definiciones de: computador, arquitectura y organización del
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Definiciones de: computador, arquitectura y organización del computador
Se puede definir la arquitectura decomputadores como el estudio de laestructura, funcionamiento y diseño decomputadores. Esto incluye, sobre todo aaspectos de hardware, pero también afecta acuestiones de software de bajo nivel.
Computador, dispositivo electrónico capaz derecibir un conjunto de instrucciones yejecutarlas realizando cálculos sobre los datosnuméricos, o bien compilando y
correlacionando otros tipos de información.
RESEÑA HISTORICA DEL COMPUTADORLa era mecánica de los computadores
Podríamos decir que las máquinas mecánicas de calcular
constituyen la "era arcaica" o generación 0 de los
computadores. Una evolución de estas máquinas son las
máquinas registradoras mecánicas que aún existen en la
actualidad. Otro elemento de cálculo mecánico que se
utilizó hasta hace pocos años fue la regla de cálculo que
se basa en el cálculo logaritmo y cuyo origen son los
círculos de proporción de Neper. Ingenios clásicos de
esa etapa fueran la máquina de Pascal, que podía
realizar sumar, restas y, posteriormente, multiplicaciones
y divisiones, y las dos máquinas de Charles Babbage: la
máquina de diferencias y la analítica. Esta última fue la
precursora de los computadores actuales.
LA ERA ELECTRÓNICA DE LOS COMPUTADORES Los computadores envasados en elementos mecánicos planteaban
ciertos problemas: La velocidad de trabajo está limitada a inercia de la partes
móviles. La transmisión de la información por medios mecánicos (engranajes,
palancas, etcétera.) es poco fiable y difícilmente manejable. Los computadores electrónicos salvan estos inconvenientes ya que
carecen de partes móviles y la velocidad de transmisión de lainformación por métodos eléctricos no es comparable a la de ningúnelemento mecánico.
El primer elemento electrónico usado para calcular fue la válvula devacío y, probablemente, el primer computadores electrónicos de usogeneral fue el E.N.I.A.C. (Electronic Numerical Integrator andcomputerr) construido en Universidad de Pennsylvania (1943-46).El primer computador de programa almacenado fue el E.D.V.A.C.(Electronic Discrete Variable Computer, 1945-51) basado en la ideade John Von Neumann, que también participó en el proyectoE.N.I.A.C. de que el programa debe almacenarse en la mismamemoria que los datos.
MARK III Y IV
PERSPECTIVAS HISTORICAS
PERSPECTIVAS HISTORICAS
PERSPECTIVAS HISTORICAS
PERSPECTIVAS HISTORICAS
PERSPECTIVAS HISTORICAS
Generaciones de ordenadores
1ª generación: (1946-1955) Computadores basados enválvula de vacío que se programaron en lenguajemáquina o en lenguaje ensamblados.
2ª generación: (1953-1964) Computadores detransistores. Evolucionan los modos de direccionamientoy surgen los lenguajes de alto nivel.
3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la posibilidad de trabajar en tiempo compartido.
4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.
El Concepto de Von Neumann
Los primeros computadores se programaban enrealidad recableándolos. Esto prácticamente equivalíaa reconstruir todo el computador cuando se requeríade un nuevo programa.
QUE PROPONE NEUMANNA diferencia de los primeros computadores, von Neumann proponía quetanto el programa como sus datos fueran almacenados en la memoriadel computador.BENEFICIOEsto no solo simplificaba la labor de programación al no tener que llevar
a cabo el recableado del computador, sino que además libraba ygeneralizaba el diseño del hardware para hacerlo independiente decualquier problema y enfocado al control y ejecución del programa.
Este concepto fue tan importante y decisivo que dio lugar alconcepto de la arquitectura de Von Neumann, aún presente ennuestros días.
La arquitectura de Von Neumann se compone de tres elementos:
1. La Unidad Central de Procesamiento (CPU, por sus siglas en inglés)
Internamente consiste de una Unidad Aritmético-Lógica (ALU),
un conjunto de registros y una Unidad de Control (CU).
1. La memoria, que es donde datos y programa es almacenado
2. Las interfaces de entrada y salida (I/O)
Esquema de la arquitectura de Von Neumann.
Hablando de Hardware
Dispositivos electrónicos interconectados que seusan para la entrada, procesamiento y salida dedatos/información.
En otras palabras, el hardware es todo lo que sepuede tocar y se puede …
… pero no se debe hacer !!
Unidad Central
Unidades de Entrada
Unidades de Salida
Unidades de Entrada y Salida.
Tarjetas de Interfaces.
Cable de conexión.
PRINCIPALES COMPONENTES DE UN SISTEMA DE COMPUTO
Unidad Central: Tarjetas de Interfaces, Tarjeta principal, Fuente de Alimentación, dispos. de almacenamiento.
Unidades de Entrada: Teclado, mouse, micrófono, CD ROM.
Unidades de Salida: Impresoras, Monitor, parlantes.
Unidades de Entrada/Salida: Unidades de Disco.
Tarjetas de Interfaces: Tarjeta de Video, Tarjeta de Sonido,
Tarjeta de Red, Tarjetas SCSI.
Cables de conexión:
Externos: cable de impresora, cable de corriente, el cable del monitor, cables de red.
Internos: Cables del disco duro, cables de la unidad de disquete
UNIDAD CENTRAL
Erradamente se le conoce a la unidad central como C.P.U, siendo esto un nombre apropiado para el
procesador. La unidad central la componen todos los dispositivos
internos de la computadora.
Tarjeta deRed Tarjeta de Sonido
Tarjeta de Video
TARJETAS DE INTERFACES
Cable de CorrienteCable Impresora
Cable ImpresoraCable de Red
Cables Externos
Puerto VGA
Teclado-Conector ps/2
Cable Interno - Conector de Corriente Tarjeta
Cables Internos -Conector IDE
CABLE INTERNO DE LA UNIDAD DISQUETE
UNIDAD CENTRALARQUITECTURA BASICA
El microprocesador
Circuitos de Entrada y Salida
Memoria ROM
Memoria RAM
Buses del sistema Bus de datos
Bus de Direcciones
Bus de Control.
LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESOFunciones que realiza
La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir como un circuitomicroscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupadel control y el proceso de datos en los ordenadores. Esta formado poruna unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y comparaciones, ytoma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsamediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registrosdonde se almacena información temporalmente, y por una unidad decontrol que interpreta y ejecuta las instrucciones.
BUSES DEL SISTEMA
Son un conjunto de conductores olíneas que se utilizan para intercambiarla información o conectar entre si losdiferentes elementos de la tarjetaprincipal.
Son como unas “autopistas” quepermiten que los dispositivos se puedancomunicar entre sí.
Bus de Datos: Bus bidireccional, por medio de la cualse intercambian los datos entre el microprocesador y lasdiferentes unidades de entrada, salida y E/S.
A mayor tamaño del bus mayor velocidad: bus de 8, 1632, y 64 bits.
Bus de direcciones: Es un bus de una sola vía( Desde elmicroprocesador hacia los periféricos) por medio de lacual se selecciona o direcciona a cual elemento se leenvía la información o desde cual se recibe.
Bus de control: Este bus activan las señales de lectura yescritura.
Clases de buses
Hay tres clases de buses: bus de datos, bus de dirección y bus de control.
Una placa base tipo ATX tiene tantas pistas eléctricas destinadas a buses,pero el numero de estas dependen del ancho de los Canales de los Busesdel Microprocesador.
64 bits para el Bus de datos y 32 bits para el Bus de Direcciones.
El "ancho de canal" explica la cantidad de bits que pueden ser
transferidos simultáneamente. Así, el Bus de datos transfiere 8 bytes a lavez.Así, el Canal de Direcciones del Microprocesador para una PC-ATX puede"direccionar" más de 4 mil millones de combinaciones diferentes para elconjunto de 32 bits de su bus.
MICROPROCESADORO
C.P.U
Bus de Datos
Circuitos de Entrada
Memoria ROM
Memoria RAM
Circuitos de Salida
Bus de Control
Bus de Direcciones
Diagrama de bloque de la Unidad Central
Identificación de los componentes de una Tarjeta Principal
Memoria ROM BIOS.
La Memoria Cache.
El chipset. (Grupos de circuitos que se encargan de establecer la comunicación entre el procesador y sus componentes internos.)
La ranuras o slot para memoria RAM.
La ranuras o slot de expansión ISA o PCI.
Conector para el teclado.
Conector para la alimentación.
La batería.
Conectores para puerto seriales. COM1, COM2
Conectores para unidades de disquetes.
Conectores IDE.
Conectores LPT.
PRINCIPIO BASICO DE FUNCIONAMIENTO DE UNA COMPUTADORA
Fuente de alimentaciónArranque
del sistema
Setup
POST
Bios
CMOS
Reloj de Tiempo
Real
Microprocesador, ROM BIOS, Buses y puertos, reloj, tarjeta de video, RAM, Teclado, Unidades de disco, etc.
4
1 2
3
Cuando se enciende el interruptor general, se ejecutan varias rutinasde la ROM BIOS que permite el arranque y la verificación de losprincipales componentes del hardware. Para hacerlo, elmicroprocesador busca la instrucción que se encuentra en la primeraposición de ésta memoria (dirección 0000H), en donde se inicia ésteprograma.
Toda computadora debe ejecutar en el momento del arranque, unasecuencia que esta definida en la ROM BIOS llamada rutina POST(Power On Selft Test- Auto prueba de encendido). La rutina incluyeuna prueba del microprocesador, de la memoria RAM, de los circuitosde soportes, de la unidad de disco flexible, del disco duro, del monitory la conexión del teclado entre otras.
Cuando la rutina POST encuentra un problema grave en uno deéstos componentes, interrumpe el proceso de arranque o “buteo”(en inglés Boot) produce un mensaje de error, llamados erroresfatales o “fatal error”, que en algunos sistemas aparecía enpantalla. También incluye la rutina POST una serie de avisosauditivos o “beeps” que ayudan a establecer que tipo de problemase está presentando.
Una vez comprobados los elementos del sistema se muestra unpantallazo y luego el microprocesador, guiado todavía por elprograma de la ROM BIOS, realiza la búsqueda del sistemaoperativo, lo busca en el disco duro principal o primario (C:) si elsistema operativo no está grabado en el disco, la computadora noarranca.
La BIOS, es un programa almacenado en la ROM, también se le llamaFIRMWARE o ROM BIOS.
CMOS, guarda los datos de la configuración del setup, tales como la cantidadde memoria instalada, tipos de discos duros etc.
LA BATERIA ES EL COMPONENTE ENCARGADA DE SUMINISTRARLE ENERGIAA LA MEMORIA CMOS.
La particularidad que tiene la CMOS, es que tiene bajo consumo de corrientepor lo que una simple batería puede suministrarle energía suficiente para sufuncionamiento por varios años.
Es el procedimiento mediante el cual los datos crudos se transforman en información útil.
Para realizar esta transformación, intervienen dos componentes de hardware:
El procesador y la memoria principal
El procesador también se conoce como: Unidad Central de Procesamiento (CPU)
Procesamiento de datos
Conociendo un poco más a Fondo …
Relación entre los elementos de Hardware
Dispositivosde Entrada
Dispositivos de Salida
Almacenamiento Secundario
Procesador(CPU)
MemoriaPrincipal
Arquitectura Von Neumann
UNIDADES BASICAS DE MEDIDA
• 1 bit = un cero o un uno.
• 1 byte = una letra, numero o signo del computador.
• 1 kilobyte = 1024 bytes.
• 1 Megabyte = 1024 Kilobytes o 1.048.576 Bytes
• 1 Gigabyte = 1024 Megabytes
Desde los inicios de la era de la computación se ha buscado un modelo eficiente para procesar datos, es decir,hardware capaz de “memorizar” datos, transformarlos y
mostrar los resultados.
Hacia 1950, John Von Neumann tuvo la idea de construir una máquina que "memorizara" una serie de órdenes y un
grupo de datos, para que pudiera luego "trabajar sola" hasta lograr un resultado.
Arquitectura Von Neumann
• Físicamente, son pequeños chips llamados microprocesadores.
• Es el “Cerebro” de la computadora.
• Es el lugar donde se manipulan los datos.
El procesador o CPU
• Compuesto por dos elementos: La Unidad de Control y la Unidad Aritmética-Lógica y Registros.
• Administra los recursos del computador, es decir, la memoria, los dispositivos de entrada, los de salida y los de almacenamiento.
• Contiene un conjunto de instrucciones básicas que permiten tal administración
• Transfiere los datos a la Unidad Aritmética-Lógica, para su procesamiento.
El procesador o CPU
La Unidad de Control (UC)
• Ejecuta operaciones aritméticas y pruebas lógicas entre operando.
• Procesa los datos mediante la manipulación de números, letras y símbolos.
El procesador o CPU
La Unidad Aritmética-Lógica (UAL)
• Presente en computadoras IBM y compatibles.
• Modelos: 8086 (año 1981), …286, 386, 486Pentium, Pentium Pro, …, Pentium IV
El procesador o CPU
Tecnología INTEL
• Presente en computadoras MacIntosh y Sun.
• Modelos: 680x0 (68000, …, 68020, …)MPC (Power PC diseñada para multimedios)G3, G4
El procesador o CPU
Tecnología Motorola
• Similar a INTEL.
• Modelos: 5x86K5K6K7 o Athlon
El procesador o CPU
Tecnología AMD
Todos equivalentes a modelos Pentium
• Se iniciaron como fabricantes de coprocesadores matemáticos.
• Orientados a PC de bajo costo y bajo desempeño
El procesador o CPU
Tecnología Cyrix
• Físicamente, son pequeños chips conectados a la tarjeta principal de la computadora.
• Almacena información vital para la operación de la computadora y para el procesamiento de los datos.
Memoria principal
Tipos de memoria principal:
1. Memoria ROM (Read Only Memory)2. Memoria RAM (Random Access Memory)
• Sólo de lectura.• Permanente (No volátil).• Los datos no pueden cambiarse.• Contiene toda la información necesaria para iniciar la operación del computador.• Su contenido lo graba el fabricante.
Memoria ROM
En las computadoras personales, es el firmware encargado
de cargar el sistema operativo del computador y verificar
los componentes de hardware disponibles.
El BIOS (Basic Input/Output System)
• De acceso aleatorio.• Temporal (Volátil).• Los datos pueden cambiarse.• Durante el procesamiento, todos los programas y datos deben ser transferidos a la memoria RAM, desde un dispositivo de entrada o de almacenamiento secundario.
Memoria RAM
• Todos los datos e instrucciones tiene una ubicación específica en la RAM, que se denomina dirección.• El contenido que se encuentra en cada dirección cambia constantemente, conforme se ejecutan diferentes programas y se procesan nuevos datos
Memoria RAM
Son placas que contienen los chips de memoria y que se conectan a la tarjeta principal de la computadora. Son las piezas que se adquieren, para ampliar la memoria RAM del computador.
Memoria RAM
Módulos de memoria
SIMM: módulo simple de memoria en línea (single in-line memory module).
Memoria RAM
Tipos de módulos de memoria
DIMM: módulo doble de memoria en línea (dual in-line memory module).
Memoria RAM
Tipos de módulos de memoria
• Alta velocidad• Puede residir en dos ubicaciones:
Dentro de la CPU (Caché L1)Entre la CPU y la memoria RAM (Caché L2)
• Almacena datos e instrucciones que la computadora usa frecuentemente.• La CPU recupera datos e instrucciones de la caché, con mayor rapidez que de la memoria RAM o de un dispositivo de almacenamiento secundario.
Memoria Caché
Memoria Caché
FUNCIONAMIENTO GENERAL DE UN COMPUTADOR
FIN