Unidad IFundamentos del Diseño de Computadoras

Máquina electrónica capaz de almacenar información y tratarla automáticamente mediante operaciones matemáticas y lógicas controladas por programas informáticos.

Concepto de Computadora

Los elementos básicos de una computadora son la memoria, el procesador o CPU (siglas en inglés para el concepto de 'unidad central de procesamiento', compuesta a su vez por la unidad de control y la unidad aritmético lógica) y los dispositivos de entrada y salida. Estos dispositivos auxiliares o periféricos son variados. Algunos de ellos son: el disco duro, el monitor, el ratón, el teclado, la impresora o los altavoces.

Módelo de Von Newmann

EDSAC

Evolución de la tecnología computacional

La evolución de las computadoras modernas está asociada con el desarrollo de los principales componentes de la electrónica

La segunda generación por el

transistorLa tercera por los

circuitos integrados

La cuarta por la integración electrónica

a muy grande escala

La quinta por la integración de

varios procesadores

La sexta por la red de supercomputadoras

La primera generación de computadoras estuvo caracterizada por los tubos de vacío

Campos de aplicación de las computadoras

MEDICINA

INDUSTRIA

AUTOMOTRIZ

Campos de aplicación de las computadoras

ENTRETENIMIENTO

MULTIMEDIA

DISEÑO

Metodologías para la medición del desempeño

El benchmark es una técnica utilizada para medir el rendimiento de un sistema o componente del mismo.

Los benchmark tienen las siguientes funcionalidades:

•Comprobar si las especificaciones de los componentes están dentro del margen propio del mismo.•Maximizar el rendimiento con un presupuesto dado•Minimizar costos manteniendo un nivel máximo de rendimiento.•Obtener la mejor relación costo/beneficio (con un presupuesto o unas exigencias dadas).

Tipos de benchmarks•Sintéticos: están especialmente diseñadas para medir el rendimiento de un componente individual de un ordenador, normalmente llevando el componente escogido a su máxima capacidad.

Alguno de los programas de Benchmark más populares son:•Crystalmark•Java Micro Benchmark•Ciusbet•Dhrystone•iCOMP•Linpack•Livermore•SuperPi•Geekbench•SPEC (SPECint y SPECfp, orientados a la unidad de enteros y punto flotante, respectivamente)

•Whetstone•Furmark•3DMark•PerformanceTest

•Aplicaciones: herramientas basadas en aplicaciones reales, simulan una carga de trabajo para medir el comportamiento global del equipo.

Ejercicios a resolver:1. Hacer un programa que calcule el factorial de cualquier tipo de número. a)Pruebe el programa para números enteros. b)Pruebe el programa para números long. c)Pruebe el programa para números flotantes. d)Pruebe el programa para números doubles.

-Corra el programa en una computadora de 32 bits y otra de 64 bits, haga los registros correspondientes. Genere un reporte de lo que resulte de cada inciso. Pruebe para calcular el factorial de 1millon.

Principios del funcionamiento de la computadora

Almacenamiento Temporal o permanente

Entrada Proceso Salida

Partes de un COMPUTADORA

Partes de un COMPUTADORA

ensamblaje

Conexiones Traseras de un

COMPUTADORA

Fundamentos de las Computadoras Digitales

Modelo Von Neumann

Entrada SalidaProcesador (CPU)

Memoria

Control

UAL REG.

La estructura básica de un computador actual sigue siendo la original de von Neumann, una máquina secuencial que ejecuta datos .

Buses

La memoria almacena las instrucciones del programa, los datos iniciales, los resultados parciales y los finales. Se accede de forma directa (RAM) a cualquier posición para realizar operaciones de lectura o escritura.

El procesador es la unidad encargada de leer y ejecutar las instrucciones. Para ello dispone de una ruta de datos constituida por un conjunto de registros (REG.), una unidad aritmético-lógica (UAL), y unos buses de comunicación; y una unidad de control, que es la encargada de generar las señales que gobiernan todos los dispositivos.

La entrada y salida constituyen la unidad para la transferencia de información con el mundo exterior

Funcionalmente la computadora tiene las siguientes características:

1) Organización lineal de la memoria .

2) Palabra de longitud fija.

3) Espacio único de direcciones.

4) Memoria única para datos e instrucciones sin diferenciar entre ambos.

5) Ejecución secuencial de las instrucciones salvo las de ruptura de secuencia.

Al modelo de von Neumann se han ido incorporando algunas aportaciones significativas entre las que destacaremos las siguientes:

Sistema de interrupciones,

Sistema de memoria caché

y Sistema de memoria virtual.

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.

La arquitectura de una computadora explica la situación de sus componentes y permite determinar las posibilidades de un sistema informático, con una determinada configuración, pueda realizar las operaciones para las que se va a utilizar.

Introducción a la Arquitectura de Computadores

La arquitectura básica de cualquier ordenador completo está formado por solo 5 componentes básicos:

- procesador, - memoria RAM,

- disco duro,

- dispositivos de entrada/salida

- y software.

Procesador Es el cerebro del sistema, encargado de procesar todos los datos e informaciones. A pesar de que es un dispositivo muy sofisticado no puede llegar a hacer nada por sí solo. Para hacer funcionar a este necesitamos algunos componentes más como lo son memorias, unidades de disco, dispositivos de entrada/salida y los programas. El procesador o núcleo central está formado por millones de transistores y componentes electrónicos de un tamaño microscópico. El procesamiento de las tareas o eventos que este realiza va en función de los nanosegundos, haciendo que los miles de transistores que contiene éste trabajen en el orden de los MHz. La información binaria se introduce mediante dispositivos periféricos que sirven de interfaz entre el mundo exterior con el usuario. Estos periféricos lo que van a hacer será traducir la información que el usuario introduce en señales eléctricas, que serán interpretadas como unos y ceros, los cuales son interpretados de una manera más rápida por la computadora, ya que el lenguaje maquina utiliza el código binario para ser interpretado por el computador.

arquitectura básica un microprocesador modernoAMD Opteron

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unidades Aritmético/Lógicas

Cache L2

Cache L2

Unidad de Interfáz con el bus

Cache L1Instrucciones

Cache L1DatosMicrocódigo

Unidad de carga y almacenamiento unidades de punto flotante

Controlador de memoriaClock

Unidad Central de Procesamiento (Central Processing Unit)

 Controla el funcionamiento de los elementos de un computador. Desde que el sistema es alimentado por una corriente, este no deja de procesar información hasta que se corta dicha alimentación

La unidad central de proceso es el corazón del computador. Controla el flujo de datos, los procesa, y gobierna la secuencia de las acciones en todo el sistema.

La CPU tiene a su vez otra estructura interna que se muestra en la Figura

·         Unidad de Control (UC): La unidad de control se encarga de leer de la memoria las instrucciones que debe de ejecutar y de secuenciar el acceso a los datos y operaciones a realizar por la unidad de proceso. La UC genera las señales de control que establecen el flujo de datos en todo el computador e interno en la CPU. Una instrucción no es más que una combinación de unos y ceros. Consta de un código de operaciones binarias para ejecutar la instrucción, la UC la almacena en un registro especial, interpreta su código de operación y ejecuta la secuencia de acciones adecuada, en pocas palabras decodifica la instrucción.·         Unidad Aritmética Lógica o ALU (por su acrónimo en ingles Arithmetic Logic Unit): Es la parte de la CPU encargada de realizar las transformaciones  de los datos. Gobernada por la UC, la ALU consta de una serie de módulos que realizan operaciones aritméticas y lógicas. La UC se encarga de seleccionar la operación a realizar habilitando los caminos de datos entre los diversos operadores de la ALU y entre los registros internos.·         Registros Internos: el almacenamiento de los resultados a la ejecución de las instrucciones en la memoria principal podría ser lento y excesivamente tendría muchos datos en el sistema de interconexión con la memoria, con lo que el rendimiento bajaría. De la misma manera también se almacenan en registros internos la configuración interna del CPU o la información durante la última operación de la ALU. 

La memoria principal de los computadores tiene una estructura similar a la mostrada en el esquema de la Figura. Se considera como una matriz de celdas en la que la memoria puede acceder a los datos aleatoriamente.

Memoria

Entrada/Salida

Los dispositivos de entrada y salida son componentes electrónicos conectados a la tarjeta madre, que proporcionan funciones tanto de entrada como de salida.

Controladordel teclado

Memoriaintermediadel teclado

Softwaredel sistema

CPU

1) Se pulsa una tecla => El controlador de teclado lo detecta.

2) El controlador de teclado envía el código de digitalización a la memoria intermedia de teclado y una solicitud de interrupción al software del sistema.

3) El software del sistema evalúa la solicitud, determina la respuesta y pasa el código a la CPU.

¿Cómo funciona el Teclado?Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12

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Q W E R T Y

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Z X C V B

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Ctrl Alt

CapsLock

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Shift

Enter

Backspace Insert Home PageUp

Delete End PageDown

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4 5 6

1 2 3

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NumLock

Home PgUp

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Enter

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+

PrintScreen

ScrollLock Pause

ScrollLock

CapsLock

NumLock

Conectores de los Teclados

En cuanto al conector, también son dos los estándares, el DIN, y el mini-DIN. El primero es el clásico de toda la vida, y aún es el habitual en equipos clónicos.El segundo, introducido por IBM en sus modelos PS/2, es usado por los fabricantes "de marca" desde hace tiempo, y es el habitual en las placas con formato ATX.

Actualmente a estandarizado a conexiones USB.

Logitech MK270

Logitech MK220

Memteq I8 Keyboard

Logitech K400

Teclados Actuales

Es un dispositivo electrónico, que detecta ciertas acciones tomadas por el usuario y, basándose en ellas, controla un apuntador.

El apuntador es un objeto (símbolo) en la pantalla, por lo general una flecha.

El ratón y los sistemas operativos basados en su uso, permiten al usuario elegir comandos desde menús y cuadros de diálogo, por lo que usar el ordenador es mucho más intuitivo.

El ratón o mouse

¿Cómo funciona?

El tipo ”más común” tiene una pelota dentro, que rueda cuando el ratón se desliza sobre una superficie plana.

Dentro del ratón hay dos rodillos en ángulo de 90 grados, que giran cuando la pelota rueda.

Un sensor detecta cuánto gira cada rodillo y envía esa información al ordenador, que la traduce y mueve el apuntador a la posición indicada por el ratón.

El ratón o mouse

Como funciona un mouse óptico

El mouse óptico ofrece un comportamiento similar al de una cámara fotográfica, lo que le permite fotografiar la superficie sobre la cual se está moviendo, detectando las variaciones en el movimiento del dispositivo.

Los elementos esenciales del mouse óptico son, básicamente, una pequeña cámara (que toma unas 1.500 imágenes por segundo), un diodo emisor de luz roja (LED) y un software de procesamiento digital de imagen en tiempo real (DSP).

Esas imágenes, al instante de ser tomadas, son analizadas por el procesador interno del mouse, que se encarga de verificar las diferencias entre las imágenes capturadas, determinando para qué lado se movió el mouse. Teniendo esos datos, el procesador envía señales a la PC para que reproduzca el puntero en la pantalla.

opera a 18 MIPS (millones de instrucciones por segundo)

• puerto serie • PS/2. • USB • Inalámbricos

 

Conectores del Mouse

Los mejores mouses para tu PC

MadCatz CYBORG R.A.T. 9 Logitech Wireless G700

Razer Naga

CMSTORM Sentinel Advance

Microsoft Arc Touch Mouse

Logitech G9X

CMSTORM Spawn

RAZER Mamba

Logitech G500

SteelSeries World of Warcraft Gaming Mouse

es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales.

Discos Duros (HDD)

Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos. Es memoria no volátil.

DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO

Memoria volátil. Es aquella memoria cuya información se pierde al interrumpirse el flujo eléctrico.

Algunos tipos de memorias volátiles son:•DRAM•RAM•SRAM

Memoria no volátil. es un tipo de memoria que no necesita energía para perdurar

Algunos dispositivos listados en esta categoría son:•BD-ROM, BD-R, BD-RW•CD, CD-ROM, CD-R, CD-RW•Cinta magnética•DVD•Diskette•Disco duro•EPROM

•EEPROM•MRAM•Memoria de tambor•Flash•NVRAM•PRAM•PROM•ROM•Memoria racetrack

Unidad de estado sólido

Dispositivo de estado sólido o SSD (acrónimo inglés de Solid-State Drive) es un tipo de dispositivo de almacenamiento de datos que utiliza memoria no volátil.

Son menos sensibles a los golpes, son prácticamente inaudibles y tienen un menor tiempo de acceso y de latencia.

Permite la lectura y escritura de múltiples posiciones de memoria en la misma operación.