02 - estructura de un ordenador.ppt [modo de compatibilidad]...de un ordenador eduardo muñoz muñoz...

Informática AplicadaInformática Aplicada a la Economía

Tema 2:Tema 2:

Estructura de unEstructura de un Ordenador

Eduardo Muñoz Muñoz ‐2011

Objetivos

• Tipos de ordenadores:

– Según cómo representan la información

– Según su capacidad de cómputo

• Conocer la estructura de un ordenador

C l bj i l f i lid d d d d l• Conocer el objetivo y la funcionalidad de cada una de las

partes que componen un ordenador

• Tener una visión global de funcionamiento

• Conocer los distintos periféricos que existen


Capítulos

Capítulo 1: DefiniciónCapítulo 1: Definición

Capítulo 2: Clasificación de los ordenadores

C ít l 3 E t t d O d dCapítulo 3: Estructura de un Ordenador

3.1 Bus

3.2 Memoria

3.3 CPU

3.4 Unidad Aritmético‐Lógica

3.5 Unidad de Control

3.6 Ejecución de un programa

3.7 Periféricos



Capítulo 1:

D fi i ióDefinición


1. Definición

• Terminología:

Un ordenador es una máquina compuesta de elementos físicos (en su mayoría de origen electrónico) ( y g )capaz de aceptar unos datos de entrada, realizar con ellos operaciones lógicas y aritméticas con gran p g y gvelocidad y precisión, y proporcionar los resultados a través de algún medio de salida.



Capítulo 2:

Cl ifi ió d lClasificación de los ordenadores


2. Clasificación ordenadores

Clasificación según representan la información

• Sistemas analógicos:– Las magnitudes físicas pueden tomar cualquier valor dentro de un

rango prefijado. La escala de manifestaciones de sus variables no tiene discontinuidades.

– Ejemplo: utilizando señales de tensión que pueden tomar un valorEjemplo: utilizando señales de tensión que pueden tomar un valor cualquiera en el intervalo cerrado [0V – 10V].

• Sistemas digitales:g– Las magnitudes físicas solo pueden tomar valores discretos, es

decir, la escala de manifestaciones de las variables sólo tiene determinados valoresdeterminados valores.

– Ejemplo: mediante señales de tensión que sólo pueden tomar el valor 0V ó 4,5V.



SISTEMAS DIGITALES

Las señales eléctricas que circulan por un ordenadorpueden adoptar dos valores.

Esos valores discretos son el valorlógico 0 (tensiones entre 0 y 0 2 voltios)lógico 0 (tensiones entre 0 y 0,2 voltios)y el valor lógico 1 (tensiones entre 0,8 y4,5 voltios)

La zona prohibida, que los separa, va de0,3 a 0,7 voltios., ,



Clasificación según la capacidad de cómputo

• Superordenadores: – Gran potencia.

– Varios procesadores en paralelo.

– Realiza complejos cálculos científicos a gran velocidad (predicción del tiempo, trayectoria de un cohete...)(predicción del tiempo, trayectoria de un cohete...)

• Macroordenadores (mainframes): – Acceso concurrentes de una gran cantidad de

usuarios.

– Grandes bases de datos.Grandes bases de datos.

– Uso principalmente en empresas grandes y/o multinacionales (bancos, telecomunicaciones, i d t i )


industria...)


Clasificación según la capacidad de cómputo

• Miniordenadores: – Menos prestaciones que los mainframes.

– Menos usuarios concurrentes.

– Abaratamiento del coste para empresas grandes.

• Microordenadores: – Estaciones de trabajo (workstations):

• Usa recursos de ordenadores de mayor potencia.

• Uso en la ingeniería y cálculos técnicos.

– Ordenadores personales (PC):Ordenadores personales (PC):

• Fácil manejo.

• Aplicaciones sin necesidad de grandes prestaciones (Ofimática)


• Opción: Portátiles.


Capítulo 3:

E t t dEstructura de un ordenador


3. Estructura de un ordenadorLa estructura de un ordenador no es más que un conjunto decomponentes físicos interconectados unos con otros quep qinteractúan para procesar datos y dar un resultado.

La estructura de los ordenadores que usamos en la actualidad seLa estructura de los ordenadores que usamos en la actualidad sebasa en la arquitectura Von Neuman.

Cont

Memoria Central

CPU

trolad

or E

Periféricos

E/S

BUS



3 1 Bus3.1 Bus


3.1 Bus

C

Memoria Central

CPU

Contro

lad PeriféricosBUS

Ce t a or E/S

BUS

BUS


3.1 Bus

1 Bus de datos:1. Bus de datos: – Datos que se transfieren entre unidades

– Circula en ambos sentidos pero nunca simultáneamente

– Tipos:• Bus de datos interno: CPU <==> Memoria Principal

• Bus de datos externo: CPU, Memoria Principal <==> Periféricos, p

2. Bus de direcciones:– Indica la posición de memoria o periféricoIndica la posición de memoria o periférico.

3. Bus de control:

– Señales de control y de estado de las unidades.



3 2 Memoria3.2 Memoria


3.2 Memoria

3

Contro

Memoria1

CPU

olad

or E/S

PeriféricosMemoria Central

2 4 5

S

1. Registros internos del procesador

2. Memoria caché

3 Memoria principal

4. Disco magnético

5. Cinta magnética


3. Memoria principal

3.2 Memoria

Jerarquía de la memoria

1.Registros internos del procesador

2 Memoria caché

tedad

2.Memoria caché

3.Memoria principal

4.Disco magnético

+ Cost

+ Velocid

5.Cinta magnética

1 2 3 4 5

C id d


+ Capacidad

3.2 Memoria

• Es la unidad donde se almacena tanto los datos como las i i d linstrucciones de los programas.

• Existen dos tipos de memoria:1 Memoria Principal1. Memoria Principal

1. Poca capacidad de almacenamiento

2. Alto coste

3. Volátil (compuesto por circuitos electrónicos)3. Volátil (compuesto por circuitos electrónicos)

4. Mayor velocidad

5. Formada por celdas o posiciones (palabras de memoria)

2. Memoria Secundaria1. Más lenta

2. Gran capacidad de almacenamiento

3. No es volátil (soporte magnético)

4. Disco: Corto tiempo de acceso y menor capacidad

5. Cinta: Más lento pero mayor capacidad


3.2 Memoria

• Memoria Principal:Memoria Principal:– ROM (solo lectura para el sistema)

PROM (grabado inicial)+ EPROM (varias grabaciones)

+ EEPROM (varias grabaciones)

+ Memoria Flash (varias grabaciones)Memoria Flash (varias grabaciones)

– RAM (lectura y escritura)SRAM (estática)

DRAM (refresco)

• Memoria Secundaria: – Periféricos de almacenamiento


3.2 Memoria

• Memoria Caché:Memoria Caché:– Más rápida que la M. principal (hasta mil veces más)

– Alto costeAlto coste

– Capacidad pequeña

– Uso de los registros de la CPUg

• Memoria Virtual:Uso de la memoria secundaria– Uso de la memoria secundaria

– Suele ser un disco duro

– Sensación de más memoria principal– Sensación de más memoria principal


3.2 Memoria

• Memoria Central:Memoria Central:– Es la parte de la CPU donde se

almacenan las instrucciones y los datos.

– Está formada por multitud de celdas o posiciones de memoriao posiciones de memoria numeradas de manera consecutiva.

– Este hecho permite el accesoEste hecho permite el acceso directo a la información que contienen.


3.2 Memoria

• Memoria Central (Esquema):Memoria Central (Esquema):

1 2

1. Registro de Dirección de

1 2

3Memoria (RDM)

2. Registro de Intercambio de Memoria (RIM)

3

000100020003

de Memoria (RIM)

3. Selector de Memoria (SM)

…0033…

099809990999…

1499…


3.2 Memoria

• Registro de dirección de memoria (RDM): Contiene ladi ió d i d ddirección de memoria donde se encuentra o se va aalmacenar la información.

• Registro de intercambio de memoria (RIM): Registrointermedio que permite almacenar la información que seha leído desde una posición de memoria o se va a escribiren una posición de memoria.

• Selector de memoria (SM): Dispositivo que conecta lacelda de memoria cuya dirección figura en el RDM con elcelda de memoria cuya dirección figura en el RDM con elRIM. De este modo facilita la transferencia de datos tantoen el proceso de lectura como de escritura.



3 3 CPU (Unidad Central de3.3 CPU (Unidad Central de Proceso))


3.3 CPU

C

Memoria Central

Contro

lad PeriféricosCPUCe t a o

r E/S


3.3 CPU

• Es el verdadero cerebro del ordenador y gestiona todo el• Es el verdadero cerebro del ordenador y gestiona todo el sistema.

• Físicamente está formada por múltiples circuitos electrónicos que se encuentran todos ellos integrados

t t ú i hicompactamente en un único chip.

• Tareas:• Tareas:– Controlar.

– Coordinar.

– Realizar operaciones.


3.3 CPU

• CPU (Esquema):CPU (Esquema):

Memoria

Unidad de Control

Registros

Memoria Central

Unidad AritméticoAritmético ‐ Lógica


3.3 CPU

1. UAL– La UAL se encarga de realizar las operaciones

• Aritméticas (sumar, restar, multiplicar, potencias...)

• Lógicas (comparación de dos números o dos cadenas de caracteres, sumas lógicas AND o OR...)

– Sigue las indicaciones de la UC sobre los datos que ésta le suministra.

2. UC– Interpreta las instrucciones de un programa.

– La UC coordina las operaciones de la UAL.

– Controla los recursos del ordenador.

• La UAL está gestionada por la UC mediante el bus de control.



3 4 ALU (Unidad Aritmético3.4 ALU (Unidad Aritmético Lógica)g )


3.4 Unidad Aritmético Lógica

• ALU (Esquema):

RO 1 RO 2

S ñ li d d E t d (SE)CircuitosOperadores

(CIROP)

Señalizador de Estado (SE)

Registro de Resultado (RR)

Banco de Registros (BA)

Acumulador Registro 1 Registro N......


3.4 Unidad Aritmético Lógica

1. Banco de registros (BA): Constituido por 8, 16 ó 32 registros de carácter general que se emplean para almacenar datosde carácter general que se emplean para almacenar datos antes de las operaciones, los datos intermedios y las operaciones internas del procesador.

2. Circuitos operadores (CIROP): Uno o varios circuitos electrónicos que ejecutan las operaciones aritméticas y lógicasmás elementales (sumador desplazador etc )lógicas más elementales (sumador, desplazador, etc.)

3. Registros de resultados (RR): Registro especial que contiene los resultados que p q qproducen los circuitos operadores.

4. Señalizador de estado (SE): Registro que i f ió d l di iconserva información de las condiciones

eléctricas de la última operación realizada.



3 5 Unidad de Control3.5 Unidad de Control



• UC (Esquema):

Registro de Instr cciones (RI)Registro de Instrucciones (RI)Operaciones + Operandos

( ) ( )

Decodificador (D)

Reloj (R)

Registro Control de Secuencia (RCS)

Secuenciador (S)

Contador de Programa



1. Registro de control de secuencia (RCS): Denominado también contador de programa (CP) contiene la dirección de memoriacontador de programa (CP) contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.

2. Registro de instrucción (RI): Contiene la instrucción que se está g ( ) qejecutando en cada momento. La instrucción lleva el código de operación (CO), que es la acción tratada, y los operandos (O).

3. Decodificador (D): Extrae y analiza el código de operación de la instrucción en curso (que está en el RI)

4. Reloj (R): Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes (frecuencia) que determinan el instante en el que ha de comenzar cada paso de la instrucciónen el que ha de comenzar cada paso de la instrucción.

5. Secuenciador (S): Dispositivo que genera órdenes elementales que, sincronizadas con el reloj, hacen que se ejecute la orden.


q , j, q j


• Gestionar la secuencia de ejecución de las instrucciones• Gestionar la secuencia de ejecución de las instrucciones.

• Interpretar la instrucción a ejecutar.

• Controlar accesos amemoria principal.Controlar accesos a memoria principal.

• Enviar señales de control al resto de unidades.

• Analizar estado en que seAnalizar estado en que se encuentra el resto de unidades.

• Gestionar interrupciones de periféricos y temporizaciones de las secuencias de lasde las secuencias de las operaciones.



3 6 Ejecución de un Programa3.6 Ejecución de un Programa


3.6 Ejecución de un Programa

• Para que un programa pueda ser ejecutado:

– Debe estar almacenado en la Memoria PrincipalDebe estar almacenado en la Memoria Principal

– La CPU tomará una a una las instrucciones y los datos

– La CPU realiza las tareas necesarias para la ejecución

CPUMEMORIA PRINCIPAL

Unidad de Control

Programa

D t

1. Leer la instrucción

2. Leer los datosDatos

4. Escribir los datos

3b. Resultados3a. Datos y

órdenes

Unidad Aritmético Lógica


3.6 Ejecución de un Programa

• Ejemplo (Sumar 2 Números Enteros 8+3):

CPUMEMORIA PRINCIPAL

1.Sumar 2 Números. Celda 354(8) y 1089 (3)

Unidad de

Programa

Celda 354(8) y 1089 (3). Resultado Celda 714

2. Leer Datos Celda 354 (8) y 1089 (3)

Control Datos( ) y ( )

4. Escribir el resultado (11) en la celda 7143a. Instrucción

Unidad

3b. Devuelve 11Sumar y

Números 8 y 3

Unidad Aritmético Lógica



3 7 Periféricos3.7 Periféricos


3.7 Periféricos

Memoria CPU

Contro

la

P ifé iCentralCPU ad

or E/S

Periféricos

BUS


3.7 Periféricos

• Definición:

Es un dispositivo que permite transferir datos desde o hacia un determinado medio de información.

• Objetivo:

Sirve para que la CPU se pueda comunicar con el mundo exterior.


3.7 Periféricos

Clasificación según conexión al ordenador

• Periféricos locales:

Son los periféricos que se conectan directamente al ordenador.

ifé i• Periféricos remotos:

Son los periféricos que se conectan a través de una red de comunicacionestravés de una red de comunicaciones.


3.7 Periféricos

Clasificación según flujo de información

• Periféricos de entrada:

Transmiten información del mundo exterior al procesador iy memoria.

• Periféricos de salida:

Transmiten información del procesador y la memoria alTransmiten información del procesador y la memoria al mundo exterior.

• Periféricos de entrada/salida:Periféricos de entrada/salida:

Intercambio de información entre el mundo exterior y el procesador y la memoria

• Periféricos de almacenamiento:

Almacena la información, posibilitando su recuperación automática y eficiente

BD


automática y eficiente.

3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada Periféricos de Salida

• Teclado

• Ratón

• CD / DVD

• Pantalla

• Cañón

• Altavoces• CD / DVD

• Escáner

• Lector de códigos de barras

• Altavoces

• Impresora

– De Impacto

Si i t• Micrófono (Reconocimiento de voz) – Sin impacto

Periféricos de Entrada / Salida Periféricos de Almacenamiento

• Router

• Pantallas Táctiles

Periféricos de Entrada / Salida

• Disqueteras

• Unidades magneto‐ópticas

Periféricos de Almacenamiento

BD

• Reproductor multimediaUnidades magneto ópticas

• Disco Duro

• Cintas Magnéticas


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Teclado

Dispositivo que consiste en un sistema de teclas, como lasde una máquina de escribir, que permite introducir datos ud t d di iti di it lordenes a una computadora o dispositivo digital.

Un teclado realiza sus funcionesdi i l d Di hmediante un microcontrolador. Dicho

microcontrolador tiene un programainstalado para su funcionamiento,p ,responsable de la exploración matricial de las teclascuando se presionan, y así determinar cuál estápulsadapulsada.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Ratón

Un mouse o ratón es un dispositivo señalador que ayuda alusuario a trabajar dentro de la interfaz gráfica del ordenador

t do computadora.

Se utiliza con una de las manos del usuarioy detecta su movimiento relativo en dosdimensiones por la superficie plana en laque se apoya reflejándose habitualmenteque se apoya, reflejándose habitualmentea través de un puntero o flecha en elmonitor.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: CD / DVD

CD (Compact Disc): Disco óptico, similar a unCD de audio, que contiene informaciónú i t l íd N dúnicamente para ser leída. No pueden serregrabados.

Tiene una capacidad de almacenamiento queTiene una capacidad de almacenamiento queva de 600 a 700 Mb de información.

DVD (Di it l V til Di ) D i ilDVD (Digital Versatil Disc): De similarescaracterísticas que el CD, tiene como principaldiferencia la capacidad de almacenamiento quep qva de los 4.5 a 9 gigabytes.

Otra de sus ventajas es que es capaz de leer los


formatos de soportes anteriores, incluyendo CD.

3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Escáner

Es un periférico que se utiliza para convertir, mediante el usode la luz, imágenes impresas a formato digital.

Al obtenerse una imagen digital se puedecorregir defectos, recortar un área específicad l i t bié di it li t tde la imagen o también digitalizar textomediante técnicas de OCR (Reconocimientode Caracteres). Estas funciones las puede) pllevar a cabo el mismo dispositivo oaplicaciones especiales.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Lector código de barras

Escáner que por medio de un láser lee un código de barras yemite el número que muestra el código de barras, no laiimagen.

La función del escáner es leer elí b l d l ódi d bsímbolo del código de barras yproporcionar una salida eléctrica a lacomputadora, correspondiente a lasp , pbarras y espacios del código de barras.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Micrófono

Se trata de un transductor electroacústico. Su función es la detransformar (traducir) las vibraciones debidas a la presiónú ti j id b á l l dacústica, ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras, en

energía eléctrica, o grabar sonidos de cualquier lugar oelemento.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Pantalla

Dispositivo, que mediante una interfaz, muestra visualmentelos resultados del procesamiento de una computadora.

Se emplean en ordenadores portátiles, en dispositivos móviles,y como monitor de sobremesa.

En la actualidad se dan distintos tipos:

• LCD: emiten muy poca radiaciónelectromagnética y apenas generanelectricidad estática. Sin embargo secaracterizan por su alto consumo eléctrico.

• LED: De menor consumo que los LCD y másecológicos en su fabricación, aunque demomento tienen mayor coste.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Cañón Proyector

Es un aparato que recibe una señal de vídeo y proyecta laimagen correspondiente en una pantalla de proyección usando

i t d l t iti d í i li i á fijun sistema de lentes, permitiendo así visualizar imágenes fijas oen movimiento.

Utiliza una luz muy brillante para proyectarla imagen, y los más modernos puedencorregir curvas, borrones y otrasinconsistencias a través de los ajustesinconsistencias a través de los ajustesmanuales. Los proyectores de vídeo sonmayoritariamente usados en salas de

i f i lpresentaciones o conferencias, en aulasdocentes, aunque también se puedenencontrar aplicaciones para cine en casa.


p p

3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Altavoces

Es un transductor electroacústico utilizado para la reproducciónde sonido. Uno o varios altavoces pueden formar una pantallaú tiacústica.

En la transducción sigue un dobleprocedimiento: eléctrico‐mecánico‐acústico.En la primera etapa convierte las ondaseléctricas en energía mecánica y en laeléctricas en energía mecánica, y en lasegunda convierte la energía mecánica enenergía acústica.

La tarjeta de sonido permite que los sonidos emitidos seanaudibles.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Impresora

La impresora traslada el texto o la imagen generada por elordenador a diferentes tipos de soporte físico como el papel ol t t (t i )el acetato (transparencias).

Las impresoras se pueden dividir en:Las impresoras se pueden dividir en:– Impresoras de impacto: matriciales y de

margarita.

– Impresoras sin impacto: Abarcan todos losdemás tipos de mecanismos de impresión,incluyendo las impresoras térmicas, deinyección de tinta e impresoras láser.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Router (Enrutador)

Es un dispositivo de hardware para la interconexión de redesde ordenadores. Permite asegurar el tráfico de informaciónt d d t i l t l d b i jentre redes y determinar la ruta por la que debe viajar.

A pesar de que tradicionalmente losenrutadores solían tratar con redes fijasenrutadores solían tratar con redes fijas(Ethernet, ADSL, RDSI...), en los últimostiempos han comenzado a aparecer

t d it lienrutadores que permiten realizar unainterfaz entre redes fijas y móviles (Wi‐Fi,GPRS, Edge, UMTS,Fritz!Box, WiMAX...) Por tanto permite laGPRS, Edge, UMTS,Fritz!Box, WiMAX...) Por tanto permite laconexión de dispositivos inalámbricos a las redes a las que elenrutador está conectado, normalmente, por cable.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Pantalla Táctil

Una pantalla táctil (touchscreen) es una pantalla que medianteun contacto directo sobre su superficie permite la entrada ded t ó d l di iti A tú ifé idatos y órdenes al dispositivo. A su vez, actúa como periféricode salida, mostrándonos los resultados producidos.

Han llegado a ser comunes en cajerosHan llegado a ser comunes en cajerosautomáticos y en PDAs. La popularidadde los teléfonos inteligentes, de lasPDAs, de las vídeo consolas portátiles ode los navegadores de automóviles estágenerando la demanda y la aceptacióngenerando la demanda y la aceptaciónde las pantallas táctiles.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Terminales Punto de Venta (TPV)

Es un sistema informático o electrónico micro computerizadoque gestiona el proceso de venta mediante una interfaz

ibl l d daccesible para los vendedores.

Un único sistema informático o electrónico permite la creacióne impresión del recibo ticket o factura de venta (con los detallese impresión del recibo ticket o factura de venta (con los detallesde las referencias y precios) de los artículos vendidos, actualizalos cambios en el nivel de existencias de mercancías(STOCK) en la base de datos y en algunos casoscomo el gran comercio permite la autorizaciónpara el pago con tarjetas de crédito quepara el pago con tarjetas de crédito queposteriormente es transferida a las entidadesbancarias.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Disqueteras

Disquetera 3 ½: Diseñado para leer y escribir endisquetes: Pieza redonda y plana de plásticofl ibl (tí i t d 3 5 l d d diá tflexible (típicamente, de 3.5 pulgadas de diámetroy 1.44 Mb de capacidad) revestida con un materialmagnético que puede ser modificado medianteg q pimpulsos eléctricos. Actualmente en desuso.

Unidad ZIP: Se trata de unidades, normalmenteexternas, que permiten la lectura y escritura deinformación digital sobre discos que tienen unainformación digital sobre discos que tienen unacapacidad de, aproximadamente, 100 Mb.Actualmente en desuso.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Unidades Magneto ‐ Ópticas

Son unidades que utilizan una combinación de principiosmagnéticos y ópticos para la lectura y escritura de informacióndi it l b didigital sobre discos.

A parte de los CD‐R o DVD‐R vírgenes, esposible disponer de discos ópticos CD RW yposible disponer de discos ópticos CD‐RW yDVD‐RW que permite la grabación deinformación varias veces.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Discos Duros

Unidad persistente, de gran capacidad y gran velocidad deacceso a los datos contenidos en él.

Se componen de láminassuperpuestas por las que se muevenl b l t it Llas cabezas lectoras y escritoras. Lacapacidad de este dispositivo hacrecido desde los 10 Mb de los años80 hasta los 2 Tb de la actualidad.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Cintas magnéticas

Vienen siendo utilizadas para el almacenamiento masivo dedatos durante los últimos 20 años. En este tiempo se hanh h i l i ió d l i t lhecho varios avances en la composición de la cinta, laenvoltura, y la densidad de los datos.

La principal diferencia entre elLa principal diferencia entre elalmacenamiento en cintas y endiscos es que la cinta es un medio deacceso secuencial mientras que elacceso secuencial, mientras que eldisco en un medio de acceso directo.El coste de la cinta también esinferior y su capacidad puede llegarhasta los 800GB.


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