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AIng. María Gabriela Briceño Mail: mgbjobs@yahoo.comPágina: www.unefacoloniatovar.wikispaces.com

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR

ESTRUCTURA DE LA COMPUTADORA

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ESTRUCTURA DE LA COMPUTADORA

1. Estructura Básica

Entrada

Salida

E/S

ALU

Control

CPU

Memoria

Unidades Funcionales

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ESTRUCTURA DE LA COMPUTADORA

1.1. Estructura Ampliada- Según Von Newman (1952)ALU

E/SAC

Circuitos ALU

MQ

MBR

IBR

IR

PC

Circuitos de Control

MARMemoria Principal

Instrucciones y datos

Direcciones

Señales de

Control

Unidad de Control

ALU

AC = Acumulador

MQ = Multiplicador Cociente

MBR = Registro de memoria temporal

UNIDAD DE CONTROL

IBR = Registro temporal de Instrucción.

IR = Registro de Instrucción

MAR = Registro de Dirección de Memoria

PC = Contador de Programa

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Funcionamiento del ComputadorLa función básica que realiza el computador es la ejecución de programas, los cuales están compuestos por un conjunto de instrucciones almacenadas en memoria. El CPU se encarga de ejecutar dichas instrucciones.

Procesamiento de Instrucciones

1) Captación de la Instrucción: Consiste en la lectura de la instrucción de una posición de memoria.

2) Ciclo de Ejecución: Consiste en la repetición del proceso de captación de la instrucción y ejecución de la instrucción.

COMPUTADOR ACTUAL

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Objetivos del CPU

CPU

1. Captar instrucción de la memoria

2. Interpretar las instrucciones

3. Captar datos de la memoria o de E/S

4. Procesar datos con operaciones aritméticos o lógicas

5. Escribir los datos en la memoria o en E/S

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Es la encargada de realizar las operaciones aritméticas y lógicas con los datos. Los demás elementos de la computadora (Unidad de control, memoria, E/S, registros, etc.) se utilizan para suministrar datos a la ALU para que ésta los procese y emita los resultados.

1. Se basa en el uso de dispositivos lógicos digitales, los cuales almacenan dígitos binarios.

2. Los datos llegan a la ALU en registros (posiciones de memoria internas del CPU) y en registros se almacenan los resultados de las operaciones.

3. La ALU utiliza “flags” (banderas) como indicadores de los resultados de las operaciones. Estos le permitirán saber el estado de alguna operación en los registros.

UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA - ALU

UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA - ALU

Algunas Características

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MODULO DE ENTRADA/SALIDA

Un modulo de E/S es un conector mecánico que permite conectar el dispositivo al bus del sistema y que posee cierta inteligencia o la lógica necesaria para permitir la comunicación entre el periférico y el bus.

Porque los periféricos no se conectan en forma directa al bus??????

1. Hay una amplia variedad de periféricos con formas de funcionamiento diferentes.

2. La velocidad de transferencia de datos de los periféricos es menor (en algunos casos) que la de la memoria o el CPU.

3. Los periféricos utilizan datos con formatos y tamaño de palabras diferentes al computador al cual se conectan.

Concepto

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Funcionamiento de la E/S

MÓDULO E/S

CPU

E/S1. Intercambio de datos

Memoria2. Lectura/ Escritura

3. Lectura / escritura

4. DMA = Acceso directo a la memoria

Función del DMA: El modulo de E/S proporciona a la memoria las ordenes de lectura/ escritura, liberando al CPU de cualquier responsabilidad en el intercambio.

(Se especifica dirección de posición de memoria)

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Interconexión con Buses

1. Un bus es un camino de comunicación entre dos o más dispositivos.

2. Al bus se pueden conectar varios dispositivos y cualquier señal transmitida por uno de esos dispositivos esta disponible para que los otros dispositivos conectados al bus puedan acceder a ella, lo que quiere decir que se trata de un medio de transmisión compartido.

3. Solo un dispositivo puede transmitir con éxito en un momento dado, ya que si dos dispositivos transmiten durante el mismo período de tiempo sus señales pueden solaparse y distorsionarse.

4. Un bus puede estar constituido por varias líneas de comunicación, las cuales son capaces de transmitir una secuencia de dígitos binarios.

5. El bus que conecta los componentes principales del computador (CPU, memoria, E/S) se denomina Bus del Sistema.

INTERCONEXIÓN

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Estructura del Bus

1. Cada bus posee entre 50 y 100 líneas, a cada una de las cuales se le asigna un significado o función particular.

2. Los buses, a pesar de sus diversos diseños, se pueden clasificar en tres grupos funcionales: Líneas de datos, de direcciones y control.

• Líneas de Datos: Proporciona un camino para transmitir datos entre los módulos del sistema. Generalmente consta de 8,16,32 líneas distintas y cada una puede transportar un bit cada vez.

• Líneas de Dirección: Se utilizan para designar la fuente o el destino del dato situado en el bus de datos.

• Líneas de Control: Se utilizan para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y direcciones.

INTERCONEXIÓN

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Sistemas de Memoria

Las memorias de las computadoras pueden clasificarse según ciertas características que poseen:

1. Su ubicación: Memoria Interna y Memoria externa

• Memoria Interna o memoria principal

• Memoria Interna Local: En forma de registros

• Memoria Externa: Consta de dispositivos de almacenamiento periféricos (discos, cintas).

MEMORIA

2. Capacidad

• Memoria Interna: Se expresa en bytes (1 byte = 8 bits) o en palabras.

• Memoria Externa: Se expresa normalmente en Bytes.

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Memoria Principal

MEMORIA

Tipo de Memoria Clase Borrado Mecanismos de Escritura

Volatibilidad

RAM (Memoria de Acceso Aleatorio)

Lectura/ Escritura

Eléctricamente por Bytes

Eléctricamente Volátil

ROM (Memoria de solo lectura)

Solo lectura

No posible Mediante máscaras

No Volátil

ROM Programable (PROM)

Solo lectura

No posible Eléctricamente No Volátil

PROM Borrable (EPROM) Lectura Luz ultravioleta, chip completo

Eléctricamente No Volátil

Memoria Flahs Lectura Eléctricamente por Bloques

Eléctricamente No Volátil

PROM Borrable eléctricamente (EEPROM)

Lectura Eléctricamente por Bytes

Eléctricamente No Volátil

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MEMORIA CACHE

Agilizar las tareas de la computadora, ya que contiene una copia de partes de la memoria principal y cuando el CPU intenta leer algún dato de la memoria, se hace una comprobación para determinar si este dato está en la caché, si es así se entrega dicho dato al CPU; en caso contrario, la memoria principal transfiere los datos a la caché y después al CPU.

1. La memoria caché es más pequeña que la memoria principal de la computadora, pero ésta puede ser hasta cinco o seis veces más rápida.2. El caché suele estar ubicado en la tarjeta madre (Motherboard), pero a veces está integrado en el módulo del procesador.3. Su capacidad de almacenamiento de datos se mide en kilobytes (KB). 4. Mientras más caché tenga la computadora es mejor, porque tendrá más instrucciones y datos disponibles en una memoria más veloz.

FUNCIÓN

CARACTERISTÍCAS PRINCIPALES

Es una unidad pequeña de memoria ultrarrápida en la que se almacena información a la que se ha accedido recientemente o a la que se accede con frecuencia, lo que evita que el microprocesador tenga que recuperar esta información de circuitos de memoria más lentos.

CONCEPTO

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BIOS, CMOS, SETUP

BIOS. (Basic Imput Output Sistem) Es un conjunto de rutinas y procedimientos elementales que coordinan y manejan los elementos de hardware básico.

Por ejemplo, cuando el computador arranca, la BIOS contiene un miniprograma que chequea el hardware, lo inicializa y muestra por pantalla sus características más importantes (cantidad de RAM, etc).

La BIOS luego activa un disco para que se inicie el sistema operativo contenido en ese disco; pero si ese disco no está (o falla) se activa otro disco. Todo eso lo hace un programita que está en la BIOS.

Físicamente, la BIOS es un chip de memoria ROM (Read Only Memory, se suele decir ROM-BIOS) y por lo tanto no se borra al quitarle la electricidad. Pero tampoco es una memoria ROM corriente, porque puede modificarse su contenido: las BIOS actuales son actualizables (mediante un programa especial) y se las suele llamar Flash-Bios (o Flash-ROM) que técnicamente están catalogadas como EEPROM (Electrically Erasable and Programmable Read-Only Memory).

UBICACIÓN

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BIOS, CMOS, SETUP

CMOS. (Complementary Metal Oxide Semiconductor).Es un tipo de memoria que se utiliza para guardar los datos básicos de hardware y de configuración. Por ejemplo, ahí se guarda la información sobre los discos duros (cuántos y de qué características), también la fecha y la hora.

Para que esa información se mantenga, es preciso que la CMOS siempre tenga corriente eléctrica. Cuando el computador está apagado (y/o desenchufado) esa energía se obtiene de una pequeña pila o batería ubicada en la placa base.

Hace algunos años se tenía la costumbre de usar pilas recargables, que eran recargadas cuando el computador estaba encendido. Ahora se suelen usar pilas de botón, no recargables, de larga duración (tres o cuatro años).

Si se apaga el computador y además la pila carece de energía, entonces la CMOS se queda vacía. Al volver a encender el computador, es posible que la BIOS pueda detectar automáticamente los elementos de hardware, y pueda configurar (por defecto) los otros parámetros: la BIOS nos informará que hubo un problema con la CMOS y nos permitirá continuar pulsando una tecla.

Aunque arranque, lo que está claro es que siempre nos vamos a encontrar con que se perdió la información de fecha y hora.

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BIOS, CMOS, SETUP

SetUp Se llama así al programa que nos permite acceder a los datos de la CMOS y que por eso también se suele denominar CMOS-SETUP.

Este programa suele activarse al pulsar cierta/s tecla/s durante el arranque del ordenador. Usamos este programa para consultar y/o modificar la información de la CMOS (cuántos discos duros y de qué características; la fecha y hora, etc).

Lógicamente, este programa SETUP está "archivado" (guardado) en alguna parte dentro del computador y debe funcionar incluso cuando no hay disco duro o cuando todavía no se ha reconocido el disco duro: el SetUp está guardado dentro de la ROM-BIOS.

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MEMORIA EXTERNA

También se la conoce como memoria auxiliar, ésta es la encargada de brindar seguridad a la información almacenada, por cuanto guarda los datos de manera permanente e independiente de que el computador esté en funcionamiento, a diferencia de la memoria interna que solo mantiene la información mientras el equipo esté encendido.

Los dispositivos de almacenamiento son discos y cintas principalmente, los discos pueden ser flexibles, duros u ópticos.

CONCEPTO

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MEMORIA EXTERNA

1. Discos Magnéticos:

Un disco magnético es un plato circular construido con metal o plástico cubierto por un metal magnetizable. Los datos se graban en él y después se recuperan del disco a través de una bobina, llamada cabeza. Durante una operación de lectura – escritura, la cabeza permanece quieta mientras el plato rota bajo ella.

2. Memoria Óptica:

Dentro de esta clasificación se introduce el concepto de disco compacto (CD). Los sistemas más conocidos se resumen a continuación:

2.1. CD (Disco compacto): Es un disco no borrable que almacena información de audio digitalizada. El sistema estándar es un disco de 12cm y puede grabar más de 60min de tiempo de audición ininterrumpido.

2.2. CD-ROM. Disco compacto de memoria solo lectura. Es un disco no borrable usado como memoria de datos del computador. El sistema estándar usa discos de 12cm y puede grabar más 550 Mbytes.

TIPOS

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MEMORIA EXTERNA

2. Memoria Óptica (Continuación):

2.3. CD-I. Disco compacto Interactivo. Una especificación basada en el uso del CD-ROM. Describe un método que proporciona audio, video, gráficos, textos, código de máquina ejecutable en CD-ROM.

2.4. DVI. Video Digital Interactivo. Una tecnología para producir representación comprimida y digitalizada de información de video. La información se puede almacenar en u CD u otro tipo de disco. Los sistemas actuales usan CD y pueden guardar unos 20min de video en disco.

2.5. WORM. Una escritura, varias lecturas. Un disco al que se puede escribir más fácilmente que el CD-ROM. El tamaño más común es de 5,25 pulgadas, que puede guardar entre 200 y 800 Mbytes de datos.

2.6. Disco óptico Borrable: Un disco que usa tecnología óptica pero que se puede borrar y re-escribir fácilmente. Hay discos de 3,25 y 5,25 pulgadas. La capacidad típica es de 650 Mbytes.

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MEMORIA EXTERNA

3. Cintas Magnéticas:

Los sistemas de cinta usan las mismas técnicas de lectura y de grabación que los discos. El medio es una cinta de plástico flexible cubierta por un óxido magnético. La cinta y la unidad de cinta son análogas a una cinta de grabación doméstica.

Las cintas magnéticas fueron el primer tipo de memorias secundarias. Se usan todavía ampliamente como los miembros de la jerarquía de memoria de menor costo y de menor velocidad.

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PENTDRIVE

Pendrive, USB flash drive. Pequeño dispositivo para el almacenamiento de información digital que utiliza memorias flash.

1. Son muy útiles para el transporte personal de datos, desplazando en ese área a los CDs, DVDs o disquetes.

2. Pueden encontrarse memorias USB desde 32 MB hasta 60 GB y utilizan el puerto USB o por ciertas ranuras especiales (por ejemplo HP y Sony tienen las suyas y lo que varían son los tamaños) para transferir información.

3. Suelen utilizarse también para reproductores de MP3.

4. Son muy baratos, resistentes al polvo y rasguños y en teoría pueden guardar información durante 10 años y escribirse alrededor de un millón de veces.

CONCEPTO

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

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MEMORIA FLASH

Tipo de memoria no volátil que suelen ser usadas en celulares, cámaras digitales, reproductores portátiles, etc. Pueden borrarse y reescribirse.

1. Son una evolución de las memorias EEPROM que permiten que múltiples posiciones de memoria sean escritas o borradas en una misma operación mediante impulsos eléctricos. Por esta razón, este tipo de memorias funcionan a velocidades muy superiores cuando los sistemas emplean lectura y escritura al mismo tiempo.

2. Inicialmente almacenaban 8 MB, pero actualmente almacenan más de 64 GB, con una velocidad de hasta 20 MB/s.

3. Son muy resistentes a golpes, pequeñas, livianas y sumamente silenciosas.

4. Permiten un número limitado de veces que se escriben/borran, generalmente de 100 mil a un millón de veces.

CONCEPTO

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES

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PUERTOS

Los puertos son de tres tipos:

Serial: Conecta el ratón, el módem, el escáner y, en ciertos casos la impresora. El computador los reconoce internamente con las letras COM.

Paralelo: Es más rápido que el serial. Conecta la impresora o el drive para cintas de respaldo. El computador lo reconoce con las letras LPT. Estos puertos se diferencian entre sí por las características para transmitir datos a determinada velocidad.

USB: El Universal Serial Bus (USB) es una de las maneras más eficientes de agregar dispositivos externos a un computador, y si éste es portátil es mucho más ventajoso. Virtualmente todas las portátiles nuevas tienen uno o dos puertos USB.

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PUERTOS

CARACTERÍSTICAS DE LOS PUERTOS USB

1. El USB permite conectar en cadena hasta 127 periféricos. 2. Provee energía para la mayoría de los periféricos, reduciendo en gran

medida la cantidad de adaptadores de voltaje. 3. Algunos dispositivos USB como las impresoras necesitan corrientes

de energía separadas. No requiere reiniciarse el equipo después de conectar o desconectar un dispositivo, a esto se le denomina "hotswapping".

4. Una vez que se conecta un dispositivo USB, los periféricos se pueden conectar en cualquier momento y Windows los detectará automáticamente. (Solo partir del Windows 98 Segunda Edición pueden soportarse estos dispositivos en los equipos).

5. El ancho de banda del USB, permite el uso de dos tipos de periféricos: Dispositivos de bajas velocidades (teclados, ratones, etc.) a 1.5 Mbps Dispositivos de altas velocidades (cámaras, scanner) a 12Mbps. Esta es una velocidad asombrosa comprada con el típico puerto serial (115 kbps).

6. La velocidad de 12 Mbps es compartida, lo cual significa que no es posible tener dos scanner transmitiendo datos simultáneamente a esa velocidad.