funcionamiento de un computador

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FUNCIONAMIENTO DE UN COMPUTADOR

2.1. UNIDADES FUNCIONALES DE UN COMPUTADOR

COMPUTADOR =U. DE PROCESAMIENTO CENTRAL + PERIFÉRICOS

U. DE PROCESAMIENTO CENTRAL = CPU + MEMORIA PRINCIPAL

CPU = UC + ALU

PERIFÉRICOS= MEMORIA MASIVA + U. DE ENTRADA + U. SALIDA

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2.2 ELEMENTOS DEL PROCESADOR(I)

REGISTROS: Almacén temporal de los datos con los que va a operar la ALU o de resultados intermedios, direcciones de memoria, etc: R0........Rm y acumulador.

BIESTABLES: Están asociados al acumulador y la ALU y toman el valor 0 ó 1 en función de la ultima operación realizada por la ALU.

CY: Acarreo AC: Acarreo auxiliar (acarreo de los 4 bits menos significativos,

útil para operar en BCD) S: Indicador de signo (si el último resultado de la ALU es

negativo, por ejemplo S <- 1) Z: Indicador de cero (si el último resultado de la ALU es cero,

Z <- l) P: Indicador de paridad. O: Indicador de desbordamiento, etc.

REGISTRO DE DIRECCIÓN DE MEMORIA (DM) Y REGISTRO DE MEMORIA: El procesador y la memoria se conectan por dos buses (uno de direcciones y otro de datos) y se dispone de una señal de control que indica si se desea leer o escribir (R/W). DM: almacena la dirección de memoria a la que se desea acceder. RM: almacena el dato leído o la información a escribir

REGISTRO DE INSTRUCCIÓN (IR): Contiene la instrucción del programa que la unidad de control está ejecutando. La instrucción se capta de memoria principal y se almacena en IR.

CONTADOR DE PROGRAMA (PC): Contiene en cada momento la siguiente instrucción a ejecutar. Es un registro contador ascendente.

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2.2 ELEMENTOS DEL PROCESADOR(II)

CY

AC

Z

S

P

O

SW

ALU

RM DM

R0

Rm

SP PC

IR

Lógica de Control

RelojA

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2.3 EJECUCIÓN DE INSTRUCCIONES

PC = LA DIRECCIÓN DE MEMORIA DE LA PRIMERA INSTRUCCIÓN

SE PASA EN CONTENIDO DEL PC A DM

SE LEE EL CONTENIDO DE LA DIRECCIÓN DE DM (W=1): El registro RM pasa a contener el contenido de la memoria indicada en DM.

SE CARGA EL CONTENIDO DE RM EN IR.

SE INCREMENTA EL CONTENIDO DEL PC (si no hay salto)

SE DECODIFICA Y EJECUTA LA INSTRUCCIÓN

EJEMPLO: Suma de un dato de memoria con el contenido del acumulador. Se capta el operando de memoria, se envían los operandos a la entrada de la ALU y el resultado se carga en el acumulador.

FASES: fase de captación + fase de ejecución.

Las operaciones descritas anteriormente se denominan MICROINSTRUCCIONES y son las mas elementales. Las instrucciones máquina se componen por un conjunto de microinstrucciones.

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2.4 PROGRAMAS E INSTRUCCIONES(I)

La computadora necesita programas y los programas una computadora donde poder ejecutarse

PROGRAMA = conjunto de sentencias que se dan a una computadora indicándole las operaciones a realizar. De esta forma se procesan los datos de entrada para obtener los datos de salida.

SENTENCIAS

IMPERATIVAS O INSTRUCCIONES = órdenes para el computador DECLARATIVAS = información sobre los datos del programa

INSTRUCCIONES

DE TRANSFERENCIA DE DATOS = de memoria a la ALU, de memoria a algún dispositivo de salida, etc.

DE TRATAMIENTO = sumar datos, compararlos, etc.

DE BIFURCACIÓN O SALTOS = los programas se ejecutan

secuencialmente, pero en ocasiones es necesario alterar este orden de ejecución y realizar saltos o bifurcaciones. Ej: interrupción de la ejecución de un programa, salto a otro programa (subrutina), etc.

OTRAS = esperar que se pulse una tecla, rebobinar una cinta, etc.

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2.4 PROGRAMAS E INSTRUCCIONES(II)

LENGUAJE DE PROGRAMACIÓN = Indica los símbolos, sentencias y reglas para realizar un programa

CÓDIGO MÁQUINA = Los circuitos electrónicos de la CPU sólo pueden ejecutar instrucciones del lenguaje propio de la computadora (código máquina).

Sus instrucciones están compuestas por ceros y unos Cada instrucción está formada por dos campos: código de

operación y campo de dirección. Depende totalmente de la máquina El repertorio de instrucciones es pequeño Difícil y engorroso de programar

LENGUAJES DE ALTO NIVEL = no dependen de la computadora y facilitan la programación. Se requiere la utilización de traductores.

TRADUCTORES = Toman como entrada un lenguaje de alto nivel y generan un programa en código máquina. Tipos:

Compiladores = traducen un programa en lenguaje de alto nivel en un programa equivalente escrito en código máquina que podrá ser posteriormente ejecutado.

Intérpretes = Traducen y ejecutan instrucción a instrucción.

SISTEMAS OPERATIVOS = Es un conjunto de programas que permiten controlar y utilizar de forma cómoda y eficiente la computadora (UNIX, WINDOWS)

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2.5 PERIFÉRICOS (I)

PERIFÉRICOS: Permiten la comunicación del computador con el exterior. Permiten introducir los datos e instrucciones Proporcionan almacenamiento permanente y de gran capacidad Permiten la obtención de resultados

OPERACIONES: Realizan 6 de los 7 tipos de operaciones que pueden llevar a cabo los computadores:

Entrada Salida Almacenamiento Recuperación Transmisión Recepción

MEDIO O SOPORTE = Material empleado para almacenar datos. Ej: cinta magnética.

DISPOSITIVO = Máquina empleada para transferir datos hacia o desde un determinado medio, generalmente para su almacenamiento o recuperación.

MÓDULO = Los periféricos pueden considerarse como módulos ya que es importante lo que hacen y no el como lo hacen.

INTERFAZ = Salvan las diferencias para la interconexión entre diferentes módulos.

PUERTO E/S = Son registros conectados a algún bus del computador y se utilizan para la comunicación con los periféricos. Cada puerto tiene su dirección y la CPU ve al periférico como un puerto.

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2.5 PERIFÉRICOS (II)

PARTES DE UN PERIFÉRICO Parte mecánica: dispositivos electromecánicos controlados por

elementos electrónicos. Determinan la velocidad de funcionamiento y el tiempo medio entre averías.

Parte electrónica: interpretan las órdenes de la CPU para la

transmisión y recepción de datos y generan las señales de control para los elementos electromecánicos.

CONTROLADOR: Resuelven los problemas de conexión entre los periféricos y la CPU. Son circuitos interfaz. Problemas:

Velocidad de transmisión Longitud de palabra Niveles eléctricos Lenguaje de comunicación

Objetivos:

Selección o direccionamiento del periférico: identifica si la dirección del bus de direcciones se corresponde con su código para dar paso al intercambio de información (sólo un puerto puede acceder al bus de datos).

Almacenamiento temporal. Sincronización: la velocidad de la CPU es muy superior a la del

periférico. Control del periférico: el controlador da información de estado del

periférico a la CPU. Conversión de datos: conversiones eléctricas y lógicas. Detección de errores. Gestión de transmisión de bloques de información.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de entrada) (III)

TECLADO: cuando se presiona una tecla se cierra un conmutador y unos circuitos codificadores del controlador generan el código correspondiente al carácter seleccionado y se almacena en una memoria intermedia (buffer). Se envía una petición de interrupción a la CPU y cuando se acepte se lee el carácter del buffer. Se divide en 4 partes:

Teclado principal: Contiene los caracteres alfabéticos, numéricos y especiales, como en una máquina de escribir convencional con alguno más.

Teclado numérico: Es habitual que las teclas correspondientes a los dígitos decimales, signos de operaciones básicos y punto decimal estén repetidas para facilitar al usuario la introducción de datos numéricos.

Teclas de gestión de imagen o de control: Sobre la pantalla se visualiza una marca o cursor o indicador de posición. El cursor indica la posición donde aparecerá el siguiente carácter que tecleemos. Las teclas de gestión de imagen permiten modificar la posición del cursor en la pantalla.

Teclas de función: Normalmente distribuidas en una hilera en la parte superior del teclado. Son teclas cuyas funciones están definidas por el usuario o predefinidas por una aplicación (ejemplo F1).

RATÓN: sirve para introducir información gráfica o seleccionar coordenadas (x,y) de una pantalla. Dispone de uno o más pulsadores con los que el usuario envía órdenes al computador relacionadas con punto seleccionado en la pantalla. Se conectan por cable al puerto serie. Tipos:

Mecánico: bola + ruedecillas ranuradas(XY) + LEDs + fotosensores Ópticos: LEDs + fotosensores + alfombrilla (refleja luz hacia los

sensores). Trackball: son como los mecánicos pero con la bola hacia arriba.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de entrada) (IV)

JOYSTICK: está constituido por una caja de la que sale una palanca o mando móvil. El usuario puede mover la palanca inclinándola hacia los lados y cada movimiento de ésta se traduce en un movimiento del cursor sobre la pantalla. También dispone de unos pulsadores. Tipos:

Digital: suele tener cuatro interruptores que detectan si hay o no

movimiento en cada sentido y para cada eje. Analógico: es el que se utiliza normalmente en el PC. Así y para

detectar el movimiento en cada uno de los ejes utiliza resistencias variables que a partir de una posición que se toma como central (calibraje del joystick) se detecta el sentido dentro de cada eje.

ESCÁNER: es un dispositivo para la digitalización de documentos basado en la exploración de éstos mediante procedimientos optoeléctricos. El escáner transforma la información contenida en una página (documento o fotografía) en una señal eléctrica digital que, con la interfaz adecuada, es transmitida a un computador o a otro tipo de dispositivo Tipos:

Manuales De sobremesa De diapositivas

El sistema considera la página dividida en una fina retícula de celdas o puntos de imagen, que son iluminados por una fuente de luz. Esta luz se refleja en cada celda, y una malla de sensores optoelectrónicos convierte la luz reflejada en una cara eléctrica, o sea, en una señal analógica que luego será digitalizada. La resolución se expresa en puntos por pulgada (ppp).

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de entrada) (V)

TABLETA DIGITALIZADORA: Permiten introducir en el ordenador gráficas, figuras, planos, mapas o en general. Para esto el usuario pasa manualmente una pieza móvil (lápiz o cursor) por encima de la línea a digitalizar (como sí se calcara). Automáticamente se transfieren las coordenadas de los distintos puntos que forman la imagen. Partes:

Tablero: donde se ubica la imagen a digitalizar. Mando: para recorrer el dibujo. Circuitos de detección de coordenadas.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (VI)

MONITORES: La forma más cómoda de recibir información es a través de la vista. Lo monitores constituyen el sistema más cómodo y usual de captar las salidas de un computador. Tarjeta gráfica: su misión es manejar los datos que le llegan del bus y suministrarle al monitor las señales analógicas adecuadas en función de estos datos. Pixel: La imagen se forma físicamente con la activación selectiva de unos elementos denominados puntos de pantalla. En las pantallas de color cada pixel debe estar formado a menos con 3 puntos de pantalla, uno por cada color básico (rojo, verde y azul). Tipos:

Pantallas TRC (CRT): Son las típicas pantallas que normalmente se manejan (por la relación precio-calidad) y cuya tecnología es el tubo de rayos catódicos (TRC).

El TRC es un tubo de cristal con forma de embudo en el que se ha hecho el vacío. Este se compone de un cátodo que al calentarse emite un haz de electrones que es enfocado y dirigido convenientemente. En la parte superior tenemos un ánodo al cual se le aplica una gran diferencia de potencial con respecto al cátodo para acelerar convenientemente a los electrones. Estos acaban por chocar contra la pantalla en si, que interiormente está compuesta de fósforo, y que tras el choque emite una fosforescencia.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (VII) Pantallas planas: se busca menor volumen y menor consumo.

Disponen de dos conjuntos de electrodos, uno para las filas y otro para las columnas. Activando una fila y una columna se produce una diferencia de potencial suficiente para producir luminiscencia.

Pantallas de plasma: el emparrillado se encuentra entre una mezcla de gases. Pantallas electroluminiscentes: el espacio intermedio contiene una sustancia fosforescente (consumen más y no se dispone del color azul). Pantallas de cristal líquido: el emparrillado se encuentra rodeado de un líquido orgánico con propiedades nemáticas (deja pasar la luz si se le aplica un voltaje). Detrás de cada pixel hay un emisor de luz.

Pantallas de matriz pasiva: la diferencia de potencial se aplica a toda una fila y una columna todos los pixeles de esa fila y columna se activan algo peor contraste.

Pantallas de matriz activa: un transistor controla individualmente cada pixel mejor contraste

Parámetros que describen un monitor:

Tipo de entrelazado:

Entrelazado: refresca primero las líneas impares y luego las pares (ofreciendo como dos imágenes). Poco recomendables. No entrelazados: barren toda la imagen línea a línea.

Frecuencia de refresco Número de pixeles (horizontal x vertical) Pulgadas: indican el tamaño de la diagonal de la pantalla.

Normalmente los monitores suelen ser de 14 pulgadas, aunque también los hay de 15, 17, 20, 21, etc.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (VIII)

IMPRESORAS: Aparte de la pantalla o monitor, son el periférico de salida más habitual. Son aquellos periféricos que escriben la información de salida sobre papel. Tipos

Por el modo de impresión de los caracteres:

Impresoras con impacto: Son aquellas que para imprimir los caracteres precisan golpear sobre el papel el carácter preformado en relieve o configurado en una cabeza de escritura. (varias copias simultáneas, ruido)

Impresoras sin impacto: Se eliminan los movimientos mecánicos y el impacto con lo que se consiguen mayores velocidades y desaparece el ruido. No se pueden obtener copias simultáneas. Utilizan técnicas basadas en fenómenos térmicos, electrostáticos, químicos, así como el rayo láser.

Por el número de caracteres que pueden escribir simultáneamente:

Impresoras de caracteres: impresión carácter a carácter de forma secuencial (lentas, hasta 600cps).

Impresora de líneas: impresión línea a línea. Con un sólo golpe se imprimen simultáneamente todos los caracteres de la línea (hasta 2400 lpm).

Impresoras de páginas: Imprimen una página simultáneamente. Son las más rápidas. Se consiguen velocidades de 570 ppm (10 pps).

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (IX) Tipos de impresoras utilizados:

Impresoras matriciales: forman el carácter mediante una matriz de agujas, punto a punto. 9 ó 24 agujas (9x9 ó 24x24). Modos:

Impresoras de chorro de tinta:

Silenciosas.

Emiten un chorro de gotas de tinta ionizadas, que en su recorrido es desviado por unos electrodos que se encuentran a un potencial fijo. Cuando no se desea escribir, las gotas de tinta se desvían hacia un depósito de retorno.

Cabezas de impresión con hasta 64 aberturas de inyección, y se consiguen densidades de impresión de hasta 720 puntos por pulgada.

Pueden estar dotadas de depósitos de tinta de distintos colores, pudiendo producir imágenes en color a precios razonables.

Suelen bidireccionales (60-600 cps).

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (X)

Impresoras láser:

Son verdaderos ordenadores, con su microprocesador, RAM y puertos.

Para imprimir una página en la impresora antes hay que describir la página con el LDP (lo hace el ordenador).

También puede funcionar en modo "raster", en el que se envían los puntos de la imagen que se quiere imprimir.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de almacenamiento) (XI)

DISPOSITIVOS DE MEMORIA MASIVA O AUXILIAR: sirven para almacenar información permanente de manera que se pueda recuperar de forma automática y eficiente. Estos dispositivos tratan de solventar los problemas de la memoria principal: volatilidad y capacidad. Tipos:

Acceso secuencial: para acceder a un bloque n hay leer los n-1 anteriores.

Acceso directo: se puede leer directamente cualquier bloque.

Cinta magnética: consiste en un plástico muy flexible, recubierto de un material magnetizado (barato, gran capacidad y muy lentas) . Actualmente se utilizan para hacer copias de seguridad (backup)

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de almacenamiento) (XII)

Disco Magnético: se fundamentan en la grabación magnética de información en las superficies de un plato o disco circular recubierto de una capa de óxido magnetizable (más caros y mas rápidos que las cintas; 10 a 100 ms). Tipos:

Discos Winchester (discos duros actuales): Son paquetes de discos en los que con objeto de reducir los efectos de la suciedad ambiental, los platos están herméticamente cerrados y son fijos

- Las cabezas van más próximas a la superficie que el resto

de las unidades lográndose grandes densidades de grabación.

- El tiempo de acceso que se puede conseguir va desde 20ms a 4.2ms

- Las capacidades más normales están entre 400MB y 3GB, aunque en el mercado podemos encontrar tamaños superiores.

- No son intercambiables

Disquetes: Son pequeños discos cuyos platos son flexibles, ya que están constituidos por un material plástico.

- Son intercambiables. - Tamaños: 8", 5¼", 3½" (360K,720K,1.44MB, 2.88MB) - La grabación se puede efectuar a densidad normal, doble

densidad o alta densidad.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de almacenamiento) (XIII)

Disco Óptico: La lectura se efectúa por medios ópticos.

Alta capacidad de almacenamiento (650MB a 1 GB). El precio/bit es el más bajo de todos los dispositivos. Los soportes de información son intercambiables. La degradación o pérdida de la información es prácticamente nula La información es grabada en forma de espiral que ocupa toda la cara del disco.

Tipos:

CD-ROM:

- sólo lectura. - minúsculas perforaciones denominadas pits (que equivalen

aproximadamente a un bit) detectables por un láser.

CD-R (CD-Recordable): - WORM (Write Once, Read Many Times). - la propia unidad puede efectuar la grabación del disco

quemando determinadas zonas.

CD-E (CD-Erasable, actualmente CD-RW (Read/Write)): - son soportes de tipo WMRA (Write Many, Read Always) . En

ellos, la información se puede grabar y leer tantas veces como se desee.

- la forma de grabación es distinta a los CD-R.

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2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de almacenamiento) (XIV)

DVD (Digital Video Disk, Vídeo Disco Digital): - diseñado para almacenamiento masivo de vídeo digital, que

puede también almacenar audio de alta calidad y datos informáticos.

- gran capacidad y velocidad (4'38 GB -15'9 GB) - Dos formatos: 12 cm ó 8 cm. Se puede utilizar una sola cara

o las dos, y disponer de dos capas por cara. - DVD-R, DVD-RAM.

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