Arquitectura del computador

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Arquitectura del computador

  1. 1. Arquitectura del ComputadorHardware & SoftwarePreguntas introductorias al Tema:¿Dónde se lleva a cabo el procesamiento de los datos en unacomputadora?En la Unidad Central de Procesamiento (CPU)¿Qué unidades conforman el procesador? • Unidad Aritmética-Lógica (UAL) • Unidad de Control (UC)¿La Unidad Central de Procesamiento forma parte del hardware?La CPU o procesador es un componente físico, un chip¿Cuál es la función de la UAL?Ejecutar las operaciones aritméticas y lógicas con los datos.¿Cuál es la función de la UC? • Administrar los recursos de la computadora. • Dirigir el flujo de datos hacia la UAL.Hardware:El hardware se refiere a todos los componentes físicos (que se pueden tocar),en el caso de una computadora personal serían los discos, unidades de disco,monitor, teclado, la placa base, el microprocesador, étc.Según VON NEWMANNNuestro computador esta conformado cuatroelementos básicos siguientes Elementos: • Procesador:El microprocesador, micro o "unidad central de procesamiento", CPU es uncircuito integrado que sirve como cerebro de la computadora. En el interior deeste componente electrónico existen millones de transistores integrados.Suelen tener forma de prisma chato, y se instalan sobre un elemento llamadozócalo. También, en modelos antiguos solía soldarse directamente a la placa
  2. 2. madre. Aparecieron algunos modelos donde se adoptó el formato de cartucho,sin embargo no tuvo mucho éxito.Actualmente se dispone de un zócalo especial para alojar el microprocesador yel sistema de enfriamiento, que comúnmente es un ventilador (cooler). Elmicroprocesador está compuesto por: registros, la Unidad de control, la Unidadaritmético-lógica, y dependiendo del procesador, una unidad en coma flotante. • Dispositivo de Almacenamiento :Se llama disco duro o disco rígido (en inglés hard disk, abreviado confrecuencia HD o HDD) al dispositivo encargado de almacenar información deforma permanente en una computadora.Los discos duros generalmente utilizan un sistema de grabación magnéticadigital. En este tipo de disco encontramos dentro de la carcasa una serie deplatos metálicos apilados girando a gran velocidad.Sobre estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir losimpulsos magnéticos. Hay distintos estándares a la hora de comunicar un discoduro con la computadora. Los más utilizados son Integrated Drive Electronics(IDE), SCSI, y SATA, este último estandarizado en el año 2004. • Dispositivos de Entradas y SalidasTambién abreviado E/S o I/O (del original en inglés input/output), es lacolección de interfaces que usan las distintas unidades funcionales(subsistemas) de un sistema de procesamiento de información paracomunicarse unas con otras, o las señales (información) enviada a través deesas interfaces.Las entradas son las señales recibidas por la unidad, mientras que las salidasson las señales enviadas por ésta. El término puede ser usado para describiruna acción; "realizar una entrada/salida" se refiere a ejecutar una operación deentrada o de salida. Los dispositivos de E/S los usa una persona u otro sistemapara comunicarse con una computadora.Ejemplos de Dispositivos de Entrada:Mouse, Teclado, Escáner, Micrófono, Lector de Barras, Lápiz óptico etc.Ejemplos de Dispositivos de Salida:Monitor, Parlantes, Impresora, CDRW, DVDRW, Llaves maya etc.Cabe destacar que podemos encontrar dispositivos hardware que puedencumplir ambas funciones, Ejemplos: Impresoras con escáner (Combos),DVDRW, Monitores Touch Screen etc.
  3. 3. • Memoria:RAM es el acrónimo inglés de Random Access Memory Module (memoria deacceso aleatorio ó memoria de acceso directo). Aunque se utiliza paradenominar las memorias que pierden sus datos cuando se dejan de alimentarLas RAMs se dividen en estáticas y dinámicas. Una memoria RAM estáticamantiene su contenido inalterado mientras esté alimentada. En cambio en unamemoria RAM dinámica la lectura es destructiva, es decir que la información sepierde al leerla, para evitarlo hay que restaurar la información contenida en susceldas, operación denominada refresco.Las memorias se agrupan en módulos, que se conectan a la placa base de lacomputadora. Según los tipos de conectores que lleven los módulos, seclasifican en Módulos SIMM (Single In-line Memory Module), con 30 ó 72contactos, módulos DIMM (Dual In-line Memory Module), con 168 contactos ymódulos RIMM (RAMBUS In-line Memory Module) con 184 contactos.Existen dos categorías de memoria, RAM y ROM.Características de la memoria ROM • Permanente • El fabricante graba información en ella, que no puede ser borrada o alterada.Contenido de la memoria ROMInstrucciones para iniciar la operación del computador.¿Porqué se llama “firmware” a la memoria ROM?Porque es resultado de la integración de hardware y software.Características de la memoria RAM • Volátil • Su contenido cambia constantemente según se ejecutan diferentes programas y se procesan nuevos datos. • La localización de los datos es aleatoria. • Todos los programas y datos que se están procesando en un momento específico, porque ellos deben ser transferidos a la memoria RAM para poder ejecutarse. • Si la computadora tiene poca memoria RAM, la frecuencia de transferencia de datos y programas entre la RAM y el disco duro es más Lenta • La Memoria RAM, se mide en Megabytes y Gigabytes
  4. 4. Memoria CacheLas memorias caché están compuestas por dos elementos distintos unos aotros, un directorio que almacena etiquetas que identifican la dirección dememoria almacenada, y bloques de información, todos de igual tamaño, queguardan la información propiamente dicha. Por lo cual este tipo de memoria noes de tipo temporal como la RAM.Una memoria caché es una memoria en la que se almacenas una serie de datospara su rápido acceso. Existen muchas memorias caché (de disco, de sistema,incluso de datos).Básicamente, la memoria caché de un procesador es un tipo de memoriavolátil (del tipo RAM), pero de una gran velocidad.En la actualidad esta memoria está integrada en el procesador, y su cometidoes almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accedecontinuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantáneos. Estasinstrucciones y datos son aquellas a las que el procesador necesita estaraccediendo de forma continua, por lo que para el rendimiento del procesador esimprescindible que este acceso sea lo más rápido y fluido posible.Hay tres tipos diferentes de memoria caché para procesadores:Caché de 1er nivel (L1):Esta caché está integrada en el núcleo del procesador, trabajando a la mismavelocidad que este. La cantidad de memoria caché L1 varía de un procesador aotro, estando normalmente entra los 64KB y los 256KB. Esta memoria suele asu vez estar dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otrapara datos.Caché de 2º nivel (L2):Integrada también en el procesador, aunque no directamente en el núcleo deeste, tiene las mismas ventajas que la caché L1, aunque es algo más lenta queesta. La caché L2 suele ser mayor que la caché L1, pudiendo llegar a superarlos 2MB.A diferencia de la caché L1, esta no está dividida, y su utilización está másencaminada a programas que al sistema.Caché de 3er nivel (L3):Es un tipo de memoria caché más lenta que la L2, muy poco utilizada en laactualidad.
  5. 5. Reloj del SistemaUn pulso electrónico usado para sincronizar el procesamiento.(Entre pulso y pulso solamente puede tener lugar una sola acciónMedido en megahertz (MHz) dónde 1 MHz= 1 millón de ciclos por segundo ogigahertz (GHz) donde 1 GHz = 1 ciclos de mil millones por segundo.De esto es lo que están hablando cuando dicen que una computadora es unamáquina de 2.4 GHz .La velocidad de su reloj es de 2.4 mil millones de ciclospor segundo.Cuanto más grande el número = más rápido el procesamientoBusesRutas o caminos físicos (cables) entre los componentes de una computadora.Los buses han evolucionado de acuerdo a los avances de las computadoras,para ayudar a la velocidad de procesamiento.Tipos de buses: • Bus de datos. Conjunto de pistas (cables) por las cuales viajan datos o pulsos, desde y hacia el procesador. Estos cables conectan la CPU con la memoria y el resto de los dispositivos de hardware. • Bus de direcciones. Pistas (cables) por donde viajan las direcciones de memoria, que permiten acceder a los datos y programas de la computadora. Estos cables conectan la CPU y la memoria RAM.Tarjeta madre (Motherboard / Mainboard)La placa base, placa madre o tarjeta madre (en inglés motherboard,mainboard ) es la tarjeta de circuitos impresos que sirve como medio deconexión entre el microprocesador, los circuitos electrónicos de soporte, lasranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y las ranurasespeciales (slots) que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales.Estas tarjetas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricostales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc...
  6. 6. Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para elfuncionamiento de la computadora, como por ejemplo las de: • Conexión física. • Administración, control y distribución de energía eléctrica. • Comunicación de datos. • Temporización. • Sincronismo. • Control y monitoreo.Para que la placa base cumpla con su cometido, lleva instalado un softwaremuy básico denominado BIOS.PilaLa pila o acumulador se encarga de conservar los parámetros de la BIOScuando el computador está apagado. Sin ella, al encender la computadoratendríamos que introducir las características del disco duro, del chipset, la fechay la hora, etc.BiosEl sistema básico de entrada/salida Basic Input-Output System (BIOS) esun código de interfaz que localiza y carga el sistema operativo en la RAM; es unsoftware muy básico instalado en la placa base que permite que ésta cumpla sucometido.Proporciona la comunicación de bajo nivel, y el funcionamiento y configuracióndel hardware del sistema que, como mínimo, maneja el teclado y proporcionasalida básica (emitiendo pitidos normalizados por el altavoz del ordenador si seproducen fallos) durante el arranque. El BIOS usualmente está escrito enlenguaje ensamblador.El ChipsetEs el conjunto (set) de chips que controlan funciones especiales delcomputador, tales como la forma en que interactúa el procesador con lamemoria RAM o con la memoria Caché, el control de los puertos y ranuras.De la calidad y características del chipset dependerán: • La obtención del máximo rendimiento del procesador. • La posibilidad de actualización del computador. • El uso de ciertas tecnologías más avanzadas para memorias y periféricos.
  7. 7. Conectores internosBajo esta denominación englobamos todos los conectores para dispositivosintegrados (internos), tales como la unidad de disquete, el disco duro, el CD-ROM o el altavoz interno.Conectores externosSe trata de los conectores para dispositivos periféricos, es decir, dispositivosque se encuentran fuera de nuestra computadora y que deben conectarse a ellapara ejecutar sus funciones.Estos conectores también reciben el nombre de “puertos” y algunos ejemplosson:Puerto para tecladoPuerto para ratónPuerto para impresora.Ranuras (slots) para tarjetas de expansiónSi requerimos conectar un dispositivo y no hay un puerto disponible, se debeinstalar una tarjeta de circuitos, que incluya el puerto necesario.A estas tarjetas se les llama “Tarjetas de expansión” y se insertan en ranurasdisponibles en la tarjeta madre.Estas ranuras son extensiones del bus de la computadora, que permitenagregar nuevos componentes de hardware.Tipos de Ranuras (Slots)Ranuras ISAArquitectura Estándar de la IndustriaSon las más veteranas, un legado de los primeros tiempos del PC.Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un máximo de 16 MB/s, suficiente paraconectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjetade video.Ranuras PCIInterconexión de Componentes PeriféricosEs el estándar actual.Pueden dar hasta 528 MB/s a 66 MHz, lo que es suficiente para casi todo tipode tarjetas de expansión, excepto quizá para algunas tarjetas de video 3D.Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas.
  8. 8. Ranura AGPPuerto Gráfico AceleradorSe dedica exclusivamente a conectar tarjetas de video 3D, por lo que sólo suelehaber una.Su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos, por lo quese usa como una ayuda para las PCI.PCI ExpressEs un nuevo desarrollo del bus PCI que usa los conceptos de programación ylos estándares de comunicación existentes, pero se basa en un sistema decomunicación serie mucho más rápido. Este sistema es apoyado principalmentepor Intel, que empezó a desarrollar el estándar con nombre de proyectoArapahoe después de retirarse del sistema Infiniband.PCI-Express es abreviado como PCIE o PCIX. Sin embargo, no tiene nada quever con PCI-X. PCI-X es una evolución de PCI, en la que se consigue aumentarel ancho de banda mediante el incremento de la frecuencia, llegando a ser 32veces más rápido que el PCI 2.1.Software:Todos los componentes intangibles de una computadora, es decir, al conjuntode programas y procedimientos necesarios para hacer posible la realización deuna tarea específica, Ejemplos: Windows, Office, Visual Basic, Pascal.FirmwarePodríamos decir que es una especie de driver (sin serlo) que llevan loscomponentes de hardware internamente. El firmware es lo que permite a tuWindows saber cual es la marca de tu grabadora de cd´s por ejemplo, saberque velocidad alcanza y que métodos de escritura soporta o asi con cualquierotro hardware.Tipos de Software • De sistema: ejemplo los sistemas operativos • De Aplicación: Ejemplo cualquier software de aplicación como office, sistema de grabación, software de edición de fotos etc. • De Programación: Son los que permiten generar nuevos software; se puede decir que son “programas para hacer programas”

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