Arquitectura de un Ordenador

Paloma Román Gómez Arquitectura de un ordenador

1.EL ORDENADOR PERSONAL

Aparato electrónico que sirve para procesar información (transformarla para que sea más útil)

La información debe estar codificada (descompuesta en datos numéricos)

El dato más pequeño es el bit (o dígito binario que solo admite valores numéricos 1 y 0 )

Agrupaciones de bits empleadas en informática 1024 gigabytes terabyte (TB) 1024 megabytes gigabyte (GB) 1024 kilobytes megabyte (MB) 1024 bytes kilobyte (KB) 8bits byte (B)

COMPONENTES PROGRAMAS DE USUARIO SISTEMA OPERATIVO PLATAFORMA HARDWARE EQUIPO FÍSICO formado principalmente por componentes electrónicos EQUIPO LÓGICO instrucciones que indican al ordenador cómo debe ser modificada la información que se introduce (input) para que produzca una información distinta (output) de acuerdo con las intenciones de la persona que programa el ordenador HARDWARE SOFTWARE (PROGRAMAS) Es inútil sin la existencia de la “inteligencia” que le aporta

FASES DEL FUNCIONAMIENTO

ENTRADA DE DATOS

PROCESADO

SALIDA DE RESULTADO

Introducimos datos al ordenador , por ejemplo un texto por el teclado y ordenes para que le dé formato. El ordenador procesa la información, la transforma mediante complejas operaciones matemáticas en su interior El ordenador nos muestra en pantalla un documento con la presentación que queríamos y además podemos imprimirlo

ESTRUCTURA BÁSICA

Memoria:

Almacena de forma interna los datos y programas, de forma definitiva o temporalmente.

Un ordenador personal está formado como mínimo por 3 subsistemas con funciones específicas.

Procesador:

- Extrae de la memoria las instrucciones, las analiza y las ejecutar

- Coordina todos los subsistemas del ordenador.

Periféricos:

Subsistemas de entrada/salida que permiten la comunicación del ordenador con el exterior.

Se comunican entre sí por medio de Buses (medio físico empleado para transmitir la información) y realizan sus funciones sincronizados por un reloj

ESQUEMA ELEMENTAL DE UN ORDENADOR Unidad Central de Procesado Unidad de Memoria Periféricos Reloj Bus Unidad de Control Unidad Operativa Unidad de Entrada/Salida

VISTA DE UN ORDENADOR

1. Pantalla

2. Placa base

3. CPU

4. Memoria RAM

5. Tarjeta de expansión

6. Fuente de alimentación

7. Disco óptico

8. Disco duro

9. Teclado

10.Mouse

EL INTERIOR DEL PC

Anclados en un bastidor se encuentran

- LA PLACA BASE

- LAS TARJETAS DE EXPANSIÓN

INTERIOR DEL PC La memoria RAM (Random Acces Memory) o memoria de trabajo. Está formada por módulos cuya cantidad varía según la configuración del equipo. Unidades de almacenamiento de información , como los discos, que conectan a la placa base mediante un bus o conjunto de líneas de comunicación. Tomas de alimentación que salen de la fuente, y proporcionan tensión continua a todos los circuitos, a unos directamente y a otros por la placa base. Tarjetas de expansión proporcionan circuitería adicional y se insertan en una serie de ranuras (slots) sobre la placa base. Placa base contiene la circuitería principal y en ella se encuentran los conectores donde se insertan los dispositivos necesarios en cada ordenador. Puertos, permiten la conexión y la comunicación directa de los periféricos con la placa. Fuente de alimentación, produce las tensiones necesarias para el funcionamiento del ordenador Microprocesador contiene la CPU

CONTENIDO DE LA PLACA BASE:

1. Microprocesador o CPU: Responsable del funcionamiento de toda la máquina

2. Chipset: Circuitos que ordenan el tráfico de datos y gestionan la utilización de los dispositivos de entrada y salida para ahorrarle trabajo al microprocesador

3. BIOS: Memoria permanente o ROM (Read Only Memory) contiene información sobre el sistema básico de entradas y salidas

4. Conectores para los módulos de memoria RAM, las unidades de disco, los puertos, las tarjetas de expansión y dispositivos.

2. EL SISTEMA MICROPROCESADOR

Es el núcleo del ordenador

Está formado por:

2.1. El MICROPROCESADOR 2.2. LA MEMORIA PRINCIPAL 2.3. LOS SISTEMAS DE ENTRADAS Y SALIDAS

2.1.EL MICROPROCESADOR

Circuito integrado que contiene la unidad central de proceso (CPU)

Microprocesadores de los ordenadores compatibles El Microprocesador se distingue porque tiene su propio ventilador con un disipador de calor

2.1.1. FUNCIONES DEL MICROPROCESADOR

Ejecuta las instrucciones que contienen los programas, cumpliendo con las tareas que estos le piden

Realiza las operaciones aritméticas y lógicas necesarias para el procesamiento de datos.

Centraliza el control de la máquina y el intercambio de datos con la memoria principal y los periféricos de entrada y salida.

2.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LOS MICROPROCESADORES

Frecuencia del reloj o número de operaciones elementales (ciclos de ejecución) por segundo que puede realizar (en hercios)

Tamaño de los datos con los que puede operar (en bits)

Número de transistores que contienen (en micras)

Potencia o energía consumida por segundo (en vatios)

Número de operaciones por segundo (en Mips o Mflops)

Cantidad de memoria que pueden usar como máximo (en bytes)

Está formado por:

2.2.LA MEMORIA PRINCIPAL

Almacena la información que necesita el microprocesador para funcionar

Módulo de RAM Memoria BIOS Pila o acumulador

2.2.1.PARTES DE LA MEMORIA PRINCIPAL

Memoria ROM_BIOS: de solo lectura. No se borra aunque se apague el ordenador, por lo que se usa para guardar el programa de arranque.

Memoria RAM: de lectura y escritura. Pierde su contenido al apagar la alimentación, al ser muy rápida se emplea para cargar los datos y programas en ejecución.

Memoria RAM-CMOS: de lectura y escritura, almacena información sobre la configuración del equipo, la fecha y la hora. Requiere una pequeña pila o acumulador para no perder su información.

Memoria Caché o interna: se emplea para el almacenamiento de datos, instrucciones y resultados de uso inmediato. Actualmente integrada en el microprocesador .

Está formado por:

2.3.EL SISTEMA DE ENTRADAS Y SALIDAS

Formada por los puertos y sus conexiones al bus de comunicación.

Auxiliado por el chipset, conecta con el microprocesador y con los periféricos tanto externos (teclado, impresora, etc.) como internos (unidades de disco, tarjeta de sonido, etc.)

2.4. FUNCIONAMIENTO DE UN SISTEMA MICROPROCESADOR

3. PUERTOS DE COMUNICACIÓN

Puertos específicos: Dedicados a la conexión de un periférico concreto.

Suelen venir marcados con un símbolo del periférico al que están destinados.

Puertos Genéricos: Permiten la conexión de periféricos diversos.

Tomas donde se conectan los periféricos con la placa base. Se sitúan en el panel trasero o en el frontal del ordenador . Tipos:

3.1. TIPOS DE PUERTOS DE COMUNICACIÓN

3.1. TIPOS DE PUERTOS DE COMUNICACIÓN II

4.TARJETAS DE EXPANSIÓN

También llamadas tarjetas de ampliación

Añaden funciones al ordenador

Hacen de intermediarias en la conexión de dispositivos

Facilitan la reparación y la evolución del hardware, ya que se pueden sustituir fácilmente

TIPOS DE TARJETAS DE EXPANSIÓN 4.1.TARJETA GRÁFICA 4.2.TARJETA DE SONIDO 4.3.OTRAS

4.1. LA TARJETA GRÁFICA

También llamada adaptador de vídeo

Es la intermediaria entre la placa base y el monitor.

Interpreta la información que recibe para presentar las imágenes que vemos en pantalla, liberando al microprocesador del control del monitor.

Es imprescindible para utilizar un entorno gráfico de trabajo como Windows.

Existen muchas tarjetas gráficas.

Tarjeta PCI express Tarjeta s AGP

Las posibilidades de las tarjetas gráficas dependen de:

La cantidad de memoria RAM , que condiciona la resolución o número de puntos por pantalla (píxeles)

El tamaño de los datos para cada punto (nº de bits), que condiciona la cantidad de colores que puede representar.

La velocidad de proceso , que afecta a la rapidez con que se muestran las imágenes.

La capacidad de soportar gráficos 2D y 3D

La compatibilidad con los sistemas de presentación de vídeo: VGA, SVGA, S-Vídeo, etc.

4.2. LA TARJETA DE SONIDO

Permite la grabación y la reproducción de sonidos en el PC

Proporcionan las siguientes conexiones:

Tienen una entrada de micrófono y dos salidas para altavoces , y es frecuente que incorporen un controlador de unidades ópticas.

- Algunas tarjetas traen un puerto MIDI para la conexión de instrumentos musicales digitales que también sirve para acoplar dispositivos de juego.

4.3. OTRAS TARJETAS

Tarjeta de red. Permite conectar los ordenadores entre sí para formar una red de comunicación.

Módem interno. Hace de intermediario para la transmisión y recepción de datos a través de la línea telefónica.

Sintonizador de televisión y radio . Capta las señales para que sean reproducidas a través de un programa.

Ampliación de puertos. Proporcionan puertos adicionales de cualquier tipo: USB, de infrarrojos, etc.

5. LOS PERIFÉRICOS

Facilitan el intercambio de información entre los usuarios y el ordenador

Pueden ser:

5.1. PERIFÉRICOS DE ENTRADA 5.2. PERIFÉRICOS DE SALIDA 5.3. BIDIRECCIONALES

5.1. PERIFÉRICOS DE ENTRADA

El teclado

El ratón

Periféricos multimedia

y de juego

Periféricos específicos

y profesionales

5.2. PERIFÉRICOS DE SALIDA

Permiten obtener imágenes, sonidos y textos a partir de la información digital

Los más habituales son:

5.2.1. EL MONITOR 5.2.2. LA IMPRESORA

5.2.1. EL MONITOR

Tamaño de la pantalla: definido por la longitud de la diagonal(14,17,21 pulgadas)

Los píxeles: son los puntos luminosos en que se divide la pantalla. Se forma con tres colores rojo, verde y azul.

El nº de colores: Pueden ser 16 (4 bits), 256 (8bits), 65.536 (16bits)

Los ajustes de la imagen: brillo y contraste

La resolución de la pantalla: depende de su nº de píxeles, indicado como el nº de columnas por filas de píxeles: 800x600, 1024x735, etc.

Presenta la información en forma de imágenes, cuya calidad depende de:

5.2.2. LA IMPRESORA

La resolución es el nº de puntos por pulgada cuadrada (ppp o dpi) que imprime.

La velocidad de impresión se mide en páginas por minuto (ppm) o en caracteres por segundo (cps)

Permite pasar los documentos de texto e imágenes a papel. Se diferencian unas de otras en:

5.3. BIDIRECCIONALES

Módem: permiten la conexión del ordenador a una línea telefónica

Router: conecta 1 o más ordenadores entre sí, a la línea telefónica o a la línea ADSL.

Pantalla táctil

Impresoras multifunción: integran escáner, impresora, fotocopiadora, fax

Permiten la entrada o la salida de datos indistintamente. Los más habituales son:

6. LAS MEMORIAS DE ALMACENAMIENTO MASIVO

Soportes distintos de la memoria principal que se utilizan para guardar grandes cantidades de información.

Resultan más lentos para la lectura y escritura de datos

Según el método se clasifican:

6.1 Almacenamiento magnético 6.2. Almacenamiento óptico 6.3. Almacenamiento eléctrico

6.1 Almacenamiento magnético.

En las unidades de almacenamiento magnético, cada bit se graba imantando una zona superficial microscópica

Hay varias clases y todas ellas admiten lectura y escritura

La unidad de almacenamiento que vamos a estudiar es el disco duro.

6.1 Almacenamiento magnético.

Discos flexibles o disquetes

Discos duros Formados por platos metálicos sobre los que se desliza el cabezal de lectura y escritura. Son muy sensibles, por lo que se encuentran sellados y anclados al bastidor para evitar que se dañen. Pueden almacenar cientos de Gigabytes.

En las unidades de almacenamiento magnético, cada bit se graba imantando una zona superficial microscópica Hay varias clases y todas ellas admiten lectura y escritura:

Estructura física de un disco duro

En un disco duro la información se almacena en unos finos discos , de aluminio, recubiertos por material sensible a alteraciones magnéticas.

El nº de discos existentes varía según la capacidad de la unidad.

Se encuentran agrupados unos sobre otros y atravesados por un eje

Giran continuamente a gran velocidad de la cual depende el rendimiento de la unidad (el tiempo de acceso )

Estructura física de un disco duro

Para medir la velocidad de un disco duro, se utiliza la suma de dos factores:

- tiempo medio de búsqueda (es el que tarda el cabezal en desplazarse a una pista determinada)

- Latencia (tiempo que emplean los datos en pasar por el cabezal). Actualmente la velocidad de rotación de las unidades es de 7.200 rpm e incluso 10.000 rpm.

Funcionamiento de las unidades magnéticas

Cada disco posee dos diminutos cabezales de lectura/escritura , uno en cada cara que se encuentran flotando sobre la superficie del disco sin llegar a tocarlo, a una distancia de unas 3 ó 4 micropulgadas.

Estas cabezas generan señales eléctricas que alteran los campos magnéticos del disco, dando forma a la información.

- Para escribir un bit : Se envía un impulso eléctrico al bobinado del cabezal de escritura, creando un electroimán que induce un imán microscópico (dipolo magnético) sobre la superficie del disco.

- Para leer un bit: Se desliza el cabezal de lectura sobre uno de los dipolos de la superficie, lo que induce una corriente o impulso eléctrico que se interpreta como un 1 o un 0 egún su sentido ( que depende de la orientación del dipolo

Estructura lógica de un disco duro

La superficie del disco se divide en anillos concéntricos o pistas.

Las pistas se dividen en tramos de una misma longitud, llamados sectores (un sector contiene 512 bytes).

Los sectores suelen agruparse en clusters o unidades de asignación .

Otro concepto es el de cilindro , usado para describir las pistas que tienen el mismo número pero en diferentes discos.

La capacidad de un disco se mide con: nº de sectores por pistas, nº de cabezas y nº de cilindros (notación CHS).

6.2. Almacenamiento óptico

Discos extraíble que admiten lectura o lectura y escritura dependiendo del tipo de disco y de la unidad que los maneja.

Formados por una lámina de aluminio reflectante recubierta con una capa protectora de plástico.

En estos discos los sectores cruzan una única pista en espiral que recorre todo el disco y facilita la reproducción de las grabaciones de audio y vídeo.

Tipos:

CD-ROM: Disco solo de lectura, capaz de almacenar hasta 700 MB de datos o 80 minutos de sonido digital CD-RW: Disco regrabable DVD: Disco que almacena varios gigabytes. Existen: DVD-R (grabables) y DVD-RW (regrabables)

Funcionamiento de las unidades ópticas

Para escribir un bit : Se emplea un láser potente que produce una quemadura sobre la superficie de aluminio del disco, dejando una muesca grabada cuando se escribe un “1”

Para leer un bit: Se emplea un láser de baja potencia que se refleja o absorbe al incidir sobre las muescas grabadas en el disco, lo que se interpreta coomo un “1” o un “0” por los circuitos de control.

La velocidad de una unidad óptica para grabar, regrabar o leer se expresa como múltiplo de 150 kilobits/s.

Una unidad de 48x(grabar) 24x(regrabar) 48x (leer) significa que graba y lee a 48x150= 7.200 kilobites/s y regraba a 24x150= 3.600 kilobits/s.

6.3. Unidades de almacenamiento eléctrico (memorias flash)

Almacenan la información con o sin carga eléctrica por tiempo indefinido , aunque se desconecten de la alimentación.

Se fabrican con materiales semiconductores, formando circuitos integrados con millones de celdillas que almacenan los datos en forma de cargas eléctricas.

Para escribir un bit se inyecta una pequeña corriente eléctrica en un terminal de un transistor de tipo MOSFET, que pasa a almacenar cierta cantidad de carga eléctrica. Así se considera que almacena un “1”

Para leer un bit se comprueba el estado de carga del transistor MOSFET.

Son veloces, regrabables y permanentes.

Su capacidad de almacenamiento es superior a 1GB , son unidades de almacenamiento extraíbles , llamadas drives o discos duros virtuales.

7.LAS REDES DE ORDENADORES

Las redes de comunicación de datos son utilizadas para que varios ordenadores se comuniquen y puedan intercambiar datos e información, a la vez que se comparten recursos (impresoras, programas, etc.).

Según las dimensiones que alcanzan se distinguen:

7.1. REDES LAN (Local Area Network)

7.2. REDES MAN (Metropolitan Area Network)

7.3. REDES WAN (Wide Area Network)

7.1. REDES LAN (Local Area Network)

Sistema de comunicación entre ordenadores que permite compartir información, a pequeña distancia .

Estas redes son usadas para la interconexión de ordenadores personales y estaciones de trabajo.

Se caracterizan por: tamaño restringido, alta velocidad y distintas formas de conectar los equipos (topología).

Son redes con velocidades entre 10 y 100 Mbps, tiene baja latencia y baja tasa de errores.

Dentro de este tipo de red esta INTRANET, red privada que utiliza herramientas tipo internet, pero disponible solamente dentro de la organización.

Topologías de redes LAN LINEAL Los ordenadores se conectan uno tras otro a la línea de transmisión. La red solo se ve afectada por fallos en línea. ANILLO La línea de transmisión se cierra a través de las conexiones de los equipos. El fallo de un equipo causa el fallo de la red. EN ESTRELLA Los ordenadores se conectan a un nodo común que gestiona las comunicaciones de todos ellos. La red se ve afectada por fallos en el nodo central. BUS ÁRBOL

7.2. REDES MAN (Metropolitan Area Network)

Son redes de áreas metropolitanas que abarcan una pequeña población.

Conectan distintos segmentos de redes LAN por líneas de alta velocidad, normalmente de fibra óptica, que admiten un volumen de datos elevado.

Tienen mayor nº de nodos o puntos de conexión que las LAN.

7.3. REDES WAN (Wide Area Network)

Son redes de área extensa que conectan ciudades, países o continentes.

Suelen ser de uso compartido o público , con largas líneas que registran un tráfico enorme de datos, por lo que consiguen velocidades de transmisión más bajas que las redes LAN y MAN

Elementos de una red local

8. LOS MEDIOS DE TRANSMISIÓN PARA REDES

Es el soporte físico utilizado para el envío de datos por la red.

La mayor parte de las redes existentes en la actualidad utilizan como medio de transmisión cable de par trenzado, cable coaxial, y el cable de fibra óptica.

También se utiliza el medio inalámbrico que usa ondas de radio, microondas o infrarrojos, estos medios son más lentos que el cable o la fibra óptica.

Cualquier medio físico o no, que pueda transportar información en forma de señales electromagnéticas se puede utilizar en redes locales como medio de transmisión.

Las líneas de transmisión son la espina dorsal de la red , por ellas se transmite la información entre los distintos nodos. Para efectuar la transmisión de la información se utilizan varias técnicas, pero las más comunes son: la banda base y la banda ancha.

Los diferentes tipos de red: EtherNet, TokenRing, FDDI, etc. pueden utilizar distintos tipos de cable y protocolos de comunicación.

8.1. Cable de par trenzado

El par trenzado consta como mínimo de dos conductores aislados trenzados entre ellos y protegidos con una cubierta aislante. Un cable de este tipo habitualmente contiene 1, 2 ó 4 pares, es decir: 2, 4 u 8 hilos.

Ventajas: el cable es bastante barato y fácil de instalar y las conexiones son fiables.

Desventajas: gran atenuación de la señal a medida que aumenta la distancia. Y son muy susceptibles a interferencias eléctricas.

Par trenzado Cable de par trenzado

8.2. Cable coaxial

Consiste en dos conductores concéntricos, separados por un dieléctrico y protegido del exterior por un aislante

Ventajas:

Protección de las señales contra interferencias eléctricas debida a otros equipos, fotocopiadoras, motores, luces fluorescentes, etc.

- Puede cubrir distancias relativamente grandes, entre 185 y 1500 metros dependiendo del tipo de cable usado.

8.3. Fibra óptica

Medio de transmisión utilizado para formar la "espina dorsal" de grandes redes.

Las señales de datos se transmiten a través de impulsos luminosos y pueden recorrer grandes distancias (del orden de kilómetros) sin que se tenga que amplificar la señal .

Por su naturaleza, este tipo de señal y cableado es inmune a las interferencias electromagnéticas y por su gran ancho de banda (velocidad de transferencia), permite transmitir grandes volúmenes de información a alta velocidad.

La fibra óptica es idónea para redes de alta velocidad a grandes distancias , con flujos de datos considerables, así como en instalaciones en que la seguridad de la información sea un factor relevante.