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Parte 2.1: El Hardware Universidad Arturo Prat. "Tecnologías para la Gestión". Prof. Miguel Carrasco

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EL COMPUTADOR DIGITAL. ANTECEDENTES HISTÓRICOS

Uso de los dedos

Necesidad de contar

Piedrecillas

Ábaco

- Operaciones Manuales

- Sólo: + y -

- Desde los orígenes hasta ~ S. XVII

Primeras Reglas de Cálculo


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ANTECEDENTES HISTÓRICOS

1642 – Blaise Pascal

Primeras calculadoras mecánicas

1680 – Leibnitz

1820 – C. Babbage

1886 – H. Hollerith

+ y -

+ - * / Conceptos actuales

- Censo de EE.UU..

- Tarjetas Perforadas

- En 1924 nace IBM


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. EVOLUCIÓN DE LOS COMPUTADORES ELECTRÓNICOS

PRIMERA GENERACIÓN: 1938-1952

Basados en relees y tubos de vacío.

Máquinas grandes y de consumo elevado.

En un principio utilizaban lógica cableada y aritmética decimal.

Von Neuman introduce el programa almacenado y la lógica binaria.

Velocidad de Operación < 10.000 operaciones x seg.


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EJEMPLOS PRIMERA GENERACIÓN: 1938-1952

1942. COMPUTADOR ENIAC. ECKERT Y MAUCHLY. UNIVERSIDAD DE PENSILVANIA

ENIAC: Electronic Numerical Integrator and Computer 19.000 TUBOS DE VACÍO – 30 TONS.- 1000 M2 DE SUPERFICIE.

TIEMPO DE SUMA 0,2 m seg.


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EJEMPLOS PRIMERA GENERACIÓN: 1938-1952

1946. COMPUTADOR EDVAC. J. VON NEUMANN. UNIVERSIDAD DE PENSILVANIA

EDVAC: Electronic Discrete Variable Automatic Calculator 8 TONS.- 150 M2 DE SUPERFICIE

TIEMPO DE SUMA 0,86 m seg.


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SEGUNDA GENERACIÓN: 1953-1963

Basados en el transistor: Se reduce el tamaño, mayor confiabilidad de operación, menor costo.

Memoria de núcleos de ferrita.

Se utilizan cintas y discos magnéticos.

Aparecen lenguajes de alto nivel.

Velocidad de Operación hasta 1.000.000 operaciones x seg.


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EJEMPLO SEGUNDA GENERACIÓN: 1953-1963

1960. COMPUTADOR IBM 401.


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TERCERA GENERACIÓN: 1964-1981

Utilización de circuitos integrados.Tecnologías de pequeña y mediana escala de integración (SSI y MSI).Desarrollo importante de los Sistemas Operativos que permite el manejo de memoria, multiprogramación, tiempo real e interactividad. Aparición de los microprocesadores.Alta velocidad y densidad de integración de los CI.Aparición de los PC e incursión del computador en la industria.Mejora de la interactividad.


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EJEMPLO TERCERA GENERACIÓN: 1964-1981

1977. APPLE I


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CUARTA GENERACIÓN: 1982-?

Utilización de componentes de muy alta escala de integración (VLSI).Uso de lenguajes naturales (de quinta generación).Técnicas de segmentación.Desarrollo de los entornos multimedia y las redes de ordenadores y periféricos.


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EJEMPLO CUARTA GENERACIÓN: 1982-?

1995. INTEL PENTIUM PRO


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. LOS POSTULADOS DE VON NEUMANN

- POSEER UN MEDIO DE ENTRADA PARA INGRESAR A LA MAQUINA INSTRUCCIONES Y DATOS.

- POSEER UN MEDIO DE SALIDA PARA ENTREGAR RESULTADOS DESDE LA MÁQUINA.

- POSEER UNA UNIDAD DE ALMACENAMIENTO PARA ALMACENAR POR SEPARADO DATOS E INSTRUCCIONES.

- POSEER UNA UNIDAD DE CALCULO TANTO ARITMÉTICAS COMO LÓGICAS, PARA GENERAR LOS RESULTADOS ESPERADOS.

- POSEER UNA UNIDAD DE CONTROL POR MEDIO DE LA CUAL SE PUEDA PRODUCIR UN ACCIONAR DE CONTROL SINCRONIZADO DE LAS ANTERIORES UNIDADES.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. CONTROL POR PROGRAMA ALMACENADO

R

E

G

I

S

T

R

O

S

A

L

U

UNIDAD DE CONTROL

MEMORIA

SECUNDARIA

MEMORIA

PRINCIPAL

DISPOSITIVOS DE

ENTRADA

INTERFAZ DE

ENTRADA

DISPOSITIVOS DE

SALIDA

INTERFAZ DE

SALIDA

B U S

CPU


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. LA CPU.

CPU: UNIDAD CENTRAL DE PROCESOS

Es el corazón del computador. Se efectúan las operaciones aritméticas y lógicas, las de lectura y escritura en la memoria y las de control de entrada y salida de datos. Se compone de :

- UNIDAD DE CONTROL

- ULA

FABRICANTES IMPORTANTES: INTEL Y AMD

TIPOS DE TECNOLOGÍA:

RISC (Reduced Instrucción Set Code)

CISC (Complex Instrucción Set Code)

Los primeros utilizan menos transistores, consumen menos energía y la ejecución de las instrucciones es más rápida que los segundos.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. LA UNIDAD DE CONTROL.

LEE UNA INSTRUCCIÓN

RECONOCE SU CÓDIGO DE OPERACIÓN

RECUPERA LOS OPERANDOS O DATOS NECESARIO

ACTIVA LA U-L-A

RESULTADO SE ENVÍA AL DESTINO DESEADO

DETERMINA LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN QUE DEBE EJECUTARSE

ALMACENA EN MEMORIA ESTA NUEVA INSTRUCCIÓN

NORMALMENTE UTILIZA LOS SIGUIENTES REGISTROS:

PROGRAM COUNTER: CONTIENE LA DIRECCIÓN DE LA SIGUIENTE INSTRUCCIÓN A EJECUTAR.

INSTRUCTION REGISTER: CONTIENE LA INSTRUCCIÓN QUE SE ESTÁ EJECUTANDO.

EFFECTIVE ADDRESS REG: CONTIENE LA DIRECCIÓN DE LOS DATOS QUE HAY QUE OBTENER DE

LA MEMORIA.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. LA UNIDAD ARITMÉTICA-LÓGICA.

REALIZA OPERACIONES TIPO ARITMÉTICO COMO LÓGICAS

-SUMAS Y RESTAS

- FUNCIONES LÓGICAS: AND, OR


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. MEMORIA PRINCIPAL.

MEMORIA RAM (RANDOM ACCESS MEMORY)

- Se conoce como la memoria de trabajo del computador (~ 128Mbytes)

- Su acceso es permitido al usuario.

- Su unidad básica es 1 byte (8 bit)

1kbyte= 1024 bytes = 2^10 bytes

1Mbyte = 1.048.576 bytes = 2^10*2^10=2^20 bytes

MEMORIA ROM (READ ONLY MEMORY)

- Memoria de uso exclusivo del procesador

- Su acceso es prohibido al usuario.

- Almacena instrucciones, procedimientos y datos de control.

MEMORIA CACHE

- Memoria tipo RAM destinada a acelerar la ejecución de las instrucciones.

- Su unidad básica es idéntica a la RAM.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. MEMORIA SECUNDARIA.

DISCO DURO (Hard Disk)

- Almacena gran cantidad de información (~ Gbytes)

- Pueden ser fijos o removibles.

- Se comunica con la CPU a través de la RAM.

DISCO FLEXIBLE (Diskette)

- Se utilizan como respaldo secundarios de los discos rígidos

- Almacenamiento de baja capacidad (1,44 Mbytes).

CINTAS MAGNÉTICAS

- Respaldo alternativo a los discos rígidos y flexibles.

- Su velocidad de acceso es baja.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ANTECEDENTES HISTÓRICOS. ARQUITECTURA BASE. MEMORIA SECUNDARIA.EL DISCO DURO

Los discos duros consisten en uno o más discos metálicos cuyas superficies están cubiertas por óxido magnetizable (ferroso). Los discos están montados en un eje rotatorio que gira a más de 5.000 rpm. Para grabar y leer datos, tienen un brazo radial que permite que sus cabezas lecto-grabadoras (una por superficie) alcance cualquier posición de dichas superficies. Para escribir, la cabeza se sitúa sobre la celda a grabar y se hace pasar por ella un pulso de corriente, lo cual crea un campo magnético en la superficie. Dependiendo del sentido de la corriente, así será la polaridad de la celda. Para leer, detectará un campo magnético que según se encuentre magnetizada en un sentido u otro, indicará si en esa posición hay almacenado un 0 o un 1.

Brazo móvil

Discos o platos

Pistas

Cilindro

Parámetros importantes del HD:

- Capacidad

- Tiempo de acceso ( ~ 50mseg.)

- Velocidad de transferencia (~ 80 MB/seg)

- Velocidad de rotación ( ~ 5.000 rpm)


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. BUS DE DATOS.

BUS DE DIRECCIONES

- Contiene la dirección de la memoria o el dispositivo de E/S con el que se desea

comunicar el procesador. Es unidireccional.

-Puede acceder hasta 2^32 posiciones de memoria diferentes. (Tamaño del bus entre 16 y 32 bits.)

BUS DE DATOS

- Sirve para intercambiar datos desde el procesador hacia las unidades externas.

- Su tamaño es entre 8 y 32 bits.

BUS DE CONTROL

- Transporta los comandos y otras señales necesarias para fundamentalmente

sincronizar las actividades de E/S.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. BUS DE DATOS.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. EJEMPLO DE OPERACIÓN MATEMÁTICA.

CONFIGURACIÓN DE UN PROCESADOR BASADO EN PILAS

SP EAR PC

Memoria e Interfaz de

E/S

Unidad de

Control

IR

TEMP

ALU

F


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Operación a realizar : d = c*b + a

Set de Instrucciones:

PUSH <dir. de memoria>

- Decrementa el SP en 1

-El contenido de la dir. de memoria lo lleva a la dirección indicada por el SP.

POP <dir. de memoria>

-El contenido de la dirección de SP lo lleva a la dir. de memoria indicada .

- Incrementa el SP en 1.

ADD : Suma el registro que esta en la cima de la pila (SP) con el siguiente y el resultado queda

en la dirección del siguiente.

MUL : Multiplica el registro que esta en la cima de la pila (SP) con el siguiente y el resultado queda en la dirección del siguiente.


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d = a + b * c

15 h

Contenidodir. de

memoria

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

15 h

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

PUSH 100

SP 14 a

PUSH 101

13 b

15 h

16 g

14 a

PUSH 102

12 c

13 b

15 h

16 g

14 a

MULT ADD POP 103

12 c

13 b*c

15 h

16 g

14 a

12 c

13 b*c

15 h

16 g

14 a+b*c

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103

12 c

13 b*c

15 h

16 g

14 a+b*c

a+b*c


25


OTRO EJEMPLO d = a + b + c (Caso A)

15 h

Contenidodir. de

memoria

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

15 h

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

PUSH 100

SP 14 a

PUSH 101

13 b

15 h

16 g

14 a

PUSH 102

12 c

13 b

15 h

16 g

14 a

ADD ADD POP 103

12 c

13 c+b

15 h

16 g

14 a

12 c

13 b*c

15 h

16 g

14 a+b+c

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103

12 c

13 b*c

15 h

16 g

14 a+b+c

a+b+c


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OTRO EJEMPLO d = a + b + c (Caso B)

15 h

Contenidodir. de

memoria

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

15 h

16 g

100 a

101 b

102 c

103 d

PUSH 100

SP 14 a

PUSH 101

13 b

15 h

16 g

14 a

ADD

12

13 b

15 h

16 g

14b+a

PUSH 102 ADD POP 103

12

13 c

15 h

16 g

14b+a

12

13 c

15 h

16 g

14 a+b+c

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103 d

100 a

101 b

102 c

103

12

13 c

15 h

16 g

14 a+b+c

a+b+c


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ANÁLISIS CASOS A y B PARA d = a + b + c

PUSH 100

PUSH 101

PUSH 102

ADD

ADD

POP 103

Caso A

PUSH 100

PUSH 101

ADD

PUSH 102

ADD

POP 103

Caso B

CASO “A” OCUPA UNA POSICIÓN MAS DE MEMORIA (DIRECCION 12),

POR LO TANTO SE SELECCIONA EL CASO “B “ .


28

EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. DISPOSITIVOS DE ENTRADA.

TECLADO

SCANNER

MOUSE

WEB CAM

JOYSTICKS

LECTOR DE BARRAS


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. DISPOSITIVOS DE SALIDA.

MONITOR

IMPRESORA

PARLANTES

GRABADOR DE CD


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. OTROS ACCESORIOS.

TARJETA DE SONIDO

-Mejora el audio en especial para juegos y música.

TARJETA DE VIDEO

- Mejora todas aquellas aplicaciones que

tienen un entorno gráfico: Juegos, videos.

ACELERADOR GRAFICO

-Acelera la creación de imágenes contenidos

en videos y juegos.


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RENDIMIENTO : Capacidad que tiene un sistema para realizar un trabajo en función del valor de una determinada característica. En los computadores el rendimiento dependerá de del tiempo de ejecución o de respuesta, es decir :

RENDIMIENTO ASOCIADO A UN PROGRAMA, JOB O TAREA

Considerando los siguientes parámetros:

Fcpu : Frecuencia, No. de ciclos de reloj por seg.

Tcpu : Periodo, Tiempo que dura un ciclo (es inverso a la frecuencia)

CPI : No. de ciclos por instrucción, que aplicado a una tarea es igual a su media

aritmética ponderada:

EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. RENDIMIENTO.


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y para un tarea tendremos :

TIEMPO DE PROGRAMA :

TIEMPO DE INSTRUCCIÓN :

luego aplicando la formula de rendimiento y reemplazando la formulas tendremos :


=


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luego, PARA AUMENTAR EL RENDIMIENTO DE UN PROGRAMA:

- AUMENTAR LA FRECUENCIA DEL PROCESADOR

- DISMINUIR EL No. DE INSTRUCCIONES

- DISMINUIR EL NO. DE CICLOS POR INSTRUCCIÓN


=


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a partir de estas expresiones, podemos comparar el rendimiento de dos computadores :

ACELERACIÓN DEL RENDIMIENTO :

ACELERACIÓN DEL TIEMPO : Relación entre los tiempos que cada computador tarda en

ejecutar un programa



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otra medida de rendimiento viene dada por :

MIPS : Millones de instrucciones que ejecuta el procesador en un seg.

MIPS = ( No. total de instrucciones / tiempo tardado en seg. ) x 10^-6

( No. de ciclos de reloj * Tcpu )

( 1 / Fcpu )


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EJERCICIOS DE RENDIMIENTO

1.- Se está ejecutando un programa en computador funcionando a 25 MHz, con las instrucciones por tarea distribuidas de la siguiente manera y con los ciclos de duración siguientes:

Se pide obtener todos los parámetros del rendimiento.


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SOLUCIÓN EJERCICIO 1

CPI = (30*3 + 30*1 + 40*2) / (30+30+40) => CPI = 2

Tp = (100 * 2 ) / (25*10^6 Hz) => Tp = 8 useg.

n = ( 1 / 8 useg) => n = 0,125 / (useg.)

MIPS ( ( 25*10^6 Hz ) / ( 2)) * 10^-6 => 12,5 MIPS


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EJERCICIOS DE RENDIMIENTO

2.- Se tiene un Pentium IV con una frecuencia de trabajo de 2GHz en el cual, para calcular su rendimiento, ejecutamos un programa de prueba de 1000 instrucciones con proporciones las indicadas en la siguiente tabla.

Se pide obtener todos los parámetros del rendimiento.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. ARQUITECTURA BASE. TIPOS DE COMPUTADORES.

MAINFRAMES: (UNISYS, IBM)

- Mayor de 1.000 MIPS

- Gran cantidad de unidades de almacenamientos secundario. (GBytes)

- Sistemas de recuperación y de seguridad exclusivos

MINICOMPUTADORES: (DATA GENERAL, VAX)

-Mayor de 500 MIPS

- Arquitectura con múltiples procesadores

ESTACIONES DE TRABAJO: (HP, COMPAQ)

- MIPS entre 200 y 350

- Para gestión administrativa y operacionales en organizaciones.

- Ambiente de red.

COMPUTADORES PERSONALES (COMPAQ)

- MIPS mayor de 100

- Bajo costo, diseño modular, de buen rendimiento.

Parte 2.2: El Software Universidad Arturo Prat. "Tecnologías para la Gestión". Prof. Miguel Carrasco

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EL COMPUTADOR DIGITAL. EL SOFTWARE

DEFINICION DE SOFTWARE:

El Software es un conjunto de programas, documentos, procedimientos, y rutinas asociados con la operación de un sistema basado en un computador.

HARDWARE

SOFTWARE DE

DESARROLLO

SOFTWARE DE

APLICACIÓN

SOFTWARE BÁSICO:

SISTEMA OPERATIVO


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EL COMPUTADOR DIGITAL. SISTEMA OPERATIVO

SISTEMA OPERATIVO:

-Programas básicos encargados de la gestión y funcionamiento de los recurso del computador.

- Administra los procesos ejecutados por los usuarios, asignando a cada uno de ellos un conjunto de recursos tales como : Procesador, Memoria, Unidades de E/S, Servicio de redes, Internet, etc.

- Permite que la interacción usuario-maquina, sea lo más amigable posible, proporcionando la interfaz básica de usuario :

- Líneas de Comando

- Sistema de ventanas

- Sistema de archivos y carpetas.

- Aumenta la productividad del hardware del sistema.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. SOFTWARE DE APLICACIÓN

SOFTWARE DE APLICACIÓN:

El software para uso general ofrece la estructura para un gran número de aplicaciones empresariales, científicas y personales.

El software de hoja de cálculo, de diseño asistido por computadoras (CAD), de procesamiento de texto, de manejo de Bases de Datos, pertenece a esta categoría.

La mayoría de software para uso general se vende como paquete; es decir, con software y documentación orientada al usuario ( manuales de referencia, CD de instalación y demás ).

También existen los que realizan tareas especificas de apoyo tanto a la gestión administrativa como operativa de una empresa, en particular los que vimos en la parte 1 del curso, MRP (Material Requirements Planning), CRM (Customer Relationship Management), y otros como la Administración del RR.HH, Remuneraciones, etc.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. SOFTWARE DE APLICACIÓN. EJEMPLOS

SOFTWARE DE APLICACIÓN (Ejemplos):

PROCESADORES DE TEXTO: Word, Wordperfect.

HOJAS DE CÁLCULO: Excel, Quatro.

BASES DE DATOS: Access, Oracle.

SOFTWARE DE PRESENTACIÓN: Power Point, Adobe Acrobat.

APLICACIONES DE TELECOMUNICACIONES Y REDES: Navegadores, Chat, FTP, e-mail.

APLICACIONES GRÁFICAS DE DISEÑO: AutoCad

APLICACIONES MULTIMEDIA E HIPERMEDIA: e-commerce

APLICACIÓN GESTION EMPRESARIAL: Máximo.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. SOFTWARE DE DESARROLLO

SOFTWARE DE DESARROLLO:

- Para desarrollar aplicaciones y sistemas, usando lenguajes de programación.

- Se conciben para satisfacer requerimientos específicos en una empresa u organización.

- La construcción de una aplicación implica todo un desarrollo de un proyecto informático.


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EL COMPUTADOR DIGITAL. SOFTWARE DE DESARROLLO. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN

LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN:

PROGRAMADOR HARDWARELENGUAJE DE

PROGRAMACIÓN ALTO NIVEL

-A través de programas computacionales confeccionado por el Programador, se le indican las instrucciones que debe realizar el procesador.

- Es un lenguaje de alto nivel, porque está escrito en un lenguaje entendible por el programador.

- Un programa computacional, en una secuencia ordenada de instrucciones orientada a realizar una tarea específica.


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LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN DE ALTO NIVEL:

COMERCIALES:

COBOL (COmmon Business Oriented Languaje)

RPG (Report Program Generation)

CIENTÍFICOS:

ALGOL (ALGOrithmic Languaje)

FORTRAN (FORmula TRANslation)

MIXTOS:

BASIC (Beginners All purpose Symbolic Instruction Code)

PASCAL


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EJECUCIÓN DE UN PROGRAMA :

Escrito en lenguaje de alto nivel


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TRADUCCIÓN PROGRAMA ALTO NIVEL :

PROGRAMA FUENTE

Escrito en Lenguaje de alto

Nivel

COMPILADORPROGRAMA

OBJETO

Convertido a Lenguaje de bajo

Nivel (de Máquina)

Parte 2: El computador Universidad Arturo Prat. "Tecnologías para la Gestión". Prof. Miguel Carrasco

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EJEMPLO DE UN PROGRAMA EN PASCAL (Genera los primeros N Nos. pares )

program ejemplo;

uses wincrt;var cta,i,tot:integer;

procedure lee;begin write (' Ingrese número de términos = '); readln (tot);end;

procedure calcula;begin for cta := 1 to tot do begin i:=i+2; writeln ('término No. ', cta,' = ',i); endend;

begin lee; calcula;end.


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EN LA ACTUALIDAD EXISTEN VARIAS TÉCNICAS PARA EL ANÁLISIS DE SISTEMAS, ACTIVIDAD PREVIA A LA PROGRAMACIÓN, DONDE SE DESTACAN:

- ANÁLISIS ESTRUCTURADO

- ANÁLISIS MODELO ENTIDAD-RELACIÓN

- ANÁLISIS ORIENTADO AL OBJETO


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EL COMPUTADOR DIGITAL. BIBLIOGRAFÍA

- Barros, Oscar. Tecnología de la Información y su uso en gestión. Editorial Mc Graw Hill. 1998

- Arquitectura de Ordenadores. M. Rafiquzzman, R. Chandra. Editorial Anaya. 1990.

- Arquitectura de Microprocesadores . Autores: José Mª Angulo, José Luis Gutiérrez, Ignacio Angulo. 2003

http://www.microcontroladores.com/microprocesadores/descargas.htm

http://www.microcontroladores.com/microprocesadores/descargas.htm

parte 2.1: el hardware universidad arturo prat. "tecnologías para la gestión". prof....

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