................................................................................... 23 BINARIOS PUNTO FIJO CON SIGNO .......................................................................... 25 SUMAR EN COMPLEMENTO A DOS ........................................................................... 29 ADICION EN BCD .......................................................................................................... 30 REPRESENTACION DE BINARIOS PUNTO FLOTANTE ............................................. 33 FORMA EXPONENCIAL BINARIA NORMALIZADA ...................................................... 33 ESTRUCTURA DE UNA PALABRA DE COMPUTADOR .............................................. 34 REPRESENTACION DEL EXPONENTE ....................................................................... 34 RANGO DE EXPONENTES EN LA FORMA n+2t-1........................................................ 35UNIDAD II .......................................................................................................................... 37LA COMPUTADORA ......................................................................................................... 37 INTRODUCCION ........................................................................................................... 37 GENERACION DE LAS COMPUTADORAS .................................................................. 39 FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADOR .................................................................... 42 4
  • UNIDAD III ......................................................................................................................... 44ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA ................................................................... 44 ELEMENTOS BASICOS ................................................................................................ 44UNIDAD IV......................................................................................................................... 47 LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO CPU ................................................................. 47 CPU DE TRANSITORES Y DE CIRCUITOS INTEGRADOS ......................................... 48 MICROPROCESADORES ............................................................................................. 50 OPERACIÓN DEL CPU ................................................................................................. 53 COMPONENTES DE LA CPU ....................................................................................... 56 UNIDAD ARITMETICO LOGICA .................................................................................... 56 UNIDAD DE CONTROL ................................................................................................. 61 CAMINO DE DATOS DEL PROCESADOR ................................................................... 63UNIDAD V.......................................................................................................................... 64TIPOS DE MICROPROCESADORES ............................................................................... 64 TIPOS GENERICOS ...................................................................................................... 64 MICROPROCESADORE MODERNOS ......................................................................... 64 MICROPROCESADORE INTEL .................................................................................... 65 ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS DE SOBREMESA ..... 68 ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS PORTATILES ............ 69 MICROPROCESADORES AMD .................................................................................... 69 TIPOS DE SOCKETS .................................................................................................... 73UNIDAD VI......................................................................................................................... 78UNIDAD DE MEMORIA – MEMORIA CENTRAL .............................................................. 78 PROPOSITOS Y CONSIDERACIONES GENERALES ................................................. 78 TIPOS DE INSTRUCCIONES ........................................................................................ 82 METODOS DE DIRECCIONAMIENTO .......................................................................... 84UNIDAD VII........................................................................................................................ 85TIPOS DE MEMORIA ........................................................................................................ 85 MEMORIAS RAM ........................................................................................................... 85 TIPOS DE MEMORIA ROM ........................................................................................... 89 SISTEMA BASICO DE ENTRADA SALIDA BIOS ......................................................... 91UNIDAD VIII....................................................................................................................... 93UNIDADES DE ENTRADA SALIDA .................................................................................. 93 UNIDADES DE ENTRADA............................................................................................. 94 5
  • DISPOSITIVOS DE SALIDA .......................................................................................... 95 DISPOSITIVOS DE ENTRADA SALIDA ........................................................................ 96 DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO ..................................................................... 96UNIDAD IX....................................................................................................................... 100BUSES DE UN SISTEMA DE COMPUTACION .............................................................. 100 TIPOS DE BUSES ....................................................................................................... 101 BUS DE DATOS .......................................................................................................... 101 BUS DE DIRECCIONES .............................................................................................. 102 BUS DE CONTROL ..................................................................................................... 103 CONEXIONES DEL HARDWARE ............................................................................... 104 ESTRUCTURAS DE INTERCONEXION DE UN SISTEMA DE COMPUTACION ....... 105 PUERTOS .................................................................................................................... 108 TARJETA MADRE – MAIN BOARD ............................................................................. 111EJERCICIOS Y CUESTIONARIO .................................................................................... 112 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 122 6
  • UNIDAD IREPRESENTACIÓN INTERNA DE INFORMACIONSISTEMAS DE NUMERACION POSICIONALESUn sistema de numeración se denomina posicional porque el valor de un dígito dentro deuna cantidad, no solo depende de su valor absoluto, sino también de su valor relativo;esto es, del valor del dígito de acuerdo a su posición dentro de la cadena de dígitos.Valor relativo: valor del dígito en función de su posición dentro de la cantidad, lo cual implicamultiplicar a cada dígito por la base del sistema de numeración elevado a un exponente,exponente cuyo valor depende de la posición del dígito dentro de la cantidad.Así en el sistema decimal tenemos la cantidad siguiente:2 5 4 9. 8 7 = 2x103 + 5x102 + 4x101 + 8x10-1 + 7x10-2 = 2000+500+40+9+0.8+0.07 7 x 10-2 = 0.07 8 x 10-1 = 0.8 9 x 100 =9 4 x 101 = 40 2 5 x 10 = 500 3 2 x 10 = 2000Valor absoluto:549 Dígito 9: su valor absoluto es 9. Dígito 4: su valor absoluto es 4. Dígito 5: su valor absoluto es 5. 7
  • De manera general, en un sistema de numeración posicional de base b cualquiera, elconjunto de dígitos estará determinado de cero a la base menos uno: 0 b – 1.Así, un sistema de base 4:Conjunto de dígitos: 0 4 – 1, 0 3 : {0, 1, 2, 3}. Observe que el número dedígitos del sistema de numeración en base 4, son cuatro, y su dígito mayor es 3.Para diferenciar la base en la cual está expresado un valor o cantidad, se tiene que indicardicha base como subíndice, así:(602.35)7 : Valor en base 7.(123.02)4 : Valor en base 4.(602.35)10 : Valor en base 10.SISTEMAS DE NUMERACION BINARIO OCTAL Y HEXADECIMALEn la representación interna y procesamiento de información se utilizan intensamente tressistemas de numeración: Binario, Octal y Hexadecimal.SISTEMA BASE NUMERO DIGITOS SERIE DE DIGITOSBinario 2 2 {0, 1}Octal 8 8 {0,1,2,3,4,5,6,7}Hexadecimal 16 16 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}Decimal 10 10 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}SISTEMA DE NUMERACION BINARIOEl sistema binario, es un sistema en base 2, tiene dos dígitos: 0 y 1. A los dígitos binariosse les denomina bits.El sistema de numeración utilizado por todos los sistemas de computación, para almacenar,procesar y transferir información, es el sistema binario.Ejemplo de una cantidad binaria: (10011101.01)2. 8
  • SISTEMA DE NUMERACION OCTALEl sistema octal, es un sistema en base 8, tiene 8 dígitos: 0 8 – 1, de 0 a 7.Ejemplo: un valor octal: (307.24)8.SISTEMA DE NUMERACION HAXADECIMALEl sistema hexadecimal, es un sistema en base 16, tiene 16 dígitos: 0 16 – 1, de 0 a15. Los 16 dígitos, están conformados por los 10 dígitos conocidos 0 a 9, y para completarel conjunto de dígitos, se ha utilizado las 6 primeras letras mayúsculas del alfabeto: A, B,C, D, E, F, con valores correspondientes de 10, 11, 12, 13, 14, y 15.Ejemplo: un valor hexadecimal: (3C09EF.1A)16.CONVERSION DE SISTEMAS DE NUMERACIONLos sistemas octal y haxadecimal son útiles para representar cantidades binarias enforma indirecta porque poseen la propiedad de que sus bases son potencias de 2.La mayoría de los manuales de computadoras utilizan valores octales o hexadecimalespara especificar las cantidades binarias en la máquina, porque con menos dígitos octaleso hexadecimales se puede especificar un conjunto grande de valores binarios; por estarazón, los sistemas octal y hexadecimal, son sólo formas compactas de representaciónbinaria. Son éstas razones y otras, las que determinan la importancia de convertir ydeterminar el valor equivalente de una base en otra.Existen tres formas de conversión: Conversión de cualquier base a base 10. Conversión de base 10 a cualquier base. Conversión de una base x a base y.CONVERSION DE CUALQUIER BASE A BASE 10Un número o valor en un sistema en base b cualquiera, puede convertirse al sistemadecimal, mediante la suma de sus dígitos multiplicados por su base ponderada.Ejemplo: Convertir: (2460.57)8 b10. Solución:2460.578 = 2x83 + 4x82 + 6x81 + 0x80 + 5x8-1 + 7x8-2 = 1024+256+48+0+0.625+0.437 9
  • (2460.57)8 = (1329.062)10CONVERSION DE BASE 10 A CUALQUIER BASELa conversión de un número decimal a su equivalente en un sistema de base bcualquiera, se realiza mediante el siguiente procedimiento: a) Separar la parte entera de la parte fraccionaria. b) La conversión de la parte entera, se lleva a cabo mediante divisiones sucesivas del entero decimal para la base b. El entero convertido a la base b, estará formado por el último cociente y por los residuos de las divisiones. c) La conversión de una fracción decimal a una de base b, se obtiene mediante multiplicaciones sucesivas de la fracción decimal por la base b, hasta que el producto fraccionario sea cero o los dígitos del producto fraccionario se vuelvan repetitivos. Si ninguna de las dos condiciones ocurre, se debe indicar hasta con cuantos dígitos significativos se debe operar. La fracción en base b, estará formada por los dígitos de la parte entera del producto fraccionario.Ejemplo: Convertir: (123.95)10 b2. Solución: a) Parte decimal entera: 123 Parte decimal fraccionaria: 0.95. b) Conversión de parte entera: 12310 b2 : 123 2 1 61 2 1 30 2 0 15 2 1 7 2 1 3 2 1 1(123)10 = (1111011)2 (Note que el binario se forma por el último cociente, seguido de los residuos tomados en ordeninverso a su ocurrencia). c) Conversión parte fraccionaria: 0.9510 b2 : 10
  • 0,95 X 2 = 1,800,8 X 2 = 1,60,6 X 2 = 1,20,2 X 2 = 0,40,4 X 2 = 0,8 :los dígitos del producto fraccionaro se vuelven repetitivos.0,8 X 2 = 1,6(0.95)10 = (0.1110)2Así en resumen: (123.95)10 = (1111011.1110)2 .CONVERSION DE BASE X A BASE YEste tipo de conversión contempla convertir un valor o cantidad de una base x cualquieraa otra base y cualquiera. El procedimiento se fundamenta en los dos casos de conversióntratados anteriormente. El valor en base x se convierte a base 10, y dicho valor decimalse debe convertir a la base y solicitada. bx b10 byAsí: (10A7,E)16 b8Convertir : Solución: a) (10A7.E)16 b1010A7.E16 = 1x16 + 0x16 + 10x161 + 7x160 + 14x16-1 =4096+0+160+7+0.87 = (4263.87)10 3 2 b) (4263.87)10 b8 4263 8 26 532 8 23 52 66 8 7 4 2 8426310 = 82478 (parte entera)0.8710 b8 :0,87x8 = 6,960,96x8 = 7,680,68x8 = 5,44 11
  • 0.8710 = 0.6758 (parte fraccionaria)En resumen : (10A7.E)16 = (8247.675)8CALCULO DEL NUMERO DE BITS REQUERIDOS PARA REPRESENTARUN VALORPara la representación interna de información, se requiere conocer en cuantos dígitosbinarios se puede representar un número, valor, cantidad, o un conjunto de valores decualquier otro sistema, y particularmente de los sistemas involucrados como son octal,hexadecimal y decimal.Sea m: un conjunto de valores a representarse. n: el número de bits requeridos para representar m. 2: base del sistema binario.Estos tres parámetros están relacionados por la siguiente expresión: m = 2nln m = n ln 2 (ln: logaritmo natural)n = ln m ln 2Como m = 2n , el mínimo valor a representarse es cero y el máximo valor será 2n – 1.Ejemplo 1: cuantos bits se requieren para representar los primeros 8 valores del sistemadecimal.m = 8. Entonces:n = ln 8 = 2.079 = 3 Implica n = 3 bits ln 2 0.693Recuerde que m = {0,1,2,3,4,5,6,7}, todo este conjunto de 8 valores se puede representaren 3 dígitos binarios o bits. Como máximo en 3 bits se puede representar el valor 7.Ejemplo 2 : cuantos bits se requieren para representar los primeros 120 valores del sistemadecimal.m = 120 = {0, 1, 2, 3, …, 117, 118, 119} 12
  • n = ln 120 = 4.787 = 6.907 Implica n = 7 bits. ln 2 0.693Siempre que el resultado de n tenga fracción, se tiene que aproximar al entero inmediatosuperior.REPRESENTACION BINARIA OCTAL Y HEXADECIMALComo las bases de los sistemas Octal y Hexadecimal, son múltiplos de la base binaria, ysi consideramos que las bases representan el número o conjunto m de dígitos de dichossistemas, entonces éstas bases se pueden expresar de la siguiente manera:Sistema Octal: m= 8 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}, m = 23 Implica que n = 3 bits.Sistema Hexadecimal: m = 16 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}, m = 24 Implicaque n = 4 bits.Los resultados son exactamente iguales, si aplicamos el logaritmo natural, para el cálculode n.SISTEMA OCTALPara la representación de cada uno de los dígitos octales, se requieren 3 dígitos binarios o bits.DIGITOS OCTAL CODIFICADO EN BINARIO EQUIVALENTE DECIMAL 0 000 0 1 001 1 2 010 2 3 011 3 4 100 4 5 101 5 6 110 6 7 111 7Explicación de un dígito octal codificado en binario, supongamos que el dígito 6 delsistema octal queremos representar en el sistema binario, esto supone encontrar su b8 b2equivalente en el sistema binario; esto es : Y procederíamos así: 13
  • 0 68 b2 ; 68 b10 : 68 = 6x8 = 610 b2 :6 20 3 2 1 1Entonces : 68 = (110)2 , que son los mismos valores en la tabla anterior.Recuerde que para la representación de valores, se tiene que realizar dígito a dígito. Así,Ejemplo:Representar (7041.53)8 en binario: (111 000 100 001 . 101 011)2SISTEMA HEXADECIMALPara la representación de cada uno de los dígitos hexadecimales, se requieren 4 dígitos binarios obits.DIGITOS HEXADECIMAL CODIFICADO EN BINARIO EQUIVALENTE DECIMAL 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 0011 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 A 1010 10 B 1011 11 C 1100 12 D 1101 13 E 1110 14 F 1111 15 14
  • Ejemplo:Representar en binario: (D9BECA.08)16 : (1101 1001 1011 1110 1100 1010 . 0000 1000)2CONVERSION ENTRE BASES MULTIPLOS DE UNA BASE BINARIASe consideran bases múltiplos de una base binaria, las siguientes:4, 8, 16, 32,64, 128, … = 22, 23, 24, 25, 26, 27, …Esto es, la base múltiplo (que representa el conjunto de dígitos del sistema), se puedeexpresar como la base binaria elevada a un exponente entero positivo, exponente quedetermina el número de bits en los cuales se puede representar cada uno de los dígitosde esa base múltiplo.Así, el Sistema en base 32, cuyo conjunto de dígitos es de 0 a 31, se puede expresarcomo: 32 = 25 , donde el exponente 5 determina que cada dígito del sistema en base 32 sedebe representar en 5 bits.El sistema decimal no es una base múltiplo de la base binaria, porque no existe exponente alcual se debe elevar la base binaria para que sea exactamente igual a 10, base delsistema decimal.Para llevar a cabo la conversión entre base múltiplos, se debe proceder de acuerdo alsiguiente procedimiento: a) Codificar el valor de la base múltiplo dada en binario, en función del número de dígitos requeridos para la base dada. b) El valor en la base dada, codificada en binario, llevar a la base múltiplo deseada, mediante la reagrupación de sus dígitos binarios de acuerdo al número de bits requeridos por la base solicitada. c) Finalmente interpretar o convertir cada agrupación de bits a la base solicitada. Ejemplo: (6345,07)8 b32Convertir: , Solución: 6345.078 codificar en binario: a) 6345.078 : 110 011 100 101 . 000 111 codificado en binario de acuerdo al número de bits (3) requeridos . 15
  • b) El octal codificado en binario 110 011 100 101. 000 111 llevar a la base 32 solicitada, mediante la reagrupación, pero en 5 bits requeridos por la base 32: 11 00111 00101 . 00011 10000 c) Llevar a la base solicitada mediante la interpretación de los grupos de bits: 3 7 5 3 G 11 00111 00101 . 00011 10000 (6345.07)8 = (375.3G)16 Observe que la reagrupación se lleva a cabo tomando como referencia el punto de las fracciones, para la parte entera del punto hacia la izquierda, y para las fracciones del punto hacia la derecha. Siempre respetando el número de bits requeridos en los cuales se debe representar. Note que resulta importante completar con ceros el número de bits requeridos en la reagrupación, sobre todo para las fracciones, no así para la parte entera, ya que ceros a la izquierda no tienen valor. En el ejemplo, el caso se presenta para el dígito G, porque de no ser completado a 5 dígitos, el valor de este dígito sería 1. Para el caso del ejemplo tratado, los dígitos del sistema en base 32, son: M = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R, S, T, U, V}. Los valores correspondientes a los dígitos representados por las letras del alfabeto son: A=10, B=11, …,G= 16, …, V=31.CODIGO BINARIOUn código binario, es un grupo de de n bits, que supone 2n combinaciones diferentes deceros y unos. Así: 22 supone cuatro combinaciones o valores binarios diferentes (m = 22cuatro valores a representarse en 2 bits), estos valores son:B2 B1000 (0)01 (1)10 (2) 16
  • 11 (3)REPRESENTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIOPara codificar o representar un valor del sistema decimal en binario, inicialmente debemosconocer en cuántos dígitos binarios o bits se puede representar cada dígito del sistemadecimal, lo que obliga a calcular n, para m = 10.n = ln 10 = 2.302 = 3.321 . Implica n = 4 bits. ln 2 0.693Significa que por cada dígito decimal, para su codificación, se requieren 4 bits.Como el sistema decimal tiene 10 dígitos 0 a 9, y en 4 bits se pueden representar hasta16 valores; entonces, existen 6 representaciones binarias, sin tener correspondencia entérminos de dígitos en el sistema decimal.Para la representación decimal codificado en binario (bcd: binary code decimal), existentres formas de representación: Ponderación 8 4 2 1, Ponderación 4 2 2 1, y Exceso de labase en 3, XS-3.Significado de la Ponderación 8 4 2 1: esta ponderación obedece a que cada digitodecimal se debe representar en binario en 4 bits, al ponderar cada uno de los 4 dígitosbinarios, se tiene que multiplicar cada bit por la base elevado a un exponente, exponenteque depende de la posición que ocupa cada bit dentro de los cuatro bits. Así: 8 4 2 1 ? ? ? ? 0 x2 =1 1 x2 =2 2 x2 =4 3 x2 =8De que cada bit de los 4, una vez ponderado (convertido al decimal), su valor sea 1, 2, 4,u 8, depende de que sea cero (0) o uno (1).Significado de la ponderación 4 2 2 1: ponderación semejante a la anterior: 17
  • 4 2 2 1 ? ? ? ? 0 x2 =1 1 x2 =2 x 21 = 2 x 22 = 4Para la representación Exceso de la base en 3, a cada dígito decimal se debe sumar 3, yrepresentarlos en ponderación 8 4 2 1.Decimal codificado en binario en sus tres formas de representación:DIGITOS DECIMAL CODIFICADO EN BINARIODECIMALES Ponderación Ponderacion Exceso base en tres 8421 4221 XS-3 0 0000 0000 0011 1 0001 0001 0100 2 0010 0100 / 0010 0101 3 0011 0101 / 0011 0110 4 0100 1000 / 0110 0111 5 0101 1001 / 0110 1000 6 0110 1100 / 1010 1001 7 0111 1101 / 1011 1010 8 1000 1110 1011 9 1001 1111 1100Observe que en la ponderación 4 2 2 1, los dígitos decimales 2 a 7, tienen dos formas derepresentación, porque la ponderación para los dígitos de las posiciones 2 y 3, tienen lamisma ponderación, independiente de su posición.Ejemplo : El decimal (9258)10 representar en bcd, en ponderaciones 8 4 2 1 , 4 2 2 1 yExceso de la base en tres. Solución:Ponderación 8 4 2 1de 925810 : 1001 0010 0101 1000Desarrollo: 9 2 5 81001 0010 0101 1000 3 2 1 0 = 1x2 + 0x2 + 0x2 + 0x2 =8 3 2 1 0 = 0x2 + 1x2 + 0x2 + 1x2 =5 3 2 1 0 = 0x2 + 0x2 + 1x2 + 0x2 =2 3 2 1 0 = 1x2 + 0x2 + 0x2 + 1x2 =9Ponderación 4 2 2 1: 1111 0100 0100 0001 18
  • 1111 0010 0010 0001Ponderación Exceso de la base en 3: para este tipo de representación bcd, debemossumar 3 a cada dígito decimal, y proceder a representar en ponderación 8 4 2 1. Así: 9 2 5 8+3 = 12 5 8 11 1100 01010100001011 3 2 1 0 = 1x2 + 0x2 + 1x2 + 1x2 = 11 3 2 1 0 = 1x2 + 0x2 + 0x2 + 0x2 =8 3 2 1 0 = 0x2 + 1x2 + 0x2 + 0x2 =5 3 2 1 0 = 1x2 + 1x2 + 0x2 + 0x2 = 12REPRESENTACION DE CARACTERESEl conjunto de caracteres alfanuméricos, es un conjunto de elementos que incluyen los 10dígitos decimales, la 26 letra del alfabeto y un número de caracteres especiales.Inicialmente se utilizaron 64 caracteres, como el número de caracteres especiales ha idocreciendo, se tuvieron 128 caracteres y actualmente se contempla la representación dehasta 256 caracteres.Como hablamos de representación, se tiene que determinar el número de bits en loscuales se deben representar estos conjuntos de caracteres.Conjunto de 64 caracteres, m=64, 64= 26 , se requirieron de 6 bits.Conjunto de 128 caracteres, m=128, 128= 27 , se requirieron de 7 bits.Conjunto de 256 caracteres, m=256, 256= 28 , se requieren de 8 bits.Los códigos binarios estándar utilizados para la representación de caracteres, son losdenominados ASCII y EBCDIC.CODIGO ASCII: American Nacional Standard Code for Information Interchange. Estecódigo para la representación de caracteres, utiliza la codificación BCD en ponderación 84 2 1 destinando un conjunto de bits para la denominada Zona, así:Conjunto de 64 caracteres, 6 bits para su representación: zona carácterConjunto de 128 caracteres, 7 bits para su representación: Zona Carácter 19
  • Conjunto de 256 caracteres, 8 bits para su representación: Zona CarácterPara la interpretación de códigos o representación de caracteres, se tiene que trabajarcon las tablas de los códigos ASCII o EBCDIC.CODIGO EBCDIC: Extended Binary Code Decimal Interchange, utiliza 4 bits de zona y 4bits para representar el carácter: Zona CarácterBIT DE VERIFICACIONCada una de las codificaciones anteriores requieren de un séptimo, octavo o noveno bitde verificación, denominado bit de paridad.Durante el procesamiento y transferencia de información, pueden ocurrir accidentes,como, cortes eléctricos, cambios en el voltaje, ruidos aleatorios, etc. Los sistemas decomputación utilizan el bit de paridad, para determinar alteraciones en las grupos ocadenas de bits que se transmiten, que pueden ocurrir como consecuencia de los eventosindicados.Cada bit de paridad está asociado a un grupo de bits de datos, y se utiliza para hacer que elnúmero total de unos en el grupo sea par o impar. En cualquier momento posterior, el número deunos en el grupo completo se puede contar y compararse con la paridad del computador,determinándose así errores en la transmisión de información. Así, si procesamos un 5, larepresentación correcta dependería de la paridad con la cual se opere: zona carácter 0011 0101 bit de paridadEjemplo: Si un computador opera en paridad par, el bit de paridad es cero 0, para que el total deunos sea 20
  • bp zona carácterpar, en el presente caso 4 unos: 0 0011 0101Ejemplo: Si la paridad con la opera un computador es impar, el bit de paridad sería uno 1 ,para que bp zona carácterel total de unos en el grupo de bits, sea 5: 1 0011 0101ARITMETICA BINARIASUMA BINARIALas operaciones que a continuación trataremos, se realizaran con valores binarios sinsigno.Para el caso de la suma, la comprensión se facilita, si consideramos las cuatro alternativasque se presentan, al sumar dígito a dígito: 0 0 1 1 + 0 + 1 + 0 + 1 0 1 1 10Para el último caso, si sumaríamos en decimal 1+1 = 2, pero 2 en binario es 10 (unocero). Cuando en decimal al sumar dos dígitos, su resultado es igual a la base o supera labase, recuerde que escribimos el dígito de las unidades y acarreamos o llevamos el dígitode las decenas para sumar a la siguiente posición, igual sucede en el Sistema Binario,teniendo presente que la base es 2.Ejemplo: sumar en binario sin signo 1101 y 1011:+1 +1 +1 +1 1 1 0 1 13+ 1 0 1 1 11 1 1 0 0 0 20 21
  • RESTA BINARIAConsiderando las tres alternativas que se presentan, al sumar dígito a dígito, no existe 0 1 1 - 0 - 0 - 1ninguna dificultad: 0 1 0 0 - 1Pero al tratar la resta: ? debemos considerar, que inicialmente no se puederealizar, para poder continuar, lo que se hace es tomar una unidad de la siguienteposición, lo que es lo mismo decir, esa posición se queda restada en 1 ( que en el casodel sistema decimal, correspondería a una decena), al tomar una unidad de la siguienteposición y sumarlo al minuendo, el minuendo se transforma en dos; esto es, uno cero: 10, yentonces es posible la resta, pues, el minuendo tendría un valor de dos 10, y elsustraendo su propio valor que es 1, al restar 1 de 10, el resultado es 1 (2 – 1 = 1), pero lasiguiente posición queda restada en 1: -1 posición restada en 1 0 - 1 1Ejemplo, restar: 101100 – 10111: -1 -1 -1 -1 1 0 1 1 0 0 : 44 - 1 0 1 1 1 : 23 0 1 0 1 0 1 : 21MULTIPLICACION BINARIACon el propósito de facilitar el producto binario, se recomienda realizar sumas parciales,de cada dos productos parciales. Ejemplo: 22
  • 1 1 0 1 1 1 : 55 equivalene decimal x 1 0 1 1 1 : 23 equivalene decimal 1 1 0 1 1 1 + 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 + 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 + 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1: 1265 equivalene decimalDIVISION BINARIASe procede exactamente como la división decimal, teniendo presente que se trata de unabase 2. Ejemplo: 1 1 1 0 1 1 1 0 1 - 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 - 1 0 1 0 1 0 0 1 - 1 0 1 0 1 0 0Dividendo: 111011Divisor: 101Cociente: 1011Residuo: 100Dividendo = divisor x cociente + residuo. 1 0 1 1 : Divisor x 1 0 1 : Cociente 1 0 1 1 + 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 + 1 0 0 : Residuo 1 1 1 0 1 1 : DividendoCOMPLEMENTOSLos complementos se utilizan en los computadores digitales para simplificar lasoperaciones de sustracción o resta.Cada sistema de numeración tiene dos tipos de complementos: Complemento a la Base(CAb), y Complemento a la Base menos uno (CAb-1). Así: 23
  • SISTEMA BASE COMPLEMENTO A LA BASE COMPLEMENTO A LA BASE MENOS UNODecimal 10 CA10 CA10-1 : CA9Binario 2 CA2 CA2-1 : CA1Octal 8 CA8 CA8-1 : CA7Hexadecimal 16 CA16 CA16-1 : CA15COMPLEMENTO A LA BASE MENOS UNOEl complemento a la base menos uno de un número en base b, se obtiene restando cadauno de los dígitos del valor en base b, del dígito que resulta de sustraer 1 a la base b.Ejemplo1: obtener el complemento a nueve CA9 de (10523)10 . Solución:Como la cantidad consta de 5 dígitos, el valor del cual se va a restar debe tener igualnúmero de dígitos, cada uno de ellos determinados por la sustracción de 1 de la base 10:99999 – 10523 = 89476. CA9 = 89476Ejemplo 2: Determine el CA1 de (1010110)2. Solución:1111111 – 1010110 = 0101001. CA1 = 0101001.Observación: note que el CA1 de un valor binario, simplemente se logra mediante el cambiode unos por ceros y ceros por unos del valor original.COMPLEMENTO A LA BASEEl Complemento a la Base de un valor en base b, se obtiene mediante la adición de 1 aldígito de orden inferior (dígito del extremo derecho) del Complemento a la base menos uno.Ejemplo 1: Determinar el CA2, de (100101001)2. Solución:CA1: 111111111 – 100101001 = 011010110.CA2: 011010110 + 1 = 011010111.Ejemplo 2: Obtener el CA16 de (10C92FA)16. Solución:CA15 : FFFFFFF – 10C92FA = EF6D05. (Recuerde: A=10, B=11,…, F=15)CA16 : EF6D05 + 1 = EF6D06. CA16 = EF6D06 24
  • BINARIOS PUNTO FIJO CON SIGNOHasta ahora hemos tratado valores sin signo; esto es, no hemos hecho diferencia entrevalores positivos y negativos. El presente tema nos ilustrará como representar y operarcon valores con signo.Es conocido que un conjunto de valores a representarse está determinado por laexpresión m = 2n. Ahora este conjunto de valores comprenderá valores positivos ynegativos.Para la representación de valores punto fijo con signo, se conocen las siguientes técnicas: a) Notación Signo Magnitud. b) Notación Complemento a uno. c) Notación Complemento a dos. d) Notación BCD.NOTACION SIGNO MAGNITUDEsta forma de representación de valores punto fijo con signo, constituye la notación mássimple, porque los valores binarios se interpretan con facilidad. Para la representación enSigno Magnitud, debemos tener presente las siguientes consideraciones:1. El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 + 1 -2. Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la representación de cantidades, números o valores.3. El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la siguiente expresión K. -(2n-1 - 1) =< K <= +(2n-1 – 1)Donde n representa el número de bits requeridos para representar un conjunto de valores.Ejemplo: Para n = 2 bits, determine el conjunto de valores positivos y negativos que sepueden representar. Solución:m = 22 . Cuatro valares a representarse, los cuales comprenderán valores positivos ynegativos.Orden de valores: -(22-1 - 1) =< K <= +(22-1 – 1) -(21 - 1) =< K <= +(21 – 1) -1 =< K <= +1 25
  • Entonces: m = {-1, -0, +0, +1). La notación signo magnitud hace diferencia entre +0 y -0.Representación de valores: Valores Positivos Valores Negativos +0 0 0 -0 1 0 +1 0 1 -1 1 1bit de signo valor binario bit de signo valor binarioNOTACION COMPLETMENTO A UNOLas consideraciones para representar valores con signo en CA1 son semejantes que lasconsideradas en Notación signo magnitud. a) El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 + 1 - b) Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la representación de cantidades, números o valores. c) El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la siguiente expresión K. -(2n-1 - 1) =< K <= +(2n-1 – 1) d) Para realizar CA1 cambiamos ceros por unos y unos por ceros.Ejemplo: Representar para n = 3 bits, el conjunto de valores con signo en CA1 .Conjunto de valares, m= 23 = 8 valores positivos y negativos.Orden de valores: -(23-1 - 1) =< K <= +(23-1 – 1) -(22 - 1) =< K <= +(22 – 1) -3 =< K <= +3m = {-3, -2, -1, -0, +0, +1, +2, +3}. Se mantiene todavía en esta notación el -0 y el +0.Representación binaria:Valores Positivos Valores Negativos+0 000 -0 111 . 001 . 101 . 010 . 101 26
  • +3 011 -3 100Recuerde que para representar los valores negativos tenemos que hacer CA1, partiendode los valores positivos, y que el bit de orden superior nos indica el signo.NOTACION COMPLEMENTO A DOSTodos los sistemas de computación para representar valores negativos lo hacen en CA2.En esta forma de representación de valores con signo, se elimina el problema dediferenciar entre -0 y +0. El orden de valores es distinto en lo que se relaciona con losvalores negativos, específicamente en: -(2n-1 - 1), esta parte del orden de valores secambia a: -(2n-1 ). El resto de consideraciones se mantienen semejantes. a) El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 + 1 - b) Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la representación de cantidades, números o valores. c) El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la siguiente expresión K. -(2n-1 ) =< K <= +(2n-1 – 1) d) Para realizar CA2 obtenemos el CA1 y adicionamos 1 al bit de orden inferior.Ejemplo: Representar en CA2 el conjunto de valores con signo, para n = 4 bits.m = 24 = 16 valores positivos y negativos a ser representados.Orden de valores: -(24-1 ) =< K <= +(24-1 – 1) -(23 ) =< K <= +(23 – 1) -8 =< K <= +7m= {-8, -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7}Representación Binaria:Valores Positivos CA1 CA2 Valores Negativos 0 0000 1111 +1 0000 0 Como se ve el cero es único. 1 0001 1110 +1 1111 -1 2 0010 1101 +1 1110 -2 3 0011 1100 +1 1101 -3 27
  • 4 0100 1011 +1 1100 -4 5 0101 1010 +1 1011 -5 6 0110 1001 +1 1010 -6 7 0111 1000 +1 1001 -7Hasta aquí se han representado 15 valores, falta representar el valor -8. Para representarel -8 en 4 bits se procede de la siguiente manera: A un 8 sin signo se le haceComplemento a dos, así: 8 sin signo: 1000 CA1: 0111 CA2: 0111 +1 = 1000. -8 : 1000 Con lo cual completamos los 16 valores a representarse en CA2.NOTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO BCDPara la representación de valores con signo en BCD, se disponen de cuatro alternativas:a) Mediante el uso de un bit para el signo: 0 + 1 -Ejemplo: representar el valor 4385 como positivo y negativo. Solución:+4385: 0 0100 0011 1000 0101.-4385: 1 0100 0011 1000 0101Recuerde que en BCD, cada dígito decimal se representa en 4 bits.b) Mediante 4 bits para el signo: C + D -Ejemplo: representar el valor 241 como positivo y negativo. Solución: signo C+241 : 1100 0010 0100 0001 D-241 : 1101 0010 0100 0001c) Complemento a Nueve.Ejemplo: representar : +537 y su correspondiente CA9.+537: 0101 0011 0111CA9: 999 – 537 = 462 : 0100 0110 0010 28
  • d) Complemento a DiezRepresentar +810 y su correspondiente CA10.+810: 1000 0001 0000CA10: 999 – 810 = 189 + 1 = 190 : 0001 1001 1000SUMAR EN COMPLEMENTO A DOSPara sumar dos números positivos se debe observar las siguientes consideraciones:a) Determinar el número de bits, en base al valor del resultado, porque constituye el mayor valor de entre los parámetros involucrados en la operación, ya que sumandos y resultado deben ser representados en binario.b) Al número de bits calculados en el punto anterior, se debe adicionar un bit para el signo.Ejemplo: sumar en CA2, (+5) + (+6). Solución: n = ln 11 = 2,397 = 3,458 n = 4 bits ln 2 0,693Más un bit para el signo: 4+1 = 5. Número de bits requeridos n = 5 bits. 00101 +5 00110 +6 01011 +11Cuando se suman un positivo con un negativo o dos negativos, realmente se presenta elcaso de sumar en CA2, los valores negativos necesariamente deben ser representados en CA2, yen cualquiera de los casos, se debe tener presente las siguientes consideraciones:a) Al sumar en CA2, todo acarreo al final de la operación no se considera o se elimina.b) Determinar el número de bits requeridos, en base al mayor valor absoluto de los tres factores, sumandos y resultado.c) Al número de bits calculados adicionar un bit para el signo.d) Para poder realizar la operación, representar el o los sumandos negativos en CA2.Ejemplo: sumar en CA2 (+4) + (-9). Solución:El mayor valor absoluto de entre los sumandos y el resultado, es el sumando -9. Valorabsoluto = 9. n = ln 9 = 2,197 = 3,170 n = 4 bitsNúmero de bits requeridos: ln 2 0,693 29
  • Más un bit para el signo: n= 4+1 = 5 bits.Representar -9 en CA2: Para mejor comprensión partimos de un 9 sin signo:9 sin signo: 1001.9 positivo en 5 bits: 01001.CA1: 10110CA2: +1 101114 positivo en 5 bits: 00100 00100 +4 10111 -9Podemos realizar la operación: 11011 -5Un primer indicador de que la operación se haya realizado correctamente es observar elbit de signo del resultado, en el presente caso, el bit de signo es 1, lo cual dice que elresultado es negativo, como es de esperarse, y está obviamente representado en CA2.Para determinar y comprobar que el valor absoluto del resultado haya sido calculadocorrectamente, se tiene que restar al resultado un uno 1, y este nuevo resultado llevarlo aCA1.ADICION EN BCDCuando hablamos de decimal codificado en binario, BCD, no debemos olvidar que undígito decimal, siempre debe ser interpretado o representado mediante 4 dígitos binarios,pues ésta es la manera correcta de tratar un BCD.Complementariamente, debemos tener presente que en 4 dígitos, no solo se puedenrepresentar los 10 dígitos decimales, sino que en los 4 dígitos binarios, se pueden realizarademás 6 representaciones binarias, esto es, en total 16 representaciones, de 0000 a1111 ( 0 a 15).ADICION SIN SIGNOPara mejor comprensión y facilidad, consideraremos y haremos diferencia entre lossiguientes casos:a) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, no excede de 9, no existe acarreo (no existe el tal llevo), y el BCD es correcto. Ejemplo: sumar en BCD: 6320 + 2649. Solución: 30
  • decimal BCD 6320 0110 0011 0010 0000 +2649 0010 0110 0100 1001 1000 1001 0110 1001 8 9 6 9 : interpretación o conversión al decimal.b) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, es mayor o igual a 10 y menor o igual a 15. En cada suma de dígito a dígito que exceda a 9, para que el resultado BCD sea correcto, se debe adicionar seis (0110), para lograr el acarreo, correspondiente a las 6 representaciones que dan como resultado en éstos casos, y que no tienen correspondencia a nivel de dígito en el sistema decimal. B C Ddecimal +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1+1 +1 +1 7531 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 +7989 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 +1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 + 0 1 1 0+ 0 1 1 0+ 0 1 1 0+ 0 1 1 0 (+ 6 para acarreo) 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 : Resultado BCD. 1 5 5 2 0d) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, es mayor o igual a 16 y menor a 19.En éstos casos necesariamente existe acarreo, una vez producido el acarreo, se tieneque sumar 6 para que el BCD sea correcto, caso contrario es errado.Ilustración de un BCD errado. BCD decimal +1 1000 8 +1000 +8bcd errado 1 0000 10 erradoCorrección del ejemplo anterior: BCD decimal +1 1000 8 +1000 +8 1 0000 +0110 1 0110 1 6 : conversión al decimal 31
  • Ejemplo 2: sumar en BCD (78 + 98). Solución: +1 +1 +1 +1 +178 0 1 1 1 1 0 0 098 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 + 0 1 1 0+ 0 1 1 0 (+6) 1 0 1 1 1 0 1 1 0 :resultado BCD 1 7 6ADICION CON SIGNOComo estamos considerando el decimal codificado en binario, para la codificación devalores negativos, éstos deben previamente ser representados en CA10, antes detratarlos como BCD.Para la suma con signo, se debe observar las siguientes consideraciones:a) Todo acarreo al final, luego de realizada la adición se desecha o se elimina.b) Al sumar un positivo con un negativo, si no existe acarreo al final, el resultado es negativo y debe ser complementado, y si existe acarreo el resultado es positivo.c) Al sumar dos negativos, no interesa si existe o no acarreo, siempre se tendrá que complementar, para hacer el resultado negativo.Ejemplo 1: sumar en BCD (-463) + (+125):El sumando -463 es negativo y debe ser complementado:CA9: 999 – 463 = 536CA10: 536 + 7 = 537Ahora sumamos 537 + 125 en BCD: +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1537 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1125 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 + 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 : no existió acarreo al final 6 6 2 y debe ser complementado.CA9: 999 – 662 = 337.CA10: 336 + 1 = 338. como esta en CA10 es un número negativo.BCD: 0011 0011 1000 : Resultado. 32
  • REPRESENTACION DE BINARIOS PUNTO FLOTANTEEn los sistemas de numeración, el punto de las fracciones puede aparecer en cualquierlugar dentro de la cantidad, característica que determina la denominación de puntoflotante.Ejemplos:1011101.00011010.011101000110110.111010001101101110100011.01FORMA EXPONENCIAL BINARIA NORMALIZADAPara la representación interna punto flotante, en necesario que la escritura de valorespunto flotante estén estandarizados o normalizados, de acuerdo al siguiente principio:Cualquier valor no nulo A, se puede escribir como un número igual a M multiplicado por subase elevado a un exponente: A = M x 2n, donde el punto decimal aparecerá directamenteantes del primer dígito no nulo en M. A esta forma de representación de le denominaForma Exponencial Binaria Normalizada. Tanto la mantisa como el exponente pueden serpositivos o negativos.Los sistemas de computación almacenan y procesan valores en forma exponencial binarianormalizada.Ejemplos:Valor Binario Forma Exponencial Binaria Normalizada1010.1 0.10101 x 24 mantisa0.000001101 0.1101 x 2-5 mantisa-111.0011 -0.1110011 x 23 mantisaLa Representación Interna Punto Flotante, utiliza codificación binaria directa, lo cualcodifica un número completo como un todo; esto es, como una lista o cadena de bits. Esta 33
  • lista de bits, se almacena como una unidad de memoria llamada Palabra, y al número debits se le llama Longitud de la palabra.Existen computadores que utilizan palabras de 32 o 64 bits.ESTRUCTURA DE UNA PALABRA DE COMPUTADORLas localizaciones de memoria o palabra, están conformadas comúnmente en trescampos o bloques de bits: Signo mantisa Exponente MantisaPrecisión simple; 32 bits: 1 bit 7 bits 24 bits Signo mantisa Exponente MantisaPrecisión doble; 64 bits: 1 bit 7 bits 56 bitsREPRESENTACION PUNO FLOTANTEPara el procesamiento de valores decimales, éstos necesariamente deberán serrepresentados como binarios de punto flotante, para lo cual se tiene que seguir elsiguiente procedimiento.a) Transformar el decimal a binario.b) El binario escribir en la forma Exponencial Binaria Normalizada.c) Representar el Exponente en Complemento a Dos, o en la forma n+2t-1.d) Representar el valor binario en una palabra de 32 o 64 bits.REPRESENTACION DEL EXPONENTEPara representar el exponente de un valor binario exponencial normalizado, existen dosformas:a) Complemento a dos.b) En la forma n+2t-1, donde n es el exponente entero a representar, y t el número de bits (7) requeridos para su representación.Para los tipos de palabras de computador, el número de bits requeridos para representarel exponente es 7, como es conocido este número de bits, se puede determinar el Ordeno conjunto de exponentes a representarse. -2T-1 =< K < = 2T-1 – 1 34
  • -27-1 =< K < = 27-1 – 1 -64 =< K < = 63Una cantidad elevada a la -64, representará una valor infinitamente pequeño, como unacantidad elevada a un exponente 63 será un valor infinitamente grande.RANGO DE EXPONENTES EN LA FORMA n+2t-1Entones la descripción de los exponentes reales, y los correspondientes en la forma n+2t-1serían los siguientes:Exponente Real: -64 -63 -62 …. -1 0 1 …. 61 62 63 t-1Exponentes: n+2 0 1 2 63 64 65 125 126 127Como se determinan los exponentes en la forma n+2t-1: como se determinó que elexponente real -64 en la forma n+2t-1 es 0:n = -64, exponente real.n + 2t-1 = - 64 + 27-1 = -64 + 26 = -64 + 64 = 0Procedemos de manera similar para el resto de exponentes.Ejemplo: Mediante codificación binaria directa, represente el decimal 0.0452, en una palabrade 32 bits. Con el exponente en CA2, y en la forma n+2t-1. En la conversión binaria,trabajar hasta obtener tres dígitos significativos en el producto binario.a) Convertir el decimal a binario: 0.045210 b20.0452x2 = 0.09040.0904x2 = 0.18080.1808x2 = 0.36160.3616x2 = 0.72360.3672x2 = 1.44720.4472x2 = 0.89440.8944x2 = 1.78880.7888x2 = 1.5776Hemos llegado a obtener tres dígitos significativos en el producto binario: 35
  • b) (0.0452)10 = (0.00001011)2. Este binario escribimos en forma exponencial normalizada:0.000010112 = 0.1011x2-4 -40.1011 x 2 exponente base mantisac) El exponente -4, representamos en CA2:4 sin signo: 1004 positivo en 7 bits: 0000100CA1 : 11111011CA2: 1111011 + 1 = 1111100Exponente en la forma n+2n-1 :n+27-1 = -4 +64 = 60El valor del exponente en la forma 2n-1 es 60, este valor representamos en binario en los 7bits destinados para el exponente.60 : 0111100d) Finalmente representamos el binario punto flotante, en un palabra de 32 bits, con las dos formas de representación del exponente: Signo mantisa Exponente MantisaCon el exponente en CA2 : 0 1111100 10110 ……...…00El punto virtual de las fracciones estaría ubicado en la frontera entre el exponente y lamantisa, por esta razón la mantisa siempre se debe ajustar a la izquierda, y en este casolos 20 bits restantes se completan con ceros, los que no altera su valor.Representación con el exponente en la forma n+2n-1:Signomantisa Exponente Mantisa 0 0111100 10110 ……...…00 36
  • UNIDAD IILA COMPUTADORAINTRODUCCIONLas computadoras digitales ocupan un lugar sobresaliente en la sociedad moderna. Hancontribuido a muchos adelantos científicos, industriales y comerciales que sin ellashabrían sido imposible de lograr.Las computadoras se utilizan como medio de entretenimiento en el hogar, paratratamientos médicos, predicción del clima, exploración del espacio, control de tráficoaéreo, cálculos científicos, procesamiento de datos comerciales y otros numerososcampos del quehacer humano.La computadora digital es el ejemplo mejor conocido de un sistema digital. Característicode este sistema es su manipulación de elementos discretos de información. Lainformación discreta está contenida en cualquier conjunto restringido a un número finito de elementos.Ejemplos de cantidades discretas son los 10 dígitos decimales, las 26 letras de alfabeto,las 52 cartas de la baraja y los 64 cuadrados de un tablero de ajedrez.Las primeras computadoras digitales se utilizaron principalmente para realizar cálculosnuméricos. En este caso los elementos discretos que se utilizan son los dígitos. De estaaplicación surgió el término computadora digital.Las computadoras digitales emplean el sistema binario que tiene dos dígitos 0 y 1. A un dígitobinario se le conoce como bit. En las computadoras digitales, la información se representa comogrupos de bits. Mediante la aplicación de diversas técnicas de codificación, se puede hacerque grupos de bits representen no solo números binarios, sino también cualquier otrogrupo de símbolos discretos. A través del uso prudente de disposiciones binarias paraformar códigos binarios, los grupos de bits se usan para elaborar conjuntos de 37
  • instrucciones completos que se encarguen de efectuar cálculos con diversos tipos dedatos.Una computadora (del latín computare -calcular-), también denominada como ordenadoro computador, es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlosen información útil.Una computadora es una colección de circuitos integrados y otros componentesrelacionados que puede ejecutar con exactitud, sorprendente rapidez, y de acuerdo a loindicado por un usuario o automáticamente por otro programa, una múltiple variedad desecuencias o rutinas de instrucciones que son ordenadas, organizadas y sistematizadasen función a una amplia gama de aplicaciones prácticas y precisamente determinadas,proceso al cual se le ha denominado con el nombre de programación y al que lo realiza sele llama programador.La computadora u ordenador, además de la rutina o programa informático, necesita dedatos específicos (a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en inglés) quedeben ser suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecución, para 38
  • proporcionar el producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de"output". La información puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada,transferida, o retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s)electrónico(s) local o remotamente usando diferentes sistemas detelecomunicación, pudiendo ser grabada, salvada o almacenada en algún tipo dedispositivo o unidad de almacenamientoLa característica principal que la distingue de otros dispositivos similares, como unacalculadora no programable, es que puede realizar tareas muy diversas cargandodistintos programas en la memoria para que el microprocesador los ejecute.GENERACION DE LAS COMPUTADORASPRIMERA GENERACION (1951-1958) Emplean bulbos `para procesar la información Almacenamiento interno es un tambor que gira rápidamente. UNIVAC I IBM lleva la batuta.SEGUNDA GENERACION (1959-1964) 39
  • Transistor. Memoria utiliza redes de núcleos magnéticos.TERCERA GENERACION (1964-1971). Circuitos integrados (pastillas de cilicio). El descubrimiento en 1958 del primer Circuito Integrado (Chip) por el ingeniero Jack S. Kilby. Flexibilidad de programas, estandarización de modelos. 40
  • CUARTA GENERACION (1971 a 1981). Microprocesador , Chips de memoria, Microminiaturización. Chips de silicio. Memoria con núcleos magnéticos. Circuitos electrónicos. Procesadores Intel.QUINTA GENERACION (1982-1989). Grandes acontecimientos: en microelectrónica y computación SW: Sistemas expertos, Inteligencia artificial, algoritmos genéticos. Proceso Paralelo diseñada por Seymouy Cray.Multiprocesamiento, caché, fibras ópticas, telecomunicaciones. 41
  • SEXTA GENERACIONArquitecturas combinadas Paralelo / Vectorial, con cientos de microprocesadoresvectoriales trabajando al mismo tiempo; se han creado computadoras capaces de realizarmás de un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo(teraflops); las redes de área mundial (Wide Area Network, WAN) seguirán creciendodesorbitadamente utilizando medios de comunicación a través de fibras ópticas ysatélites, con anchos de banda impresionantes. Las tecnologías de esta generación yahan sido desarrolladas o están en ese proceso. Algunas de ellas son: inteligencia /artificial distribuida; teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos,etcétera.FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADORLas instrucciones dentro del computador se representan mediante números. Por ejemplo,el código para copiar puede ser 001. El conjunto de instrucciones que puede realizar uncomputador se conoce como lenguaje de máquina o código máquina. En la práctica, nose escriben las instrucciones para los ordenadores directamente en lenguaje de máquina,sino que se usa un lenguaje de programación de alto nivel que se traduce después allenguaje de la máquina automáticamente, a través de programas especiales de traducción(intérpretes y compiladores).Algunos lenguajes de programación representan de manera muy directa el lenguaje demáquina, como el lenguaje ensamblador (lenguajes de bajo nivel) y, por otra parte, loslenguajes como Java, se basan en principios abstractos muy alejados de los que hace lamáquina en concreto (lenguajes de alto nivel).Por lo tanto, el funcionamiento de un computador es en principio bastante sencillo.El computador trae las instrucciones y los datos de la memoria. Se ejecutan las 42
  • instrucciones, se almacenan los datos y se va a por la siguiente instrucción. Esteprocedimiento se repite continuamente, hasta que se apaga el ordenador.Los programas de ordenador son simplemente largas listas de instrucciones que debeejecutar el computador, a veces con tablas de datos. Muchos programas de computadorcontienen millones de instrucciones que se ejecutan a gran velocidad; un computadorpersonal moderno (en el año 2003) puede ejecutar de 2000 a 3000 millones deinstrucciones por segundo.Las capacidades extraordinarias que tienen los computadores no se deben a su habilidadpara ejecutar instrucciones complejas. Los computadores ejecutan millones deinstrucciones simples diseñadas por programadores. Hay programadores que desarrollangrupos de instrucciones para hacer tareas comunes (por ejemplo, dibujar un punto en lapantalla) y luego ponen dichos grupos de instrucciones a disposición de otrosprogramadores para que estos elaboren funciones o tareas más complejas. 43
  • UNIDAD IIIARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORALa arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacionalfundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripciónfuncional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes deuna computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso(CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando lossiguientes aspectos: Almacenamiento de operandos en la CPU: donde se ubican los operandos aparte de la memoria. Número de operandos explícitos por instrucción: cuantos operandos se expresan en forma explicita en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3. Posición del operando: Puede cualquier operando estar en memoria o deben estar algunos o todos en los registros internos de la CPU. Como se especifica la dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles) Operaciones: Que operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones. Tipo y tamaño de operandos y como se especifican.ELEMENTOS BASICOSLa arquitectura concebida y publicada a principios de los años 1940 por Jhon vonNeumann pero que fue creada por John Presper Eckert y John William Mauchly, describeuna computadora en 4 secciones principales: la Unidad Lógica y Aritmética (ALU por sussiglas del inglés: Arithmetic Logic Unit), la Unidad de Control, la Memoria, y losDispositivos de Entrada y Salida (E/S). Estas partes están interconectadas por unconjunto de cables denominados Buses: 44
  • El procesador (también llamado Unidad central de procesamiento o CPU)consta de:La unidad lógica y aritmética o ALU es el dispositivo diseñado y construido parallevar a cabo las operaciones elementales como las operaciones aritméticas (suma,resta), operaciones lógicas (Y, O, NO), y operaciones de comparación orelacionales. En esta unidad es en donde se hace todo el trabajo computacional.La unidad de control sigue la dirección de las posiciones en memoria quecontienen la instrucción que el computador va a realizar en ese momento; recuperala información poniéndola en la ALU para la operación que debe desarrollar.Transfiere luego el resultado a ubicaciones apropiadas en la memoria. Una vez queocurre lo anterior, la unidad de control va a la siguiente instrucción (normalmentesituada en la siguiente posición, a menos que la instrucción sea una instrucción desalto, informando a la computadora de que la próxima instrucción estará ubicadaen otra posición de la memoria). 45
  • Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de launidad de control; D es un estado de la salida. La memoria es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas, donde cada una es un bit o unidad de información. La instrucción es la información necesaria para realizar lo que se desea con el computador. Las «celdas» contienen datos que se necesitan para llevar a cabo las instrucciones, con el ordenador. El número de celdas varían mucho de computador a computador, y las tecnologías empleadas para la memoria han cambiado bastante; van desde los relés electromecánicos, tubos llenos de mercurio en los que se formaban los pulsos acústicos, matrices de imanes permanentes, transistores individuales a circuitos integrados con millones de celdas en un solo chip. En general, la memoria puede ser reescrita varios millones de veces (memoria RAM); se parece más a una pizarra que a una lápida (memoria ROM) que sólo puede ser escrita una vez. Los dispositivos E/S sirven a la computadora para obtener información del mundo exterior y/o comunicar los resultados generados por el computador al exterior. Hay una gama muy extensa de dispositivos E/S como teclados, monitores, y unidades de disco flexible o cámaras web. 46
  • UNIDAD IVLA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO CPUCPU: La unidad central de procesamiento, CPU (por sus siglas del inglés CentralProcessor Unit), o, simplemente, el procesador. Es el componente en una computadoradigital que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas decomputadora. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadoradigital, la programabilidad, y son uno de los componentes necesarios encontrados en lascomputadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y losdispositivos de entrada/salida.Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desdemediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casitotalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmentea todos los microprocesadores.Las primeras CPU fueron diseñadas a la medida como parte de una computadora másgrande, generalmente una computadora única en su especie. Sin embargo, este costosométodo de diseñar los CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecidoen gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos yestandarizados adaptados para uno o muchos propósitos. Esta tendencia deestandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos,computadoras centrales, y microcomputadoras, y fue acelerada rápidamente con lapopularización del circuito integrado (IC), éste ha permitido que sean diseñados yfabricados CPU más complejos en espacios pequeños (en la orden de milímetros). Tantola miniaturización como la estandarización de los CPU han aumentado la presencia deestos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicacioneslimitadas de máquinas de computación dedicadas. Los microprocesadores modernosaparecen en todo, desde automóviles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hastateléfonos móviles o celulares, juguetes, entre otros. 47
  • CPU DE TRANSITORES Y DE CIRCUITOS INTEGRADOSLa complejidad del diseño de los CPU se incrementó a medida que varias tecnologíasfacilitaron la construcción de dispositivos electrónicos más pequeños y confiables. Laprimera de esas mejoras vino con el advenimiento del transistor. Los CPU transistorizadosdurante los años 1950 y los años 1960 no tuvieron que ser construidos con elementos deconmutación abultados, no fiables, y frágiles, como los tubos de vacío y los reléseléctricos. Con esta mejora, fueron construidos CPUs más complejos y más confiablessobre una o varias tarjetas de circuito impreso.Durante este período, ganó popularidad un método de fabricar muchos transistores en unespacio compacto. El circuito integrado (IC) permitió que una gran cantidad detransistores fueran fabricados en una simple oblea basada en semiconductor o "chip". Alprincipio, solamente circuitos digitales muy básicos, no especializados, como las puertasNOR fueron miniaturizados en ICs.Los CPU basadas en estos IC de "bloques de construcción" generalmente son referidoscomo dispositivos de pequeña escala de integración "small-scale integration" (SSI). Loscircuitos integrados SSI, usualmente contenían transistores que se contaban en númerosde múltiplos de diez. Construir un CPU completo usando ICs SSI requería miles de chipsindividuales, pero todavía consumía mucho menos espacio y energía que diseños anteriores detransistores discretos.A medida que la tecnología microelectrónica avanzó, en los IC fue colocado un númerocreciente de transistores, disminuyendo así la cantidad de ICs individuales necesariospara un CPU completo. Los circuitos integrados MSI y el LSI (de mediana y gran escalade integración) aumentaron el número de transistores a cientos, y luego a miles.En 1964, IBM introducido su arquitectura de computador System/360, que fue usada enuna serie de computadores que podían correr los mismos programas con velocidades ydesempeños diferentes. Esto fue significativo en un tiempo en que la mayoría de lascomputadoras electrónicas eran incompatibles una con la otra, incluso las hechas por elmismo fabricante. Para facilitar esta mejora, IBM utilizó el concepto de microprograma, amenudo llamado "microcódigo", que todavía ve un uso extenso en los CPU modernos . Laarquitectura System/360 era tan popular que dominó el mercado del mainframe por lassiguientes décadas y dejó una herencia que todavía es continuada por computadores 48
  • modernos similares como el IBM zSeries. En el mismo año de 1964, Digital EquipmentCorporation (DEC) introdujo otro computador influyente dirigido a los mercados científicosy de investigación, el PDP-8. DEC introduciría más adelante la extremadamente popularlínea del PDP-11, que originalmente fue construido con ICs SSI pero eventualmente fueimplementado con componentes LSI cuando llegaron a ser prácticos. En fuerte contrastecon sus precursores hechos con tecnología SSI y MSI, la primera implementación LSI delPDP-11 contuvo un CPU integrado por solamente cuatro circuitos integrados LSI .Los computadores basados en transistores tenían varias ventajas distintas sobre suspredecesores. Aparte de facilitar una creciente confiabilidad y un más bajo consumo deenergía, los transistores también permitían al CPU operar a velocidades mucho más altasdebido al corto tiempo de conmutación de un transistor en comparación a un tubo o relé.Gracias tanto a la creciente confiabilidad como a la dramáticamente incrementadavelocidad de los elementos de conmutación que por este tiempo eran casi exclusivamentetransistores, fueron obtenidas frecuencias de reloj del CPU de decenas de megahertz.Además, mientras que los CPU de transistores discretos y circuitos integrados estaban enfuerte uso, comenzaron a aparecer los nuevos diseños de alto rendimiento comoprocesadores vectoriales SIMD (Single Instruction Multiple Data) (Simple InstrucciónMúltiples Datos). Estos tempranos diseños experimentales dieron lugar más adelante a laera de los supercomputadoras especializados, como los hechos por Cray Inc.TRANSISTOREl transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones deamplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es lacontracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente selos encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios,televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas,lavarropas automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo,computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X,tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadasartificialmente que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, elcolector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dosprimeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el 49
  • transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corrienteamplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elementoactivo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos.Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada dela que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula através de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" paraque circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor deamplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Betadel transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo detransistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de ColectorBase, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas dondese grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión ColectorEmisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemasbásicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común ybase común.Distintos encapsulados de transistores.MICROPROCESADORESDesde la introducción del primer microprocesador, el Intel 4004, en 1970, y del primermicroprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974. Esta clase de CPUs hadesplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de la UnidadCentral de Proceso. Los fabricantes de mainframes y minicomputadores de ese tiempolanzaron programas de desarrollo de ICs propietarios para actualizar sus más viejasarquitecturas de computador, y eventualmente produjeron microprocesadores conconjuntos de instrucciones que eran compatibles hacia atrás con sus más viejos 50
  • hardwares y softwares. Combinado con el advenimiento y el eventual vasto éxito delahora ubicuo computadora personal, el término "CPU" es aplicado ahora casi exclusivamente a losmicroprocesadores.Microprocesador Intel 80486DX2 en un paquete PGA de cerámica.Los microprocesadores son CPUs fabricados con un número muy pequeño de ICs;usualmente solo uno. El tamaño más pequeño del CPU, como resultado de estarimplementado en una simple pastilla, significa tiempos de conmutación más rápidosdebido a factores físicos como el decrecimiento de la capacitancia (La capacidad ocapacitancia es una propiedad de los capacitores de retener la energía electrostática )parásita de las puertas (Una puerta lógica, o compuerta lógica, consiste en una red dedispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operadorparticular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip).La velocidad de un micro se mide en megahercios (MHz), hoy en día, todos los microsmodernos tienen 2 velocidades:Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro internamente (200, 333, 450...MHz).Velocidad externa o de bus: la velocidad con la que se comunican el micro y la placabase. Típicamente, 33, 60, 66, 100 ó 133 MHz. La cifra por la que se multiplica lavelocidad externa o de la placa para dar la interna o del micro es el multiplicador; porejemplo, un Pentium III a 450 MHz utiliza una velocidad de bus de 100 MHz y unmultiplicador 4,5x. 51
  • CIRCUITO INTEGRADOUn circuito integrado (CI) o chip, es una pastilla muy delgada en la que se encuentrauna enorme cantidad (del orden de miles o millones) de dispositivos microelectrónicosinterconectados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivoscomo resistencias o condensadores. Su área es de tamaño reducido, del orden de un cm²o inferior. Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores,que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos,pasando por los teléfonos móviles. Otra familia importante de circuitos integrados laconstituyen las memorias digitales.Entre los circuitos integrados más avanzados se encuentran los microprocesadores, quecontrolan todo desde computadoras hasta teléfonos móviles y hornos microondas. Loschips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son deimportancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo dediseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparteentre millones de unidades de producción el costo individual de los CIs por lo general sereduce al mínimo.Con el transcurso de los años, los CIs están constantemente migrando a tamaños más pequeñoscon mejores características, permitiendo que mayor cantidad de circuitos sean empaquetadosen cada chip. Al mismo tiempo que el tamaño se comprime, prácticamente todo se mejora (elcosto y el consumo de energía disminuyen y la velocidad aumenta). Aunque estasganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre losfabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y el esperadoproceso en los próximos años, está muy bien descrito por la International TechnologyRoadmap for Semiconductors. 52
  • Detalle de un circuito integrado.OPERACIÓN DEL CPULa operación fundamental de la mayoría de los CPU, sin importar la forma física quetomen, es ejecutar una secuencia de instrucciones almacenadas llamadas "programa".El programa es representado por una serie de números que se mantienen en una ciertaclase de memoria de computador. Hay cuatro pasos que casi todos los CPU usan en suoperación: fetch, decode, execute, y writeback, (leer, decodificar, ejecutar, yescribir).LEER: el primer paso, leer (fetch), implica el recuperar una instrucción, (que es representada porun número o una secuencia de números), de la memoria de programa. La localización enla memoria del programa es determinada por un contador de programa (PC), que almacena un númeroque identifica la posición actual en el programa. En otras palabras, el contador de programa indicaal CPU, el lugar de la instrucción en el programa actual. Después de que se lee unainstrucción, el PC es incrementado por la longitud de la palabra de instrucción en términosde unidades de memoria . Frecuentemente la instrucción a ser leída debe ser recuperadade memoria relativamente lenta, haciendo detener al CPU mientras espera que lainstrucción sea retornada.DECODIFICAR: La instrucción que el CPU lee desde la memoria es usada paradeterminar qué deberá hacer el CPU. En el paso de decodificación, la instrucción es dividida enpartes que tienen significado para otras porciones del CPU. La manera en que el valor dela instrucción numérica es interpretado está definida por la arquitectura del conjunto deinstrucciones (el ISA) del CPU . A menudo, un grupo de números en la instrucción, llamadoopcode, indica qué operación realizar. Las partes restantes del número usualmenteproporcionan información requerida para esa instrucción, como por ejemplo, operandos 53
  • para una operación de adición. Tales operandos se pueden dar como un valor constante(llamado valor inmediato), o como un lugar para localizar un valor, que según lodeterminado por algún modo de dirección, puede ser un registro o una dirección dememoria.En diseños más viejos las porciones del CPU responsables de decodificar la instruccióneran dispositivos de hardware fijos. Sin embargo, en CPUs e ISAs más abstractos ycomplicados, es frecuentemente usado un microprograma para asistir en traducir instruccionesen varias señales de configuración para el CPU. Este microprograma es a vecesreescribible de tal manera que puede ser modificado para cambiar la manera en que elCPU decodifica instrucciones incluso después de que haya sido fabricado.[Un conjunto de instrucciones o repertorio de instrucciones ó ISA (del inglés Instruction Set Architecture,Arquitectura del Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que una CPU de unordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular deuna CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador, incluyendo los tiposde datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.][En informática, un opcode (Operation Code) o Código de Operación, es la porción de una instrucción de lenguaje demáquina que especifica la operación a ser realizada. Su especificación y formato serán determinados por la arquitecturadel conjunto de instrucciones (ISA) del componente de hardware de computador - normalmente un CPU, peroposiblemente una unidad más especializada. Una instrucción completa de lenguaje de máquina contiene un opcode y,opcionalmente, la especificación de unos o más operandos - sobre los que la operación debe actuar. Algunasoperaciones tienen operandos implícitos, o de hecho ninguno. Algunas ISAs tiene instrucciones con campos definidospara los opcodes y operandos, mientras que otras (ej. la arquitectura Intel x86) tienen una estructura más complicada yde propósito específico].[Registro: hardware, En arquitectura de ordenadores, un registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad,integrada en el microprocesador, que permite guardar y acceder a valores muy usados, generalmente en operacionesmatemáticas. Los registros están en la cumbre de la jerarquía de memoria, y son la manera más rápida que tiene elsistema de almacenar datos. Los registros se miden generalmente por el número de bits que almacenan; por ejemplo,un "registro de 8 bits" o un "registro de 32 bits].[Microcódigo: Un microcódigo o microprograma es un tipo particular de firmware utilizado en algunosmicroprocesadores de propósito general. Firmware o Programación en Firme, es un bloque de instrucciones deprograma para propósitos específicos, grabado en una memoria tipo ROM, que establece la lógica de más bajo nivelque controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en la electrónica deldispositivo es en parte hardware, pero también es software, ya que proporciona lógica y se dispone en algún tipo delenguaje de programación. Funcionalmente, el firmware es el intermediario (interfaz) entre las órdenes externas querecibe el dispositivo y su electrónica, ya que es el encargado de controlar a ésta última para ejecutar correctamente dichasórdenes externas.]EJECUTAR: después de los pasos de lectura y decodificación, es llevado a cabo el pasode la ejecución de la instrucción. Durante este paso, varias porciones del CPU sonconectadas de tal manera que ellas pueden realizar la operación deseada. Si, porejemplo, una operación de adición fue solicitada, una unidad aritmético lógica (ALU) seráconectada a un conjunto de entradas y un conjunto de salidas. Las entradas proporcionanlos números a ser sumados, y las salidas contendrán la suma final. El ALU contiene la 54
  • circuitería para realizar operaciones simples de aritmética y lógica en las entradas, comoadición y operaciones de bits.ESCRIBIR: el paso final, la escritura (writeback), simplemente "escribe" los resultadosdel paso de ejecución a una cierta forma de memoria. Muy a menudo, los resultados sonescritos a algún registro interno del CPU para acceso rápido por subsecuentesinstrucciones. En otros casos los resultados pueden ser escritos a una memoria principalmás lenta pero más barata y más grande. Algunos tipos de instrucciones manipulan elcontador de programa en lugar de directamente producir datos de resultado.Después de la ejecución de la instrucción y la escritura de los datos resultantes, elproceso entero se repite con el siguiente ciclo de instrucción, normalmente leyendo lasiguiente instrucción en secuencia debido al valor incrementado en el contador de programa. Si lainstrucción completada era un salto, el contador de programa será modificado paracontener la dirección de la instrucción a la cual se saltó, y la ejecución del programacontinúa normalmente. En CPUs más complejos, múltiples instrucciones pueden serleídas, decodificadas, y ejecutadas simultáneamente. 55
  • (Central Processor Unit) o Aplicado usualmente a microprocesadores. o Interpreta instrucciones y Procesa Datos. o Controla y Coordina todas las operaciones del sistema. o “Verdadero cerebro de la computadora” o “Director de la orquesta”COMPONENTES DE LA CPULa Unidad Central de Procesamiento CPU, consta de la Unidad Lógica y Aritmética, y dela Unidad de Control.UNIDAD ARITMETICO LOGICAEs un circuito digital que calcula operaciones aritméticas y operaciones lógicas, entre dosnúmeros. La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientes operaciones: Operaciones aritméticas de números enteros (, y a veces multiplicación y división, aunque esto es más costoso). Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR,XOR). Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un número específico de bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin extención de signo). Los desplazamientos pueden ser interpretados como multiplicaciones o divisiones por 2. 56
  • Realiza operaciones elementales: De tipo aritmético o Sumas o restas De tipo lógico o Comparaciones Elementos: o Banco de registros. o Circuitos operadores. o Registro de resultado. o Señalizador de estadoUn ingeniero puede diseñar una ALU para calcular cualquier operación, sin importar locompleja que sea; el problema es que cuanto más compleja sea la operación, tanto máscostosa será la ALU, más espacio usará en el procesador, y más energía disipará.Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operaciónaritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúsculaque se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activarel pitido del temporizador. De hecho, un microprocesador moderno (y los mainframes) 57
  • pueden tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cadauna de ellas con múltiples ALU.Muchos otros circuitos pueden contener en el interior ALU: GPU (Unidad de procesamiento degráficos, es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo delprocesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras granparte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como lainteligencia artificial o los cálculos mecánicos en el caso de los videojuegos).como los que están en lastarjetas gráficas NVidia y ATI, FPU como el viejo coprocesador numérico 80387, yprocesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonidoSound Blaster, lectoras de CD y las TV de alta definición. Todos éstos tienen adentrovarias ALU poderosas y complejas.Una ALU debe procesar números usando el mismo formato que el resto del circuito digital.Para los procesadores modernos, este formato casi siempre es la representación denúmero binario de complemento a dos. Las primeras computadoras usaron una ampliavariedad de sistemas de numeración, incluyendo complemento a uno, formato signo-magnitud, e incluso verdaderos sistemas decimales, con diez tubos por dígito.Las ALUs para cada uno de estos sistemas numéricos tenían diferentes diseños, y estoinfluenció la preferencia actual por el complemento a dos, debido a que ésta es larepresentación que hace más fácil, para el circuito electrónico de la ALU, calcularadiciones y sustracciones, etc.COMPONENTES DE LA UNIDAD ARITMETICO LOGICALa ALU se compone básicamente de: Circuito Operacional, Registros de Entradas, Registro Acumulador y unRegistro de Estados, conjunto de registros que hacen posible la realización de cada una de lasoperaciones.Circuito Operacional: contiene los circuitos electrónicos necesarios para la realización de lasoperaciones con los datos procedentes de los Registros de Entradas, en los cuales sealmacenan los operandos y a través de un selector de operaciones comandadas por lasmicroordenes procendentes del secuenciador de la Unidad de Control, la misma queconcretará la operación correspondiente en ejecución. 58
  • Compuesto de uno o varios circuitos electrónicos que realizan operaciones elementales aritméticas y lógicas (sumador, complementador, desplazador, etc)Registro de Estados: Se trata de unos registros de memoria en los que se deja constanciaalgunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que habrán de ser tenidas en cuentaen operaciones posteriores. Por ejemplo, en el caso de hacer una resta, tiene que quedarconstancia si el resultado fue cero, positivo o negativo. Cada modelo de procesador tiene suspropios registros de estados pero los más comunes son: Z = Zero . el resultado es cero. N = Negative . el resultado es negativo. V = Overflow . el resultado supera el número de bits que puede manejar la alu. P = Parity . paridad del número de 1 en los datos. I = Interrupt . C = Carry . acarreo de la operación realizada. 59
  • Registro Acumulador: almacena los resultados de las operaciones ejecutadas por el CircuitoOperacional, también se encuentra conectado con los Registros de Entradas como unarealimentación para realizar las operaciones encadenadas, por supuesto que seencuentra conectado con el bus de datos del sistema con el propósito de enviar losresultados a la Memoria principal o (RAM) o a algún periférico.La mayoría de las acciones de la computadora son realizadas por la ALU. La ALU tomadatos de los registros del procesador (memoria de alta velocidad y poca capacidad,integrada en el microprocesador). Estos datos son procesados y los resultados de estaoperación se almacenan en los registros de salida de la ALU. Otros mecanismos muevendatos entre estos registros y la memoria .Una unidad de control controla a la ALU, al ajustar los circuitos que le dicen a la ALU quéoperaciones realizar.Las entradas a la ALU son los datos con los que se harán las operaciones (llamadosoperandos) y un código desde la unidad de control indicando qué operación realizar. Su salida es el resultadodel cómputo de la operación. 60
  • En muchos diseños la ALU también toma o genera como entradas o salidas un conjuntode códigos de condición desde o hacia un registro de estado. Estos códigos son usados paraindicar casos como acarreo entrante o saliente, overflow, división por cero.UNIDAD DE CONTROLLa Unidad de control es el "cerebro del microprocesador". Es la encargada de activar odesactivar los diversos componentes del microprocesador en función de la instrucción queel microprocesador esté ejecutando y en función también de la etapa de dicha instrucciónque se esté ejecutando.La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en lamemoria principal y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas.COMPONENTES DE LA UNIDAD DE CONTROLLa unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controlay gobiernan todas las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de lainstrucción). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos: Registro de contador de programas (CP) Registro de Instrucciones (RI) 61
  • Decodificador (D) Reloj (R) Generador de Señales o Secuenciador (S)Registro de contador de programas (CP).También denominado registro de control deSecuencia (RCS), contiene permanentemente la dirección de memoria de la próximainstrucción a ejecutar. Si la instrucción que se está ejecutando en un instante determinadoes de salto o de ruptura de secuencia, el RCS tomará la dirección de la instrucción que setenga que ejecutar a continuación; esta dirección la extraerá de la propia instrucción encurso.Como ya se dijo el primer paso para la ejecución de una instrucción, consiste en ir abuscarla en memoria, el CP indica cual es la dirección de memoria donde se halla esainstrucción. Una vez obtenida y antes de continuar con los siguientes pasos una señal decontrol incrementa el CP en una unidad, por lo cual los programas deben estar escritos(cargados) en posiciones consecutivas de memoria. El CP pasa la dirección al Registrode DireccionesRegistro de Direcciones (RD). Contiene la dirección de memoria donde se encuentra lapróxima instrucción y esta comunicado con el Bus de Direcciones. El tamaño de esteregistro determina el tamaño de la memoria que puede direccionar.( Si es de 32 bits sepuede direccionar 232 =4.294.967296 (4 GB posiciones de memoria). Con la dirección dememoria, se transfiere a través el Bus de Datos desde la memoria central al Registro deDatos en la UC la instrucción correspondiente. Esta transferencia se realiza medianteseñales de control. Una vez que la instrucción se encuentra en la UCP, el código de lainstrucción pasa al registro de instrucciones.Registro de Instrucciones (RI).Contiene la instrucción que se está ejecutando en cadamomento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (CO), acción de que setrata, y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos. Pasa elCO al decodificador.Decodificador (D). Se encarga de extraer y analizar el código de operación de lainstrucción en curso (que está en el RI) y dar las señales necesarias al resto de loselementos para su ejecución por medio del Generador de Señales. 62
  • Generador de Señales(GS). En este dispositivo se generan órdenes muy elementales(microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos del reloj, hacen que se vayaejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI.Reloj (R). Proporcionar una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes(frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintospasos de que consta cada instrucción.CAMINO DE DATOS DEL PROCESADOREl órgano aritmético de von Neumann, hoy en día, se denomina Camino de datos (datapath). Desde la perspectiva del programador, el camino de datos contiene la mayorparte del estado del procesador ( la información que se debe guardar cuando se suspendela ejecución de un programa y después restaurar para que continúe ejecutándose). Enresumen los pasos que se siguen para ejecutar una instrucción son: Lee de la memoria la instrucción que hay que ejecutar y la guarda en un registro de instrucciones de la UCP. Identifica la instrucción que acaba de leer Comprueba si la instrucción necesita utilizar nuevos datos de memoria, si fuera así, determina donde debe ir a buscarlos. Busca los datos en la memoria y los trae en UCP. Ejecuta la instrucción propiamente dicha. El resultado de la misma puede ser que se almacene o invoque la necesidad de tener que comunicarse con la memoria o con otro elemento externo a la propia UCP. Vuelve al primer paso para empezar una nueva instrucción. 63
  • UNIDAD VTIPOS DE MICROPROCESADORESTIPOS GENERICOSCISCEs una abreviación de "Complex Instrution set computer". Se refiere a losmicroprocesadores tradicionales que operan con grupos grandes de instrucciones deprocesador (lenguaje de maquina). Los microprocesadores INTEL 80xxx estan dentro deesta categoria (incluido el PENTIUM). Los procesadores CISC tienen un Set deinstrucciones complejas por naturaleza que requieren varios a muchos ciclos paracompletarse.RISCEs una abreviación de "Reduced Instruction Set Code", a diferencia de los CISC, losprocesadores RISC tienen un grupo de o Set de instrucciones simples requiriendo uno opocos ciclos de ejecución. Estas instrucciones pueden ser utilizadas más eficientementeque la de los procesadores CISC con el diseño de software apropiado, resultando enoperaciones más rápidas.MICROPROCESADORE MODERNOSBásicamente existen dos fabricantes de microprocesadores para el ordenador. Por unlado está Intel, y su gama Pentium, y por otro, los AMD y sus Athlon. También existenotros fabricantes como IBM con los PowerPC y otros mucho menos conocidos.La velocidad de la CPU es lo que determina el rendimiento del chip y se mide enmegahertzios (MHz) o gigahertzios (GHz), y que 1 GHz = 1.000 MHz. También es muyimportante el núcleo, algo así como el nombre interno del procesador. Por ejemplo,actualmente, el Pentium4 acumula alrededor de 5 nombres internos, que son Willamete,Northwood, Prescott, Cedar Mill y Preslet. Se diferencian, por ejemplo, en tamaño de lostransistores (a menor tamaño, menos calor y más velocidad), tamaño de la memoriacaché interna o si son de uno solo o doble core (doble core son "dos micros" en el mismo 64
  • espacio físico, con lo cual su rendimiento es mucho mayor que uno solo). Con AMDocurre lo mismo, en el Athlon64 nos encontramos actualmente nombres como Palermo,Venice, Manchester, San Diego, Toledo, Orleans, Windsor.MICROPROCESADORE INTELTienen dos posibles sockets: 478 y 775. Actualmente existen e el mercado, dentro delnuevo socket 775, los siguientes modelos:Intel Celeron DTienen muy poca memoria caché. Además, son sólo de 32 bits. Actualmente de 2533 a3333 GHz. Hay de dos tipos, núcleo Prescott con 256 Kb de caché y núcleo Cedar Mill,con 512 Kb. Los segundos son mejores.Intel Pentium 4Actualmente todos poseen extensiones EMT 64, por lo que son micros de 64 bits. Esimportante considerar que ya no indican el nº de GHz, sino un modelo. Por tanto, es muyimportante averiguar la velocidad real del micro. Está compuesto por 42 millones detransistores, un 66 por ciento mayor que el Pentium III. El Pentium 4 utiliza un bus de 400Mhz. Realmente es un bus de 100 Mhz, pero que con un sistema de funcionamientoparecido al del bus AGP 4x permite multiplicar la cantidad de datos que se envían por el,por 4, que permite un ancho de banda de comunicación con la placa base de 3.2 Gbits/s.Existen dos cores: 65
  • o Prescott: de 531 / 30 GHz hasta 541 / 32 GHz, con 1024 kB de caché o Cedar Mill: de 631 / 30 GHz hasta 661 / 36 GHz, con 2048 kB de caché. Es evidente que los segundos son mejores, los que empiezan por "600".Intel Pentium DSimilares a los anteriores pero de doble core. Es decir, que es como si estuvierascomprando dos micros y los colocaras en el mismo espacio, duplicando (idealmente) elrendimiento. Sólo se aprovechan al 100% si el software está optimizado, pero son muyrecomendables dada la facilidad con que permiten trabajar con varios programas a la vez.También son micros de 64 bits. Existen dos cores: o Smithfield: 805 y 2666 GHz. Sólo 1024 Kb de caché por core. Muy malos, dado que tienen sólo 533 MHz de bus. o Presler, de 915 / 28 GHz hasta 960 / 36 GHz. 2048 kB de caché por core y 800 MHz de bus. 66
  • Intel Core 2 DuoCon los procesadores Intel Core 2 Duo equipando sus portátiles y equipos de sobremesaobtendrá al último arsenal de tecnologías ricas en rendimiento, incluyendo hasta 4 MB decaché L2 compartida y un bus del sistema de hasta 1.066 MHz para equipos desobremesa y de hasta 667 MHz para portátiles.También de doble core y 64 bits, pero emplean una arquitectura nueva (arquitecturacore), que es la base para los futuros micros de 4 y 8 cores en adelante. Aunque van auna velocidad de GHz menor, su rendimiento es muchísimo más alto que los anteriores,por lo que son mucho más rápidos que los Pentium D. Existen dos cores: 67
  • o Allendale, E6300 / 1866 GHz y E6400 / 2133 GHZ, con 1024 kB de caché por core y 1066 MHz de bus. o Conroe: E6600 / 24 GHz y E6700 / 26 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz. o Conroe XE: X6800EE / 293 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066 MHz. La versión más extrema de Intel. Actualmente el micro más rápido de Intel para ordenadores de sobremesa (no servidores ni portátiles).ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS DESOBREMESANúmero de modelo Caché Velocidad de Bus del Tecnología de virtualización Intel reloj sistema (Intel VT)±Arquitectura 65 nm L2 a 4X6800 (Extreme) 2,93 GHz 1.066 MHz Sí MB L2 a 4 E6700 2,66 GHz 1.066 MHz Sí MB 68
  • L2 a 4 E6600 2,40 GHz 1.066 MHz Sí MB L2 a 2 E6400 2,13 GHz 1.066 MHz Sí MB L2 a 2 E6300 1,86 GHz 1.066 MHz Sí MB ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS PORTATILES Número de Caché Velocidad de Bus del Tecnología de modelo reloj sistema virtualización Intel (Intel VT)± Arquitectura 65 nm L2 a 4 T7600 2,33 GHz 667 MHz Sí MB L2 a 4 T7400 2,16 GHz 667 MHz Sí MB L2 a 4 T7200 2 GHz 667 MHz Sí MB L2 a 2 T5600 1,83 GHz 667 MHz Sí MB L2 a 2 T5500 1,66 GHz 667 MHz MBMICROPROCESADORES AMDAl igual que ocurre con Intel, AMD también fabrica diferentes gamas de icroprocesadores:los Sempron.Con la tecnología AMD64, el procesador AMD Athlon 64 es totalmente compatible con elsoftware actual y permite realizar una transición sin obstáculos hacia las nuevasaplicaciones de 64 bits. Asimismo, es posible ejecutar las aplicaciones de 32 y 64 bits demanera simultánea y transparente, en la misma plataforma. La tecnología AMD64 permitedisfrutar de una nueva experiencia informática y de unas nuevas prestaciones, además de 69
  • un mayor rendimiento. La tecnología AMD64 permite beneficiarse al usuario final de lasúltimas innovaciones, como son por ejemplo, la codificación en tiempo real, juegos másrealistas, interfaces de voz más precisas, efectos gráficos con calidad cinematográfica yuna sencilla edición de vídeo y audio.Algo importante en AMD es su denominación de velocidad teórica, marcada con unXXXX+ que no representa su velocidad en GHz. Por ejemplo, un Athlon64 3200+ con512 kB de caché, va realmente a 2 GHz. Eso no implica que sean lentos, todo locontrario, se supone que ese 2 GHz equivale a un Pentium4 a 3,2 GHz (de ahí el 3200+).Equivale realmente a un Pentium 4 28 ó 3 GHz. Por ello el valor acabado en el sigmo +sirve para comparar los Athlon entre sí, pero no demasiado válido para compararlos conlos Pentium 4.Hoy día existen hasta cuatro sockets de AMD. Los dos más antiguos, el socket A/462 yel socket 754, y los más actuales los socket 939 y el nuevo socket AM2. La diferenciaestá en que el primero emplea memoria ram DDR y el segundo DDR2, como la de losPentium4. Recuerda que los Sempron64, Athlon64 y Athlon 64 X2, como dice el nombre,son todos de 64 bits. 70
  • AMD Athlon 64 es el primer procesador para PC de 64 bits, compatible con Windows.Entre las avanzadas tecnologías del procesador AMD Athlon 64, se incluyen: • La tecnología AMD64, que dobla el número de registros del procesador y aumenta drásticamente la accesibilidad a la memoria del sistema • Un mejor soporte para las instrucciones multimedia, incluyendo la tecnología 3Dnow! Professional y SSE2 • Un bus de sistema de hasta 2000 MHz, empleando la tecnología HyperTransport, con un ancho de banda total del procesador al sistema, de hasta 144 Gbps. • Un controlador de memoria integrado, con un ancho de banda máximo de memoria, de hasta 64 Gbps, con soporte para PC3200, PC2700, PC2100 ó PC1600 DDR SDRAM • Ejecución nativa del software de 32 bits, lo que permite proporcionar un excelente rendimiento con el software para PC de la actualidad, al mismo tiempo que realizar una migración sencilla hacia el software de 64 bits. 71
  • La combinación de estas prestaciones e innovaciones, ofrece a los clientes el rendimientoque necesitan, además de una extraordinaria flexibilidad. Los clientes podrán disfrutar deun destacado rendimiento al ejecutar las aplicaciones actuales y prepararse para la nuevageneración de software, sin necesidad de actualizar ni cambiar su hardware. Para lasempresas clientes, esto amplía la vida útil de su sistema, simplifica la transición hacia lanueva tecnología y reduce el coste total de propiedad.TIPOS DE MICROPROCESADORES AMDAthlon Sempron 64Con socket AM2, con sólo 128 y 256 kB de caché y velocidades de 2800+ hasta 3600+.Athlon 64 con Socket 939aquí tenemos hasta 4 cores: o Venice y Manchester. Dentro de los Venice existen desde 3000+ hasta 3800+. Los Manchester son el modelo doble core pero con uno de ellos desactivado. Al igual que los Venice, tienen 512 kB de caché. o Existen otras dos variantes con núcleos San Diego y Toledo, ambos 3700+ y con 1024 kB de caché. Son los mejores Athlon 64 de socket 939 con diferencia, pues tienen más memoria caché, por lo que son los mejores athlon 64 939. Athlon 64 con Socket AM2. En este caso tenemos sólo un núcleo, Orleans, con velocidades entre 3200+ y 3800+, con 512 kB de caché. No existen diferencias importantes frente al Venice del Socket 939, salvo la intrínseca al socket (como ya hemos comentado, memoria RAM DDR para el 939, DDR2 para el AM2). Athlon 64 X2 con Socket 939. Al igual que en los Intel, también tenemos esta opción con doble core de AMD, es decir, dos micros en en el mismo espacio. Tenemos dos núcleos: 72
  • o Manchester, con velocidades de 3800+ hasta 4600+. Con 512 kB de caché por core. o Toledo, con velocidades de 4400+ hasta 4800+. Con 1024 kB. Son los mejores doble core para socket 939. Athlon 64 X2 con Socket AM2. Tenemos un núcleo, Windsor, con velocidades desde 3600+ hasta 5200+, Ojo que tienen cachés de distintas velocidades, entre 256 y 1025 kB. Por ejemplo, el 4200+ a 2,2 GHz y 512 kB, el 4400+ a 2,4 GHz y 1024 kB. Ambos van a la misma velocidad real y, sólo por el aumento de caché, la velocidad "teórica" es mayor. Lo mismo pasa con los dos modelos más exclusivos, el 5000+ a 2,6 GHz con 512 kB y el 5200+ a 2,6 GHz con 1024 kB. Athlon 64 FX-62 con Socket AM2. Doble core, 28 GHz de velocidad y 1024 kB de caché por core. Una de sus ventajas es que tiene desbloqueado el multiplicador y es muy apto para técnicas de overclocking (forzar el micro a que funcione más rápido de su velocidad teórica). Por ello, es recomendable sólo a usuarios expertos.TIPOS DE SOCKETS Socket, con mecanismo ZIF (Zero Insertion Force). En ellas el procesador se inserta y se retire sin necesidad de ejercer alguna presión sobre él. Al levantar la palanquita que hay al lado se libera el microprocesador, siendo extremadamente sencilla su extracción. Estos zócalos aseguran la actualización del microprocesador. Antiguamente existía la variedad LIF (Low Insertion Force), que carecía de dicha palanca. Slot A / Slot 1 /Slot 2. Existieron durante una generación importante de PCs (entre 1997 y 2000 aproximadamente) reemplazando a los sockets. Es donde se conectan respectivamente los primeros procesadores Athlon de AMD / los procesadores Pentium II y primeros Pentium III y los procesadores Xeon de Intel dedicados a servidores de red. Todos ellos son cada vez más obsoletos. El modo de insertarlos es 73
  • a similar a una tarjeta gráfica o de sonido, ayudándonos de dos guías de plástico insertadas en la placa base. En las placas base más antiguas el micro iba soldado, de forma que no podía actualizarse. Hoy día esto no se ve en lo referente a los microprocesadores de PC.SOCKETS DE OTAVA GENERACIONSOCKET 775 Nombre: Socket 775 o T Pines: 775 bolas FC-LGA Voltajes: VID VRM (0.8 - 1.55 V) Bus: 133x4, 200x4, 266x4 MHz Multiplicadores: 13.0x - 22.0x Micros soportados: Celeron D (Prescott, 326/2533 a 355/3333 GHz, FSB533) Celeron D (Cedar Mill, 352/32 a 356/3333 GHZ, FSB533) Pentium 4 (Smithfield, 805/2666 GHZ, FSB 533) Pentium 4 (Prescott, 505/2,666 a 571/3,8 GHZ, FSB 533/800) Pentium 4 (Prescott 2M, 630/30 a 672/3,8 GHZ, FSB 533/800) Pentium 4 (Cedar Mill, 631/30 a 661/36 GHz, FSB 800) Pentium D (Presler, 915/28 a 960/36 GHZ, FSB 800) Intel Pentium Extreme (Smithfield, 840, 32 GHz) Pentium 4 Extreme (Gallatin, 34 - 346 GHz) Pentium 4 Extreme (Prescott, 3.73 GHz) 74
  • Intel Pentium Extreme (Presler, 965/3073 GHz) Core 2 Duo (Allendale, E6300/1866 a E6400/2133 GHz, FSB 1066) Core 2 Duro (Conroe, E6600/24 a E6700/2666 GHz, FSB 1066) Core 2 Extreme (Conroe XE, X6800EE/2933 GHZ) Core 2 ??? (Millville, Yorkfield, Bloomfield) Core 2 Duo ??? (Wolfdale, Ridgefield) Core 2 Extreme ??? (Kentsfield, cuatro cores) Notas: los núcleos Presler, Allendale y Conroe son dobles (doble core).SOCKET 939 Nombre: Socket 939 Pines: 939 ZIF Voltajes: VID VRM (1.3 - 1.5 V) Bus: 200x5 MHz Multiplicadores: 9.0x - 15.0x Micros soportados: Athlon 64 (Victoria, 2GHz+) Athlon 64 (Venice, 3000+ a 3800+) Athlon 64 (Newcastle, 2800+ a 3800+) Athlon 64 (Sledgehammer, 4000+, FX-53 y FX-55) Athlon 64 (San Diego, 3700+. FX-55 y FX-57) Athlon 64 (San Diego) 75
  • Athlon 64 (Winchester 3000+ a ???) Athlon 64 X2 (Manchester, 3800+ a 4600+) Athlon 64 X2 (Toledo, 4400+ a 5000+ y FX-60) Athlon 64 X2 (Kimono) Opteron (Venus, 144-154) Opteron (Denmark, 165-185) Sempron (Palermo, 3000+ a 3500+) Notas: los núcleos X2 Manchester, Toledo y Denmark son dobles (doble core).SOCKET AM2 Nombre: Socket AM2 Pines: 940 ZIF Voltajes: VID VRM (1.2 - 1.4 V) Bus: 200x5 MHz Multiplicadores: 8.0x - 14.0x Micros soportados: Athlon 64 (Orleans, 3200+ a 3800+) Athlon 64 ??? (Spica) Athlon 64 X2 (Windsor, 3600+ a 5200+, FX-62) Athlon 64 X2 ??? (Brisbane) Athlon 64 X2 ??? (Arcturus) Athlon 64 X2 ??? (Antares) Athlon 64 Quad ??? (Barcelona) 76
  • Athlon 64 Quad ??? (Budapest)Athlon 64 Quad ??? (Altair)Opteron (Santa Ana, 1210 a 1216)Sempron64 (Manila, 2800+ a 3600+)Athlon 64 ??? (Sparta)Notas:- Los núcleos Windsor y Santa Ana son dobles (doble core).- Los Windsor traen entre 256 y 1024 Kb de caché, comparar modelos 77
  • UNIDAD VIUNIDAD DE MEMORIA – MEMORIA CENTRALPROPOSITOS Y CONSIDERACIONES GENERALESLas memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de lacomputación moderna, la retención de información. Es uno de los componentesfundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una UnidadCentral de Proceso, implementa lo fundamental del modelo de computadora de VonNeumann, usado desde los años 1940.En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estadosólido conocido como Memoria RAM (memoria de acceso aleatorio, RAM por sus siglasen inglés Random Access Memory) y otras veces se refiere a otras formas dealmacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, se refiere a formas dealmacenamiento masivo como Discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético comodiscos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero denaturaleza más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porqueson fundamentales para la arquitectura de computadores en general.Si se elimina el almacenamiento, el aparato sería una simple calculadora en lugar de uncomputadora. La habilidad para almacenar las instrucciones que forman un programa decomputadora y la información que manipulan las instrucciones es lo que hace versátiles alas computadoras diseñadas según la arquitectura de programas almacenados.Una computadora digital representa toda la información usando el sistema binario. Texto,números, imágenes, sonido y casi cualquier otra forma de información puede sertransformada en una sucesión de bits, o dígitos binarios, cada uno de los cuales tiene unvalor de 1 ó 0. la unidad de almacenamiento más común es el byte, igual a 8 bits. Unadeterminada información puede ser manipulada por cualquier computadora cuyo espaciode almacenamiento es suficientemente grande como para que quepa el datocorrespondiente o la representación binaria de la información. Por ejemplo, unacomputadora con un espacio de almacenamiento de ocho millones de bits, o unmegabyte, puede ser usado para editar una novela pequeña. 78
  • MEMORIA CENTRALLa memoria primaria está directamente conectada a la unidad central de proceso de lacomputadora. Debe estar presente para que la CPU funcione correctamente. Elalmacenamiento primario consiste en tres tipos de almacenamiento: Los registros del procesador son internos de la unidad central de proceso. Contienen información que las unidades aritmético-lógicas necesitan llevar a la instrucción en ejecución. Técnicamente, son los más rápidos de los almacenamientos de la computadora, siendo transistores de conmutación integrados en el chip de silicio de la CPU que funcionan como "flip-flop" electrónicos. La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en muchas unidades centrales de proceso para mejorar su eficiencia o rendimiento. Parte de la información de la memoria principal se duplica en la memoria caché. Comparada con los registros, la caché es ligeramente más lenta pero de mayor capacidad. Sin embargo, es más rápida. Aunque de mucha menor capacidad que la memoria principal. También es de uso común la memoria caché multi-nivel - la "caché primaria" que es más pequeña, rápida y cercana al dispositivo de procesamiento; la "caché secundaria" que es más grande y lenta, pero más rápida y mucho más pequeña que la memoria principal. La memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. La unidad aritmético-lógica puede transferir información muy rápidamente entre un registro del procesador y localizaciones del almacenamiento principal, también conocidas como "direcciones de memoria". En las computadoras modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de un "bus de memoria" (como se ve en el diafragma) y de un "bus de datos". Al bus de memoria también se le llama bus de dirección o bus frontal, (Front Side Bus) y ambos buses son "superautopistas" digitales de alta velocidad. Los métodos de acceso y la velocidad son dos de las diferencias técnicas fundamentales entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo. (Nótese que, con el tiempo, los avances tecnológicos harán que se superen todos los tamaños y capacidades de almacenamiento mostrados en el diagrama). 79
  • La memoria central, es la parte de la unidad central de proceso de una computadoradonde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para que un determinadoproceso pueda ser realizado.La memoria central está constituida por una multitud de celdas o posiciones de memoria,numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora estéconectada, la información necesaria.Por otra parte, es una memoria de acceso directo, es decir, puede accederse a una desus celdas conociendo su posición. Para esta memoria el tiempo de acceso es más cortoque para las memorias auxiliares, por tanto, los datos que manejan los procesos debenresidir en ella en el momento de su ejecución.Es importante no confundir los términos celda o posición de memoria con el de palabra decomputadora, ya que esta última es el conjunto de posiciones de memoria que puedenintroducirse o extraerse de la memoria de una solo vez (simultáneamente). 80
  • La memoria central tiene asociados dos registros para la realización de operaciones de lectura o escritura, yun dispositivo encargado de seleccionar una celda de memoria en coda operación de acceso sobre lamisma: • Registro de dirección de memoria (RDM). Contiene la dirección de memoria donde se encuentran o va a ser almacenada la información (instrucción o dato), tanto si se trata de una lectura como de una escritura de o en memoria central, respectivamente. • Registro de intercambio de memoria (RIM). Si se trata de una operación de lectura, el RIM es quien recibe el dato de la memoria señalado por el RDM, para su posterior envío a uno de Los registros de la UAL. Si se trata de una operación de escritura, la información a grabar tiene que estar en el RIM, para que desde él se transfiera a la posición de memoria indicada por el RDM. • Selector de memoria (SM). Es el dispositivo que, tras una orden de lectura o escritura, conecta la celda de memoria cuya dirección figure en el RDM con el RIM, posibilitando la transferencia de Los datos en un sentido o en otro.La memoria central suele ser direccionable por octeto o byte; por tanto, una celda oposición de memoria contiene 8 bits. Una de Las características fundamentales de unacomputadora es su capacidad de memoria interna (memoria central), la cual se mide enun múltiplo del byte denominado Kilobyte, Kbyte, Kb o simplemente K, y que equivale a1 024 bytes (1 024 = 2°). Otro múltiplo utilizado ampliamente en Los últimos tiempos es elGigabyte, como el Megabyte o simplemente Mega, que equivale a 1 024 * 1 024 Bytes;es decir, a 1 048 576 bytes.Unidades de almacenamiento:Bit: unidad básica de almacenamiento, contiene un cero o un uno.Byte = 8 bits.Kilobyte (Kb) = 210 bytes = 1024 bytes.Megabyte = 220 bytes.Gigabyte = 230 bytes.Terabyte = 240 bytes. 81
  • TIPOS DE INSTRUCCIONESNos referiremos en este apartado a instrucciones del lenguaje máquina. Son aquellas quepuede ejecutar directamente el hardware de la computadora.Las instrucciones máquina se pueden clasificar por la función que desempeñan en: • Instrucciones de transferencia de datos. • Instrucciones de ruptura de secuencia. • Instrucciones aritméticas y lógicas. • Instrucciones declarativas. • Etcétera.O por su contenido, teniendo en cuenta que todas ellas tienen en primer lugar lo que sellama código de operación (CO), que indica qué operación se debe realizar por elprocesador, y aquellas en Las que su misión sea hacer alguna operación condeterminados dates; llevarán, además, implícita o explícitamente dichos dates, quedenominaremos operandos.Instrucciones de tres operandosTambién se denominan instrucción es de tres direcciones. En primer lugar constan de uncódigo de operación al que siguen tres operandos, de Los cuales, Los dos primeros sonlos operandos y el tercero es la dirección donde se depositará el resultado. Este formatode instrucción es el más cómodo de trabajar, pero es el que precise mayor número debits. Esquema siguiente. Código de operación Operando1 Operando2 Operando3Instrucciones de dos operandosConstan de un código de operación, seguido de dos operandos, de Los cuales uno deellos actúa además como receptor del resultado. También se denominan instrucciones dedos direcciones. En el siguiente esquema se ve la Instrucción de dos operandos. 82
  • Código de operación Operando 1 Operando2Instrucciones de un operandoTambién denominadas instrucciones de una dirección. Son Las que se utilizangeneralmente en máquinas cuya arquitectura funciona con filosofía de acumulador.El acumulador es un registro especial, en el que se encuentra uno de Los operandos paraeste tipo de instrucciones y donde además se guarda el resultado. En la instrucción seencuentra el código de operación seguido del segundo operando Código de operación Operando 1Instrucciones sin operandosTambién denominadas instrucciones sin ninguna dirección. Este tipo de instrucciones seutilizan generalmente en computadoras cuya arquitectura tiene filosofía de pila.Una pila está formada por dates almacenados en orden consecutivo en la memoria,existiendo un registro especial denominado puntero de pila que nos indica la dirección delúltimo dato introducido en ella. Cuando un dato es sacado de ella, el puntero de piladecrece, apuntando al dato que está a continuación en la pila hacia el fondo de la mismay que será aquel dato que se introdujo en primer lugar. Cuando se trata de introducir undato en ella el puntero toma la dirección de memoria siguiente en orden ascendente y seintroduce en dicha dirección.Estas instrucciones sólo llevan código de operación, de tal forma que cuando se trata deuna operación, se sacan Los operandos de la pila (previamente introducidos) y elresultado se introduce en la misma. código de operaciónUna computadora en su lenguaje máquina puede tener instrucciones de las anteriores,según sea su arquitectura. 83
  • METODOS DE DIRECCIONAMIENTOSe habla de direccionamiento en una instrucción al modo de indicar en la misma el lugardonde está situado el dato que va a intervenir en ella. Los direccionamientos utilizados enLas instrucciones son Los siguientes: • Direccionamiento inmediato: en él, el dato a utilizar se halla en la propia instrucción, en el acumulador o en la pila. • Direccionamiento directo: en este caso la instrucción contiene la dirección de memoria central donde se encuentra el dato. • Direccionamiento indirecto: la instrucción contiene la dirección de memoria central donde se encuentra la dirección de memoria que contiene el dato. • Direccionamiento indexado: en el la dirección de memoria central donde se encuentra el dato, se obtiene sumándole a la dirección que lleva la instrucción una cantidad, que se encuentra en un registro especial llamado índice. 84
  • UNIDAD VIITIPOS DE MEMORIAZócalos de Memoria o Bancos de MemoriaLas memorias se agrupan en módulos que se conectan en la placa base de lacomputadora:SIMM: Single in line Memory Module 30 Pines.SIMM 72 Pines.DIMM: Dual In-line Memory Module, Hasta 168 Pines.RIMM: Rambus in line Memory Module, 184 pines.MEMORIAS RAM(Random Access Memory), o memória de acesso aleatório. Se compone de uno o máschips y se utiliza como memoria de trabajo para programas y datos. Se trata de unamemoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información.Son volátiles, es decir, pierde su contenido al desconectar la energía eléctrica; pero haymemorias (como la memoria RAM flash), que no lo son porque almacenan datos.Se dividen en: Estáticas (SRAM, Static Random Access Memory), y Dinámicas (DRAM,Dynamic Random Access Memory).Dinámicas, DRAM: La lectura es destructiva, es decir que la información se pierde alleerla, para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus celdas, operacióndenominada refresco. 85
  • TIPOS DE MEMORIA DRAM DRAM (Dynamic Random Access Memory o RAM Dinámica): Es la memoria de trabajo, también llamada RAM, esta organizada en direcciones que son reemplazadas muchas veces por segundo. Esta memoria llegó a alcanzar velocidades de 80 y 70 nanosegundos (ns), esto es el tiempo que tarda en vaciar una dirección para poder dar entrada a la siguiente, entre menor sea el número, mayor la velocidad, y fué utilizada hasta la época de los equipos 386. FPM (Fast Page Mode): El nombre de esta memoria procede del modo en el que hace la transferencia de datos, que también es llamado paginamiento rápido. Era el tipo de memoria normal para las computadores 386, 486 y los primeros Pentium, llegó a fabricarse en velocidades de 60ns y la forma que presentaban era en módulos SIMM de 30 pines, para los equipos 386 y 486 y para los equipos Pentium era en SIMM de 72 pines. 86
  • Módulo SIMM de 30 pines.Módulo SIMM de 72 pines. EDO (Extended Data Output): Esta memoria fue una innovación en cuestión de transmisión de datos pudiendo alcanzar velocidades de hasta 45ns, dejando satisfechos a los usuarios. La transmisión se efectuaba por bloques de memoria y no por instrucción como lo venía haciendo las memorias FPM. Se utiliza en equipos con procesadores Pentium, Pentium Pro y los primeros Pentium II, además de su alta compatibilidad, tienen un precio bajo y es una opción viable para estos equipos. Su presentación puede ser en SIMM ó DIMM. SDRAM (Synchronous DRAM): Esta memoria funciona como su nombre lo indica, se sincroniza con el reloj del procesador obteniendo información en cada ciclo de reloj, sin tener que esperar como en los casos anteriores. La memoria SDRAM puede aceptar velocidades de BUS de hasta 100Mhz, lo que nos refleja una muy 87
  • buena estabilidad y alcanzar velocidades de 10ns. Se presentan en módulos DIMM, y debido a su transferencia de 64 bits, no es necesario instalarlo en pares. RDRAM (Rambus DRAM): Esta memoria tiene una transferencia de datos de 64 bits que se pueden producir en ráfagas de 2ns, además puede alcanzar taza de tranferencia de 533 Mhz con picos de 1.6Gb/s. Muy pronto alcanzará dominio en el mercado, ya que se estará utilizando en equipos con el nuevo procesador Pentium 4. Es ideal ya que evita los cuellos de botella entre la tarjeta gráfica AGP y la memoria del sistema, hoy en día se pueden encontrar éste tipo de memorias en las consolas NINTENDO 64. Será lanzada al mercado por SAMSUNG e HITACHI.Otros tipos de memoria RAM BEDO (Burst Extended Data Output): Fue diseñada para alcanzar mayores velocidades de BUS. Trabaja de igual forma que la SDRAM, ó sea, la transferencia de datos se hace en cada ciclo de reloj, pero esta memoria lo hace en ráfagas (burst), haciendo que los tiempos de entrega desaparezcan casi totalmente. DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM ): Esta memoria tendrá el mismo aspecto que un DIMM, pero la diferencia estará en que tendrá más pines, pasando de 168 pines del actual DIMM a 184 pines, además de tener sólo una muesca en la tableta. Viendo un poco de voltaje, la DDR trabajará con tan sólo 2.5V, siendo ésta una reducción del 30% respecto a los actuales 3.3V de la SDRAM. Trabajará a velocidades de 200Mhz. Módulo de tipo DIMM de 184 pines y 64 bits DDR2 SDRAM: Son una evolución de los módulos DDR SDRAM. Se trata de módulos del tipo DIMM, en este caso de 240 contactos y 64bits. Tienen unas velocidades de bus de memoria real de entre 100MHz y 266MHz. La principal característica de estos módulos es que son capaces de realizar cuatro accesos por ciclo de reloj (dos de ida y dos de vuelta), lo que hace que su velocidad de 88
  • bus de memoria efectiva sea el resultado de multiplicar su velocidad de bus de memoria real por 4. Esto duplica la velocidad en relación a una memoria del tipo DDR, pero también hace que los tiempos de latencia sean bastante más altos (pueden llegar a ser el doble que en una memoria DDR). El consumo de estas memorias se sitúa entre los 0 y 1.8 voltios, es decir, casi la mitad que una memoria DDR. Módulo DDR2 tipo DIMM con 240 pines y 64 bits VRAM: Es como la memoria RAM normal, pero la diferencia radica en que podrá ser accedida al mismo tiempo por el monitor y el procesador de la tarjeta de video, se podrá leer y escribir en ella al mismo tiempo. SGRAM (Synchronous Graphic RAM): Ofrece las mismas capacidades de la memoria SDRAM pero para las tarjetas gráficas, se utiliza en las nuevas tarjetas gráficas aceleradoras 3D.TIPOS DE MEMORIA ROMSignifica "memoria de sólo lectura": una memoria de semiconductor destinada a ser leíday no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella y que conserva intacta lainformación almacenada, incluso en el caso de que se interrumpa la corriente (memoriaNO volatil).Generalmente usada para almacenar programas que realizan tareas de arranque de lamáquina y de diagnósticos. La mayoría de los computadores personales contienen unapequeña cantidad de ROM que almacena programas críticos tales como aquellos quepermiten arrancar la máquina (BIOS CMOS). 89
  • EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): Se utiliza para corregirerrores de última hora en la ROM, el usuario no la puede modificar y puede serborrada exponiendo la ROM a una luz ultravioleta.EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Esta memoriapuede ser borrada y volver a ser programada por medio de una carga eléctrica,pero sólo se puede cambiar un byte de información a la vez.MEMORIA FLASH: La memoria flash es una forma evolucionada de la memoriaEEPROM que permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas oborradas en una misma operación de programación mediante impulsos eléctricos,frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez.Por ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemasemplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria al mismo tiempo.Las capacidades de almacenamiento de estas tarjetas que integran memorias flashcomenzaron en 128 MB pero actualmente se pueden encontrar en el mercadotarjetas de hasta 32 GB. La velocidad de transferencia de estas tarjetas, al igual quela capacidad de las mismas, se ha ido incrementando progresivamente. La nuevageneración de tarjetas permitirá velocidades de hasta 30 MB/s. Las aplicacionesmás habituales son: o El llavero USB que, además del almacenamiento, suelen incluir otros servicios como radio FM, grabación de voz y, sobre todo como reproductores portátiles de MP3 y otros formatos de audio. o Las PC Card o Las tarjetas de memoria flash que son el sustituto del carrete en la fotografía digital, ya que en las mismas se almacenan las fotos. 90
  • SISTEMA BASICO DE ENTRADA SALIDA BIOS(Basic Input Output System, Sistema de entrada / salida básico) es una memoria ROM,EPROM o FLASH-Ram la cual contiene las rutinas de más bajo nivel que hace posibleque el ordenador pueda arrancar, controlando el teclado, el disco y la disquetera permitepasar el control al sistema operativo.Además, la BIOS se apoya en otra memoria, la CMOS (llamada así porque suele estarhecha con esta tecnología), que almacena todos los datos propios de la configuración delordenador, como pueden ser los discos duros que tenemos instalados, número decabezas, cilindros, número y tipo de disqueteras, la fecha, hora, etc, así como otrosparámetros necesarios para el correcto funcionamiento del ordenador.Esta memoria está alimentada constantemente por una batería, de modo que, una vezapaguemos el ordenador no se pierdan todos esos datos que nuestro ordenador necesitaparafuncionar.Ahora todas las placas suelen venir con una pila tipo botón, la cual tiene una duración deunos 4 ó 5 años (aunque esto puede ser muy variable), y es muy fácil de reemplazar.Antiguamente, las placas traían una pila corriente soldada en la placa base, lo quedificultaba muchísimo el cambio, además de otros problemas como que la pila tuvierapérdidas y se sulfataran ésta y la placa.Además, la BIOS contiene el programa de configuración, es decir, los menús y pantallasque aparecen cuando accedemos a los parámetros del sistema, pulsando una secuenciade teclas durante el proceso de inicialización de la máquina. 91
  • Actualmente el interfase es mucho mas amigable (las BIOS marca AMI, se gestionan conventanas y con el ratón) y dan muchas facilidades, como la auto detección de discosduros. 92
  • UNIDAD VIIIUNIDADES DE ENTRADA SALIDASon todos aquellos aparatos que entregan los resultados del proceso de información oreciben los datos para trasmitirlos a la memoria de la máquina. Se les conoce también conel nombre de dispositivos periféricos, y los más importantes son: el teclado, el monitor y laimpresora. Su variedad es creciente y también su grado de complejidad.La entrada y salida de información desde y hacia la memoria de la computadora se realizamediante aparatos que actúan como interfaces entre el hombre y la máquina. Son lospuentes que unen al usuario con la computadora. Existen dispositivos para dar salida a lainformación, como el monitor; otros brindan entrada a los datos, como el teclado o elmouse; algunos tienen la doble función de enviar y recibir información, como el módem.Todos ellos enriquecen el funcionamiento de la computadora y hacen que la ejecución delos programas sea más atractiva y eficiente.A estos dispositivos también se les llama dispositivos Periféricos. 93
  • UNIDADES DE ENTRADATECLADO: Un teclado se compone de una serie de teclas agrupadas en funciones quepodremos describir: Teclado alfanumérico (letras, números, símbolos ortográficos,enter, etc), Teclado de Función ( F1, ESC), Teclado Numérico (parte derecha delteclado alfanumérico, operadores + -), y Teclado Especial (flechas de función).MOUSE: este periférico se le llamó así por su parecido con este roedor. Suelen estarconstituidos por una caja con una forma más o menos anatómica en la que se encuentrandos botones que harán los famosos clicks de ratón siendo transmitidos por el cable alpuerto PS/II o al puerto de serie (COM1 normalmente).Existen modelos modernos en los que la transmisión se hace por infrarrojos eliminandopor tanto la necesidad de cableado. Otros presentan la bola en la parte superior de la cajano estando por tanto en contacto con la alfombrilla y teniendo que ser movida por losdedos del usuario aunque se origina el mismo efecto.ESCANER: Es un dispositivo utiliza un haz luminoso para detectar los patrones de luz yoscuridad (o los colores) de la superficie del papel, convirtiendo la imagen en señalesdigitales que se pueden manipular por medio de un software de tratamiento de imágeneso con reconocimiento óptico de caracteres. Un tipo de escáner utilizado con frecuencia esel flatbed, que significa que el dispositivo de barrido se desplaza a lo largo de undocumento fijo. En este tipo de escáneres, como las fotocopiadoras de oficina, los objetosse colocan boca abajo sobre una superficie lisa de cristal y son barridos por unmecanismo que pasa por debajo de ellos. Otro tipo de escáner flatbed utiliza un elementode barrido instalado en una carcasa fija encima del documento.LECTOR DE CODIGO: Lector de código de barras: dispositivo que mediante un haz deláser lee dibujos formados por barras y espacios paralelos, que codifica informaciónmediante anchuras relativas de estos elementos. Los códigos de barras representan datosen una forma legible por el ordenador, y son uno de los medios más eficientes para lacaptación automática de datos.MICROFONO: Periférico por el cual transmite sonidos que el ordenador capta y losreproduce, los salva, etc. Se conecta a la tarjeta de sonido. 94
  • CAMARA DE FOTOS DIGITAL: Toma fotos con calidad digital, casi todas incorporan unapantalla LCD (Liquid Cristal Display) donde se puede visualizar la imagen obtenida. Tieneuna pequeña memoria donde almacena fotos para después transmitirlas a un ordenador.CAMARA DE VIDEO: Graba videos como si de una cámara normal se tratara, pero lasventajas que ofrece en estar en formato digital, que es mucho mejor la imagen, tiene unapantalla LCD por la que ves simultáneamente la imagen mientras grabas. Se conecta alPC y este recoge el video que has grabado, para poder retocarlo posteriormente con elsoftware adecuado.WEBCAM: Es una cámara de pequeñas dimensiones. Sólo es la cámara, no tiene LCD.Tiene que estar conectada al PC para poder funcionar, y esta transmite las imágenes alordenador. Su uso es generalmente para videoconferencias por internet, pero mediante elsoftware adecuado, se pueden grabar videos como una cámara normal y tomar fotosestáticas.LAPIZ OPTICO: dispositivo señalador que permite sostener sobre la pantalla un lápiz queestá conectado al ordenador y con el que es posible seleccionar elementos u opciones (elequivalente a un clic de mouse o ratón), bien presionando un botón en un lateral del lápizóptico o presionando éste contra la superficie de la pantalla.JOYSTICK: dispositivo señalador muy conocido, utilizado mayoritariamente para juegosde ordenador o computadora, pero que también se emplea para otras tareas.DISPOSITIVOS DE SALIDAMONITOR: es la pantalla en la que se ve la información suministrada por el ordenador. Enel caso más habitual se trata de un aparato basado en un tubo de rayos catódicos (CRT)como el de los televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana de cristallíquido (LCD). Características: Resolución (RESOLUTION): Se trata del número de puntos que puede representar el monitor por pantalla, en horizontal x vertical. Así, un monitor cuya resolución máxima sea 1024x 768 puntos puede representar hasta 768 líneas horizontales de 1024 puntos cada una, probablemente además de otras resoluciones inferiores, como 640x480 u 800x600. Refresco de Pantalla: Se puede comparar al número de fotogramas por segundo de una película de cine, por lo que deberá ser lo mayor posible. Se mide en HZ 95
  • (hertzios) y debe estar por encima de los 60 Hz, preferiblemente 70 u 80. A partir de esta cifra, la imagen en la pantalla es sumamente estable, sin parpadeos apreciables, con lo que la vista sufre mucho menos. Tamaño de punto (DOT PITCH): Es un parámetro que mide la nitidez de la imagen, midiendo la distancia entre dos puntos del mismo color; resulta fundamental a grandes resoluciones. En ocasiones es diferente en vertical que en horizontal, o se trata de un valor medio, dependiendo de la disposición particular de los puntos de color en la pantalla, así como del tipo de rejilla empleada para dirigir los haces de electrones.DISPOSITIVOS DE ENTRADA SALIDADISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTOSon dispositivos que sirven para almacenar el software del ordenador. Se basa en dostipos de tecnologías: la óptica y la magnética. La magnética se basa en la histéresismagnética de algunos materiales y otros fenómenos magnéticos, mientras que la ópticautiliza las propiedades del láser y su alta precisión para leer o escribir datos.DISCO DURO: Un disco duro es un soporte de almacenamiento mas o menos perdurable.Tiene tecnología magnética. Son habituales desde que salió el 286. Un disco duro estácompuesto de numeroso discos de material sensible a los campos magnéticos, apiladosunos sobre otros. Su giro posee una velocidad tan alta (unas 4.000 rpm), que esrecomendable instalarle un ventilador para su refrigeración.Dispositivos de entrada-salida. Difiere de los flexibles en la capacidad, la velocidad deacceso en el hecho de que no es transportable (removible), sino que está conectado (enla mayoría de los casos) al interior del ordenador. Las capacidades de los tiempos deacceso de los discos duros son diversos, en cuanto a la capacidad varían entre 20 Mb(actualmente desfasados), 40 Mb, 60 Mb, 80 Mb, 120 Mb, 170 Mb hasta los 550, 720, 200GigaByte o más. Los tiempos de acceso también varían y se miden en milisegundos. o Los discos duros generalmente utilizan un sistema de grabación magnética digital. Contiene una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. 96
  • o Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. o El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. o En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco: o Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro. o Cara: Cada uno de los dos lados de un plato 97
  • o Cabeza: Número de cabezales; o Pista: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior. o Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están alineadas verticalmente (una de cada cara). o Sector :Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo, siendo el estándar actual 512 bytes, las pistas exteriores pueden almacenar más sectores que en las interiores. o Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco duro. o LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este es el que actualmente se usa.CD-ROM: La palabra CD-ROM viene de Compact Disc-Read Only Memory. Discocompacto de solo lectura. Es un soporte óptico. Sistema de almacenamiento de 98
  • información en el que la superficie del disco está recubierta de un material que refleja laluz. La grabación de los datos se realiza creando agujeros microscópicos que dispersan laluz (pits) alternándolos con zonas que sí la reflejan (lands). Se utiliza un rayo láser y unfotodiodo para leer esta información. Su capacidad de almacenamiento es de unos650 Mb de información (equivalente a unos 74 minutos de sonido grabado).DVD: El DVD (también conocido como "Digital Versatile Disc" o "Disco Versátil Digital",debido a su popular uso en películas algunos lo llaman Disco de Video Digital) es unformato de almacenamiento óptico que puede ser usado para guardar datos, incluyendopelículas con alta calidad de vídeo y audio. Se asemeja a los discos compactos en cuantoa sus dimensiones físicas (diámetro de 12 u 8 centímetros), pero están codificados en unformato distinto y a una densidad mucho mayor. A diferencia de los CD, todos los DVDdeben guardar los datos utilizando un sistema de archivos denominado UDF (UniversalDisk Format).DISQUETERA: Por malo y anticuado que sea un ordenador, siempre dispone de almenos uno de estos aparatos. Su capacidad es totalmente insuficiente para lasnecesidades actuales, pero cuentan con la ventaja que les dan los muchos años quellevan como estándar absoluto para almacenamiento portátil.DISCOS OPTICOS: Dispositivo de entrada-salida. Estos dispositivos utilizan tecnologíaláser para grabar los datos. Tienen una gran capacidad de almacenamiento de la ordende Gigabytes (1 Gigabyte=1024Mb- unos mil millones de bytes). 99
  • UNIDAD IXBUSES DE UN SISTEMA DE COMPUTACIONINTRODUCCIONEI bus representa básicamente una serie de cables mediante los cuales pueden cargarsedatos en la memoria y desde allí transportarse a la CPU. Por así decirlo es la autopista de los datos dentro delPC ya que comunica todos los componentes del ordenador con el microprocesador. Elbus se controla y maneja desde la CPU.El bus es el medio de interconexión entre los diferentes subsistemas de un sistema. Elprocesador y la memoria principal se han de comunicar con los dispositivos deentrada/salida, además de estar interconectados entre sí. En definitiva, el bus nos permitetener todos los subsistemas conectados sin la necesidad de tener líneas dedicadas para cada uno deellos.Un bus es un conjunto o está constituido por varias líneas de comunicación, cada una de1 bit. Un bus puede tener 8, 16, 32, y hasta 64 líneas. Así, un bus de 32 líneas enviará 32 bits,es decir, el doble de información en el mismo tiempo, que un bus de 16 líneas. Al bus se puedenconectar varios dispositivos. 100
  • TIPOS DE BUSESExisten tres tipos de buses del sistema:BUS DE DATOSLleva los datos que es necesario enviar de un elemento a otro, puede ser bidireccional(los datos pueden ir en uno u otro sentido). Existe un bus de datos interno, integradodentro del microprocesador, utilizado para transferir datos entre la UAL, Unidad de conrol,y los diferentes registro (ejemplo: entre el microprocesador y la memoria) y uno externo,entre la computadora y sus periféricos (ejemplo: Computadora e impresora).Las transacciones entre el procesador y la memoria principal se realizan a través del busdel sistema. Los dispositivos de entrada/salida se comunican entre sí a través de un busdedicado que recibe el nombre de bus de entrada/salida, entre los dispositivos del hardware: deEntrada como el Teclado, el Escáner, el Ratón, etc.; de salida como la Impresora, elMonitor o la tarjeta de Sonido; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Diskette o laMemoria-Flash. Esta organización libera tráfico entre el procesador y la memoria,separando las transacciones de entrada/salida.Estas transferencias que se dan a través del Bus de Datos son gobernadas por variosdispositivos y métodos, de los cuales el Controlador PCI, "Peripheral ComponentInterconnect", Interconexión de componentes Periféricos, es uno de los principales. Sutrabajo equivale, simplificando mucho el asunto, a una central de semáforos para el tráficoen las calles de una ciudad.El tamaño de un bus de datos, está determinado por su número de líneas, y es el valor que defineel número de bits del microprocesador, equivalente al número de bits que puede tratar a lavez la UAL. 101
  • Ejemplo: si un bus de datos tiene un ancho de 8 bits, y las instrucciones son de 16 bits, laCPU debe acceder al módulo de memoria dos veces por cada ciclo de instrucción.BUS DE DIRECCIONESMuchos de los elementos de una computadora así como las posiciones de memoriatienen una dirección única dentro del sistema. De esta dirección se puede leer un dato oen esta dirección podemos escribir un dato.El bus de direcciones es utilizado para comunicar el microprocesador con las celdas dememoria RAM. Cuando el microprocesador quiere leer el contenido de una celda dememoria, envía por el bus de direcciones la dirección de la celda que desea leer,recibiendo el dato o contenido de la celda a través del bus de datos.El tamaño del bus de direcciones define la cantidad de memoria RAM que puedegestionar o acceder el microprocesador.Ejemplo: si en el caso hipotético que un computador tuviera un bus de direcciones deúnicamente 2 líneas, solo podría tener 4 direcciones para acceder a 4 celdas de memoria.Si cada celda de memoria es de 8 bits, la cantidad total de memoria que puededireccionar o usar será de 4 bytes o 32 bits.Las cuatro direcciones son: 00 01 10 y 11.En general, la cantidad máxima de memoria que puede utilizar el microprocesador,depende de la fórmula 2n, donde n representa el número de líneas del bus de direcciones.El "ancho de canal" explica la cantidad de bits que pueden ser transferidossimultáneamente. Así, el Bus de datos transfiere 8 bytes a la vez.Para el Bus de Direcciones, el "ancho de canal" explica así mismo la cantidad deubicaciones o Direcciones diferentes que el microprocesador puede alcanzar. Esacantidad de ubicaciones resulta de elevar el 2 a la 32 potencia. "2" porque son dos lasseñales binarias, los bits 1 y 0; y "32 potencia" porque las 32 pistas o líneas del Bus deDirecciones son, en un instante dado, un conjunto de 32 bits.Así, el Canal de Direcciones del Microprocesador para una PC-ATX puede "direccionar"más de 4 mil millones de combinaciones diferentes para el conjunto de 32 bits de su Bus.Cuanto más líneas haya disponibles, mayor es la dirección máxima y mayor es lamemoria a la cual puede dirigirse de esta forma. En el bus de direcciones original habían 102
  • ya 20 direcciones, ya que con 20 bits se puede dirigir a una memoria de 1 MB y esto eraexactamente lo que correspondía a la CPU. PROCESADOR Bus de direcciones Bus de datos 8086 20 16 8088 20 8 80186 20 16 80188 20 8 80286 24 16 80386 SX 32 16 80386 DX 32 32 80486 DX 32 32 80486 SX 32 32 PENTIUM 32 64 PENTIUM PRO 32 64BUS DE CONTROLSon hilos que transportan señales de control, dan la información del estado de ciertoscomponentes, la dirección del flujo de la información, controlan el momento(temporización) en que suceden ciertos eventos de manera que no haya choques dedatos, transmiten señales de interrupción, etc.Ejemplo: Si la CPU quiere leer unos datos de memoria para después enviarlo a laimpresora o la pantalla, primero pone en el bus de direcciones la dirección del dato enmemoria, lo lee (lo obtiene a través del bus de datos), después pone en el bus dedirecciones la otra dirección (la de pantalla o impresora) y escribe (con ayuda del bus dedatos). Quién controla todo este proceso es el bus de control. 103
  • CONEXIONES DEL HARDWAREPara funcionar, el hardware necesita unas conexiones materiales que permitan a loscomponentes comunicarse entre sí e interaccionar. Un bus constituye un sistema comúninterconectado, compuesto por un grupo de cables o circuitos que coordina y transportainformación entre las partes internas de la computadora.El bus de una computadora consta de dos canales: uno que la CPU emplea para localizardatos, llamado bus de direcciones, y otro que se utiliza para enviar datos a una direccióndeterminada, llamado bus de datos. Un bus se caracteriza por dos propiedades: la cantidadde información que puede manipular simultáneamente (la llamada anchura de bus) y larapidez o velocidad con que puede transferir dichos datos.Una conexión en serie es un cable o grupo de cables utilizado para transferir informaciónentre la CPU y un dispositivo externo como un mouse, un teclado, un módem, undigitalizador y algunos tipos de impresora.Este tipo de conexión sólo transfiere un dato de cada vez, por lo que resulta lento. Laventaja de una conexión en serie es que resulta eficaz a distancias largas.Una conexión en paralelo utiliza varios grupos de cables para transferir simultáneamentemás de un bloque de información.La mayoría de los digitalizadores e impresoras emplean este tipo de conexión. Lasconexiones en paralelo son mucho más rápidas que las conexiones en serie, pero estánlimitadas a distancias menores de 3 m entre la CPU y el dispositivo externo.Lista de buses PC • Tarjetas internas o PCI o AGP, exclusivo de tarjetas gráficas. o PCI-Express sustituye tanto a PCI como a AGP como nuevo estándar. o ISA. o VESA (Existencia efímera y sustituido por PCI). o bus MCA (propiedad de IBM y también de existencia efímera(al igual que VESA)). o Ranura AMR o Ranura CNR Estas dos ranuras no han tenido mucho éxito. • Conexión exterior o USB. o Firewire (IEEE 1394). 104
  • ESTRUCTURAS DE INTERCONEXION DE UN SISTEMA DECOMPUTACIONPor su particular importancia se considera la estructura de interconexión tipo bus.EL BUS XT Y EL BUS ISA (AT)Cuando en 1980 IBM fabricó su primer PC, este contaba con un bus de expansiónconocido como XT que funcionaba a la misma velocidad que los procesadores Intel 8086y 8088 (4.77 Mhz). El ancho de banda de este bus (8 bits) con el procesador 8088formaba un tandem perfecto, pero la ampliación del bus de datos en el 8086 a 16 bits dejo enentredicho este tipo de bus, pareciendo los denominados cuellos de botella.Con la introducción del AT apareció un nuevo bus en el mundo del PC, que en relacióncon el bus de datos tenía finalmente 16 bits (BUS ISA: Industry Standard Arquitectura,funcionando a 8.33 Mhz ), pero que era compatible con su antecesor. La única diferenciafue que el bus XT era síncrono y el nuevo AT era asíncrono. Las viejas tarjetas de 8 bitsde la época del PC pueden por tanto manejarse con las nuevas tarjetas de 16 bits en unmismo dispositivo. De todas maneras las tarjetas de 16 bits son considerablemente másrápidas, ya que transfieren la misma cantidad de datos en comparación con las tarjetas de8 bits en la mitad de tiempo (transferencia de 16 bits en lugar de transferencia de 8 bits).BUS MICRO CANAL – MCAVistas las limitaciones que tenía el diseño del bus ISA en IBM se trabajó en un nuevatecnología de bus que comercializó con su gama de ordenadores PS/2. El diseño MCA(Micro Channel Arquitecture) permitía una ruta de datos de 32 bits, más ancha, y unavelocidad de reloj ligeramente más elevada de 10 Mhz, con una velocidad detransferencia máxima de 20 Mbps frente a los 8 Mbps del bus ISA.Bajo MCA, la CPU no es más que uno de los posibles dispositivos dominantes del bus alos que se puede acceder para gestionar transferencias. La circuitería de control, llamadaCAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado control del buspara determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos quedominan el bus. 105
  • Es cierto que el progreso conlleva un precio: La nueva arquitectura de IBM es totalmenteincompatible con las tarjetas de expansión que se incluyen en el bus ISA. Esto vienederivado de que los conectores de las tarjetas de expansión MCA eran más pequeñosque las de los buses ISA. De esto se pueden sacar dos conclusiones. Por un lado el costede estas tarjetas era menor y por otro ofrecía un mayor espacio interior en las pequeñascajas de sobremesa.EISA ( Extended ISA)El principal rival del bus MCA fue el bus EISA, también basado en la idea de controlar elbus desde el microprocesador y ensanchar la ruta de datos hasta 32 bits. Sin embargoEISA mantuvo compatibilidad con las tarjetas de expansión ISA ya existentes lo cual leobligo a funcionar a una velocidad de 8 Mhz (exactamente 8.33). Esta limitación fue a lapostre la que adjudico el papel de estándar a esta arquitectura, ya que los usuarios noveían factible cambiar sus antiguas tarjetas ISA por otras nuevas que en realidad nopodían aprovechar al 100%.Su mayor ventaja con respecto al bus MCA es que EISA era un sistema abierto, ya quefue desarrollado por la mayoría de fabricantes de ordenadores compatibles PC que noaceptaron el monopolio que intentó ejercer IBM. Estos fabricantes fueron: AST, Compaq,Epson, Hewlett ackard, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse y Zenith.Esta arquitectura de bus permite multiproceso, es decir, integrar en el sistema variosbuses dentro del sistema, cada uno con su procesador. Si bien esta característica no esutilizada más que por sistemas operativos como UNIX o Windows NT.En una máquina EISA, puede haber al mismo tiempo hasta 6 buses principales condiferentes procesadores centrales y con sus correspondientes tarjetas auxiliares.En este bus hay un chip que se encarga de controlar el tráfico de datos señalandoprioridades para cada posible punto de colisión o bloqueo mediante las reglas de controlde la especificación EISA. Este chip recibe el nombre de Chip del Sistema PeriféricoIntegrado (ISP). Este chip actúa en la CPU como un controlador del tráfico de datos. 106
  • VESA LOCAL BUSAl contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que locomplementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de lascorrespondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con busVL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para lacolocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estosslots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otrasranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sininconvenientes.La especificación VL-Bus como tal, no establece límites, ni superiores ni inferiores, en lavelocidad del reloj, pero una mayor cantidad de conectores supone una mayorcapacitancia, lo que hace que la fiabilidad disminuya a la par que aumenta la frecuencia.En la práctica, el VL-BUS no puede superar los 66 Mhz. Por este motivo, la especificaciónVL-BUS original recomienda que los diseñadores no empleen más de tres dispositivos debus local en sistemas que operan a velocidades superiores a los 33 Mhz. A velocidadesde bus superiores, el total disminuye: a 40 Mhz solo se pueden incorporar dosdispositivos; y a 50 Mhz un único dispositivo que ha de integrarse en la placa. En lapráctica, la mejor combinación de rendimiento y funciones aparece a 33 Mhz.Tras la presentación del procesador Pentium a 64 bits, VESA comenzó a trabajar en unnuevo estándar (VL-Bus versión 2.0). La nueva especificación define un interface de 64bits pero que mantienen toda compatibilidad con la actual especificación VL-BUS. Lanueva especificación 2.0 redefine además la cantidad máxima de ranuras VL-BUYS quese permiten en un sistema sencillo. Ahora consta de hasta tres ranuras a 40 Mhz y dos a50 Mhz, siempre que el sistema utilice un diseño de baja capacitancia.BUS PCIVisto lo anterior, se puede ver que el bus del futuro es claramente el PCI de Intel. PCIsignifica: interconexión de los componentes periféricos (Peripheral ComponentInterconnect) y presenta un moderno bus que no sólo está meditado para no tener larelación del bus ISA en relación a la frecuencia de reloj o su capacidad sino que tambiénla sincronización con las tarjetas de ampliación en relación a sus direcciones de puerto, 107
  • canales DMA e interrupciones se ha automatizado finalmente de tal manera que elusuario no deberá preocuparse más por ello.El bus PCI es independiente de la CPU, ya que entre la CPU y el bus PCI se instalarásiempre un controlador de bus PCI, lo que facilita en gran medida el trabajo de losdiseñadores de placas. Por ello también será posible instalarlo en sistemas que no esténbasados en el procesador Intel si no que pueden usar otros, como por ejemplo, unprocesador Alpha de DEC. También los procesadores PowerMacintosh de Apple sesuministran en la actualidad con bus PCI.Las tarjetas de expansión PCI trabajan eficientemente en todos los sistemas y pueden serintercambiadas de la manera que se desee. Solamente los controladores de dispositivodeben naturalmente ser ajustados al sistema anfitrión (host) es decir a su correspondienteCPU.Como vemos el bus PCI no depende del reloj de la CPU, porque está separado de ellapor el controlador del bus. Si se instalara una CPU más rápida en su ordenador. Nodebería preocuparse porque las tarjetas de expansión instaladas no pudieran soportar lasfrecuencias de reloj superiores, pues con la separación del bus PCI de la CPU éstas noson influidas por esas frecuencias de reloj. Así se ha evitado desde el primer momentoeste problema y defecto del bus VL.El bus PCI emplea un conector estilo Micro Channel de 124 pines (188 en caso de unaimplementación de 64 bits) pero únicamente 47 de estas conexiones se emplean en unatarjeta de expansión.La ventaja de la velocidad de este sistema de bus es que este hardware puede participardel continuo incremento de velocidad de los procesadores.PUERTOSLas diferencias entre los distintos puertos son sus principios de funcionamientos(características y capacidades), sus conectores y los dispositivo que pueden conectarse auno u otro. A continuación se describen estas características para los distintos puertos. 108
  • PUERTO PARALELOEl funcionamiento del puerto paralelo se basa en la transmisión de datos simultáneamentepor varios canales, generalmente 8 bits. Por esto se necesitan 8 cables para latransmisión de cada BIT, mas otros tantos cables para controles del dispositivo, el numerode estos dependerá del protocolo de transmisión utilizado.La interfase del puerto paralelo cuenta con masas, línea de datos, entradas de dialogo ysalidas de dialogo.El puerto físico es el LPT1. Su conector es del tipo DB-25 el cual cuenta con 25 pinesEl PC puede manejar hasta dos puertos mas aparte del LPT1 estos son el LPT2 y el LPT3mediante la utilización de una placa de expacion para puerto paralelo.La desventaja de este puerto es que no puede transmitir datos a distancias mayores de 4o 5 metros.(para mayores distancias se usan amplificadores de línea).PUERTO SERIEEste puerto es de entrada y salida de datos para MODEM, mouse, etc. La transmisiónde datos se realiza por una sola línea full duplex, es decir que puede enviar y recibirinformación simultáneamente.Pero debido a que la PC internamente trabaja con buses de hasta 128 bits es necesaria laexistencia de un bloque el cual esta formado por un circuito integrado que se encarga dela conversión serie / paralelo y viceversa, este integrado esta presente en todas las PC yse llama UART.Los puertos físicos del puerto serie son el COM 1 utilizado generalmente paracomunicarse con el mouse y el COM 2 utilizado generalmente para comunicarse con elMODEM. Los conectores que utiliza este puerto son el DB-9 macho (mouse) DB-25macho (periféricos externos)El método de transmisión / recepción, para el protocolo de transmisión de datos, sólo setienen en cuenta dos estados de la línea, 0 y 1, también llamados Low y High. Cuando nose transmite ningún carácter, la línea esta High. Si su estado pasa a Low, se sabe que setransmiten datos. Por convenio se transmiten entre 5 y 8 bits, pero la BIOS sólo soportauna anchura de datos de 7 u 8 bits. Durante la transmisión, si la línea está Low, se envíaun 0 y si está High indica un BIT a uno. Se envía primero el BIT menos significativo,siendo el más significativo el último en enviarse. 109
  • A continuación se envía un BIT de paridad para detectar errores. Finalmente se mandanlos bits de stop, que indican el fin de la transmisión de un carácter. El protocolo permiteutilizar 1, 1,5 y 2 bits de stop.PUERTO UNIVERSAL SERIAL BUS USBDesde que nació la PC., por motivos de compatibilidad, algunas de sus característicashan permanecido inalterables al paso del tiempo. Si bien es cierto que estos conectorestodavía hoy cumplen su función correctamente en casos como la conexión de un teclado,un ratón o un modem, se han quedado ya desfasados cuando tratamos de conectardispositivos más rápidos como por ejemplo una cámara de video digital.USB nace como un estándar de entrada / salida de velocidad media-alta que va a permitirconectar dispositivos que hasta ahora requerían de una tarjeta especial para sacarlestodo el rendimiento. Pero además, USB nos proporciona un único conector para solventarcasi todos los problemas de comunicación con el exterior, pudiéndose formar unaauténtica red de periféricos de hasta 127 elementos.Mediante un par de conectores USB que ya hoy en día son estándar en todas las placasbase, y en el espacio que hoy ocupa un sólo conector serie de 9 pines nos va a permitirconectar todos los dispositivos que tengamos, desde el teclado al modem, pasando porratones, impresoras, altavoces, monitores, scaners, camaras digitales, de video, plotters,etc... sin necesidad de que de que nuestro PC disponga de un conector dedicado paracada uno de estos elementos, permitiendo ahorrar espacio y dinero.JUMPERSLa función de los jumpers es la de puentiar pines para setear configuraciones comopueden ser habilitar o deshabilitar placas VGA on boar, setear el voltaje de alimentaciónde las memorias DIMMs, setear la velocidad y factor de multiplicación del microprocesador en la placa madre y seteos especiales en algunas placas de expansión dediversos tipos o realizar tareas especificas como el borrado de la memoria CMOS RAM. 110
  • TARJETA MADRE – MAIN BOARD 111
  • EJERCICIOS Y CUESTIONARIOSistemas de Numeración: Defina el rango de dígitos, y describa el conjunto de dígitos para un Sistema de Numeración de base 5. Defina el rango de dígitos y describa el conjunto de dígitos para un Sistema de Numeración de base 13.Conversión de Sistemas de Numeración.Conversión de cualquier base a base 10. Convertir. (101110.01)2 a b10. (90DEA.B3)16 a b10. (5312.042)6 a b10 (MARIO.LUIS)32 a b10. Primero defina cuales son los dígitos del sistema en base 32. (123.02)4 a b10.Conversión de base diez a cualquier base. Convertir: (1234.8)10 a b4. (1234.8)10 a b2. (987.65)10 a b16. (9075.13)10 a b32. (234.8)10 a b12. 112
  • Conversión de base x a base y. Convertir: (90DEA.B3)16 a b32. (1110111.11)2 a b8. (5312.042)6 a b12. (312.02)4 a b8. (1110111.11)2 a b16.Calculo del número de bits requeridos para representar un valor. Para un conjunto de 28 valores, determine: o El número de bits requeridos para este conjunto de valores. o Cual es el mayor valor decimal a representarse o Cual es el mayor valor binario a representarse. Para n= 8 bits, determine: o El rango de valores a representarse. o Describa el conjunto de valores. Para m = 35 valores. Determine: o El conjunto real de valores m. o El mínimo valor binario del conjunto. o El máximo valor binario.Representación binaria, octal y hexadecimal. o Represente o codifique el octal (10762.3)8 en binario. o Codifique o represente el hexadecimal (CARLOS.109)16 en binario. 113
  • Conversión entre bases múltiplos de una base binaria. Convertir:(90DEA.B3)16 a b32.(312.02)4 a b8.(6420.35)8 a b16.(LUIS.6)16 a b4.Representación decimal codificado en binario. Represente el decimal (9075)10 en: o Ponderación: 8 4 2 1. o Ponderación: 4 2 2 1. o Exceso de la base en tres. El siguiente BCD: 1001 0011 1000 0101, esta representado en Exceso de la base en tres. Determine: o El valor decimal real representado. o El valor decimal real, represente en ponderaciones 8 4 2 1 y 4 2 2 1. El siguiente BCD: 1111 0010 0000 0101, está representado en ponderación 4 2 2 1. Represente: o En exceso de la base en tres. o En ponderación 8 4 2 1.Bid de Verificación. Si un computador opera en paridad par, determine el bit de paridad para el siguiente conjunto de caracteres:bp zona carácter ? 0101 0000 ? 0010 1010 ? 0011 1001 ? 0101 0111Aritmética Binaria. Sumar en binario los siguientes valores: o (1011101) + 10001). 114
  • o (1101101110) + (101001110). o (10001) + (10100). Que valor debemos sumar a 10001 para que su resultado sea 101110. Los valores de las compras de cuatro artículos son: $84, $155, $482, y $28. Determine el valor del pago total en binario.Resta Binaria. El resultado de restar un número binario a 110111 es 100101, determine ese número. Restar los siguientes valores: o (1100001) – (101110). o (10101011) – (1110111). o (1111) – (1000).Producto Binario. Realice los siguientes productos binarios: o (1100011) x (100011). o (110110111001) x (10001101). Si el divisor es 11, el cociente es 11 y el residuo es 10. Determine el dividendo. Determine el área del triángulo, si su base es 110010 y su altura es 10100. Si el lado de un cuadrado es 11, determine su área.División Binaria. Encuentre el valor de las siguientes divisiones: o (1000011) / (10). o (1111011011) / (111). o (101010110) / (101). o (1000000) / (10000). Compruebe las divisiones anteriores. (Dividendo = (divisor x cociente)+residuo. Determine el factor por el que hay dividir a 1011000 para que su cociente sea 1000. Determine la velocidad, si el valor del espacio 100000000 y el valor del tiempo es 1000. Las unidades de las magnitudes pueden ser cualquiera. 115
  • Complemento a la base menos uno. Determine el complemento a la base menos uno de los siguientes valores: o (9ABC)13. o (DEFA3)16. o (107052)8. o (GALO912)26.Complemento a la base. Determine el complemento a la base de los siguientes valores: o (CAFE35)16. o (1011011101)2. o (1234567)8. o (43210)5.Binarios punto fijo con signoEn Notación Signo Magnitud: Para n = 3 bits. Determine: o El rango K de valores a ser representados. o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos.En Notación Complemento a Uno: Para n = 2 bits. Determine: o El rango K de valores a ser representados. o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos.En Notación Complemento a Dos: Para n= 5 bits. Determine. o El rango K de valores a ser representados. o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos. 116
  • Notación Decimal codificado en Binario Representar +9806, y -9806. o Mediante el uso de un bit para el signo. o Mediante el uso de 4 bits para el signo. Representar +9806 y su correspondiente complemento. o En Complemento a nueve. o En Complemento a diez.Sumar en Complemento a dos Realice las siguientes operaciones en Complemento a dos. o (-56) + (-124). o (-1587) + (+587). o (+891) + (-596). o (-457) + (-785).Adición en BCDAdición sin signo. Realice las siguientes operaciones. o (1234) + (4321). o (60957) + (9354) o (8193) + (9285)Adición con signo. Encuentre los resultados de las siguientes operaciones. o (-423) + (-205) o (+5482) + (-160). o (-101) + (-202).Representación de Binarios Punto Flotante Representar en forma exponencial binaria normalizada los siguientes valores. o (111111101.000000101) 117
  • o (0.00000000001101) o (101.1110101) Mediante codificación binaria directa, represente en una palabra de 32 bits, con el exponente en CA2 y en la forma n+2t-1, los siguientes valores. o (-0.0815)10. o (123.45)10. o (-0.000259)10. o (0.00099)10.CUESTIONARIOUNIDAD II Formule el propósito principal del uso de un computador. Mencione otras aplicaciones (4) o campos de actividad, en las que se utilizan los computadores, en la actualidad. Mencione cual es la capacidad de ejecución, de un computador moderno. Mencione cual es la diferencia básica y fundamental, entre las generaciones segunda y tercera, de los computadores.UNIDAD III Cual es la Unidad del computador, que transfiere los datos entre la memoria y la CPU, para su proceso. Si el computador tiene que realizar una operación de comparación, que unidad del computador, realiza ésta tarea. Antes de ser procesados los datos y las instrucciones, en qué componente del computador, se encuentra o reside esta información. Señale el literal que identifica, lo que tiene que realizar un computador: a) Memoria. b) Operando. c) Celda de memoria. d) Instrucción. 118
  • e) Procesador. Para que sirven los dispositivos de E/S.UNIDAD IV Cual es la función principal de una CPU. A que se debe el nombre de microprocesador. A las siguientes afirmaciones, conteste con Verdadero o Falso. o Los transistores se caracterizan porque consumen menos energía y espacio: o Los términos CPU y microprocesador, tienen igual significado: o Los CPU, son componentes exclusivos de los computadores: o El chip, es un gran conjunto de transistores: Escriba el significado de los siguientes términos: o LSI: o MSI: o ICs: o SSI: En qué unidades se mide la velocidad de un microprocesador. Cual es la diferencia entre velocidad interna y velocidad externa, en un computador. Cual es la forma de presentación de los ICs. Cuales son las principales características que se mejoran, cuando mayor cantidad de ICs se empaquetan en un chjp. Indique cuales son los pasos generales cuando la CPU ejecuta un programa. La CPU en la fase de lectura realiza las siguientes tareas. Ordene en el orden lógico en que la CPU, realiza éstas tareas. 119
  • o El PC es incrementado por la longitud de palabra de instrucción. o La localización de la instrucción en memoria es realizada mediante un número. o Toma o recupera una instrucción de la memoria. o El componente encargado de recuperar de localizar la instrucción en memoria es el Contador de Programa (PC). Cuales son las operaciones más comunes que realiza la ALU. La ALU procesa números, que tipo de representación (tratadas en Unidad I) usa para dichos números. Que indican los siguientes Registros de Estado. o V: o Z: o C:Que funciones desempeña el Registro Acumulador. Si un supuesto Bus de direcciones, tiene 5 bits, para direccionar las celdas de memoria RAM, indique: o Cuantas direcciones puede generar este bus. o Escriba las direcciones.UNIDAD V Establezca las diferencias entre microprocesadores CISC y RISC. Que es lo que determina el rendimiento de la CPU. Que características establecen la diferencia entre los modelos de microprocesadores. Mencione para un socket 775 tres tipos de micros soportados, en las familias INTEL Y AMD. 120
  • UNIDAD VI Exprese 2.097.152 bits en Kbytes. Exprese 32 Gbytes en Mbytes y en bytes. Establezca la diferencia entre Direccionamiento Directo e Indirecto. Establezca la diferencia entre Memoria Principal y Disco Duro. Indique que contiene el RDM. Indique que contiene RIM. En que componente de la memoria principal, se encuentra la dirección de un dato que va a ser procesado. Para una instrucción de tres operandos, indique que contienen cada uno de los operandos.UNIDAD VII Describa la función del Sistema BIOS. Que tipo de memoria es un USB. Indique que contiene una memoria ROM. Indique la diferencia entre memoria RAM y ROM.UNIDAD IX Cual es el componente que controla a un Bus. Mediante que elemento, están comunicados o conectados todas las unidades o componentes de un computador. Conteste Verdadero o Falso, a las siguientes declaraciones. o Un bus representa un bit. o Un bus representa un conjunto de líneas de comunicación. o Por cada línea de comunicación viaja un bit. 121
  • o Los periféricos de Entrada / Salida se comunica a través del Bus Interno. A través de que Bus se comunican los diferentes dispositivos de Entrada / Salida. Explique cual de los siguientes Buses, tiene mayor capacidad y porqué, Bus de 26 líneas, y un Bus de 24 líneas. Que es lo que particularmente caracteriza a un Bus. Establezca la diferencia entre, conexión en Paralelo y conexión en Serie.BIBLIOGRAFIATextos:Ingeniería Computacional. M. Morris Mano.Organización de Computadores un Enfoque EstructuradolAndrew S. Tanenbaum.Arquitectura de Computadores. John I. Hennssy – David A. Patterson.Arquitectura de Computadores . Nicholas Carter.Direcciones electrónicas: o http://www.monografias.com/trabajos33/dispositivos/dispositivos.shtml o http://www.todo-programacion.com.ar/archives/2005/04/la_unidad_centr.html o http://www.monografias.com/trabajos/bus/bus.shtml. http://bioinfo.uib.es/~joemiro/teach/infAl/ciclo5/guardia.PDF o http://www.unicrom.com/Cmp_estructura1.asp o http://webs.uvigo.es/redes/ffi/complementos/perifericos/Partes%20de%20un%20co mputador.htm 122