Funcionamiento de CPU - ITESCAM

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

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R0
Rm
ALU
A
2.2 ELEMENTOS DEL PROCESADOR(II)
RM DM
CY
AC
S
Z
P
O
SP PC
SW
Reloj
IR
Lógica de Control
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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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PARTES DE UN PERIFÉRICO
2.5 PERIFÉRICOS (II)
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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Tipos de impresoras utilizados:
2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (IX)
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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Impresoras láser:
2.5 PERIFÉRICOS (Dispositivos de salida) (X)
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.
Tipos:
CD-ROM:
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.
- 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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