05 Hardware Unidad Central de Proceso.pdf - Facultad de Ciencias ...
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Herramientas Informáticas I<br />
<strong>Hardware</strong>: Conceptos Básicos<br />
<strong>Facultad</strong> <strong>de</strong> <strong>Ciencias</strong> Económicas y Jurídicas<br />
Universidad Nacional <strong>de</strong> La Pampa<br />
<strong>Hardware</strong>: Conceptos<br />
<strong>Unidad</strong> <strong>Central</strong> <strong>de</strong> <strong>Proceso</strong>.<br />
<strong>Hardware</strong>: (<strong>de</strong>l inglés: Partes Duras o Ferretería).<br />
<strong>Hardware</strong>: (<strong>de</strong>l inglés: Partes Duras o Ferretería).<br />
Es la Parte Tangible <strong>de</strong>l Sistema Informático.<br />
Contablemente son Bienes <strong>de</strong> Uso
<strong>Hardware</strong>: Estructura General.<br />
Una computadora esta compuesta por diversidad <strong>de</strong><br />
elementos encuadrados en dos áreas principales:<br />
<strong>Unidad</strong> <strong>Central</strong> <strong>de</strong> <strong>Proceso</strong> (UCP ó CPU).<br />
Procesador/es.<br />
Memoria Principal.<br />
Placa Madre (Motherboard).<br />
Dispositivos Periféricos.<br />
Entrada.<br />
Salida.<br />
Entrada/Salida (E/S).<br />
Almacenamiento.<br />
Comunicación<br />
Arquitectura<br />
Von Neumann
Esquema General <strong>Hardware</strong>
Generalida<strong>de</strong>s:<br />
La tecnología Informática, duplica su capacidad cada 18<br />
meses (Ley <strong>de</strong> Moore).<br />
Eso implica que cada 15 años, por el mismo costo se<br />
obtiene 1000 veces mayor capacidad computacional.<br />
En 30 años, las computadoras son UN MILLON DE<br />
VECES mas potentes a igual volumen, o más baratas, por<br />
unidad <strong>de</strong> medida <strong>de</strong> capacidad <strong>de</strong> procesamiento.<br />
Des<strong>de</strong> que se fabricó la primera computadora<br />
electrónica (±1944)(<br />
a la fecha las computadoras son un<br />
billón ( 1e12 ) <strong>de</strong> veces mas capaces.<br />
La tecnología informática Militar está alre<strong>de</strong>dor <strong>de</strong> 10 años<br />
a<strong>de</strong>lantada a la Comercial.
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (1)<br />
1ra. Las computadoras usaban como elementos <strong>de</strong> conmutación<br />
(necesarios para las operaciones aritméticas y lógicas y <strong>de</strong> control,<br />
formados por válvulas electrónicas, <strong>de</strong> elevado consumo y gran<br />
generación <strong>de</strong> calor (1945-1956)<br />
2da. Se pasa a utilizar transistores con lo que su tamaño se<br />
redujo cientos <strong>de</strong> veces, aumentando la velocidad en la misma<br />
escala. (1956-1963)<br />
3ra. En ésta se empezó a utilizar circuitos integrados, con otro<br />
salto en la velocidad y reducción <strong>de</strong> tamaño, consumo y costos.<br />
4ta. Empezó con el primer microprocesador a principio <strong>de</strong> los '70,<br />
permitiendo que en la década <strong>de</strong>l '80 surgieran los PCs, cuyos<br />
primeros procesadores contaban con algo mas <strong>de</strong> 85000<br />
elementos <strong>de</strong> conmutación.<br />
5ta.? Con el avance tecnológico (altísima conectividad) pue<strong>de</strong><br />
<strong>de</strong>cirse que se está ante una nueva generación con procesadores<br />
generales con 200 millones <strong>de</strong> elementos <strong>de</strong> conmutación.
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (2)<br />
Primera Generación<br />
Válvulas<br />
Electrónicas<br />
(18000)<br />
Tarjetas<br />
Perforadas<br />
Lenguaje<br />
Máquina<br />
1945<br />
1956
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (3)<br />
Segunda Generación<br />
Transistores<br />
Cintas<br />
Magnéticas<br />
Lenguaje<br />
Ensamblador<br />
Fortran<br />
COBOL<br />
1956<br />
1963
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (4)<br />
Tercera Generación<br />
Circuitos Integrados<br />
Discos Magnéticos<br />
Pantallas Tubos Rayos<br />
Catódicos<br />
Lenguajes Tercera Generación<br />
Lenguaje C – Sistema<br />
Operativo Multi - <strong>Hardware</strong><br />
1963 - '70
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (5)<br />
Cuarta Generación<br />
Procesador en un Chip<br />
Discos Ópticos<br />
Pantallas Planas LCD<br />
Notebooks<br />
Lenguajes Cuarta Generación<br />
Principios '70<br />
... Fines Siglo XX
<strong>Hardware</strong>: Generaciones (6)<br />
Quinta Generación<br />
Múltiples Procesadores en un Chip<br />
Discos “Fijos” (sin partes móviles)<br />
Pantallas Planas LED<br />
Inteligencia Artificial<br />
Netbooks, Tablets<br />
Fines Siglo XX … ?
Clasificando Computadoras...<br />
Computadoras <strong>de</strong> uso Personal:<br />
PCs, Notebooks, Netbooks, Handhelds,<br />
Organizadores personales, Celulares, etc.<br />
Estaciones <strong>de</strong> Trabajo:<br />
Terminales “bobas” y WorkStations<br />
Servidores:<br />
De Archivos (documentos, base <strong>de</strong> datos, etc.)<br />
De Comunicaciones.<br />
Minicomputadoras, Main Frames,<br />
Super-Computadoras.
<strong>Unidad</strong> <strong>Central</strong> <strong>de</strong> <strong>Proceso</strong><br />
La UCP ó CPU es el Cerebro <strong>de</strong> la Computadora,<br />
no podría existir una computadora sin CPU, aunque<br />
no tendría sentido que no contase con al menos un<br />
dispositivo periférico.<br />
En una PC (Personal Computers ó Computadoras<br />
Personales), el gabinete que contiene la UCP, incluye<br />
a<strong>de</strong>más varios dispositivos periféricos.<br />
En una Notebook, tanto UCP como dispositivos<br />
periféricos están integrados en la misma caja o libro.<br />
Las supercomputadoras, generalmente tienen la UCP<br />
en un gabinete separado o pue<strong>de</strong> distribuirse en varios<br />
gabinetes interconectados.
Esquema UCP <strong>de</strong>ntro gabinete.
Procesador/es (1)<br />
Una computadora tiene al menos un procesador principal<br />
(las hay con +65000) y contar a su vez con uno o más<br />
procesadores auxiliares o específicos.<br />
Cuenta con dos elementos principales:<br />
<strong>Unidad</strong> Aritmético/Lógica (UAL).<br />
Que se encargada <strong>de</strong> Procesar los Datos. . Efectúa las<br />
operaciones matemáticas <strong>de</strong> las que es capaz su diseño.<br />
Lleva a cabo operaciones lógicas, las cuales son genéricamente<br />
comparaciones <strong>de</strong> datos.<br />
Los procesadores específicos llevan a cabo cómputos especiales<br />
(gráficos, sonidos, matemáticos, etc.).<br />
<strong>Unidad</strong> <strong>de</strong> Control (UC).<br />
Asume la coordinación <strong>de</strong> ubicar datos en la memoria principal,<br />
hacer el seguimiento <strong>de</strong> instrucciones <strong>de</strong> programa y<br />
sincronización <strong>de</strong> todo el funcionamiento <strong>de</strong> la computadora.
Procesador/es (2)<br />
Para medir la capacidad <strong>de</strong> un procesador,<br />
en general se utilizan al menos 3 parámetros:<br />
Longitud <strong>de</strong> Palabra.<br />
Cantidad <strong>de</strong> bits que procesa en cada<br />
ciclo <strong>de</strong> trabajo, por ejemplo 16, 32, 64.<br />
También se relaciona con la capacidad<br />
<strong>de</strong> direccionamiento.<br />
Velocidad <strong>de</strong> Reloj.<br />
Cantidad <strong>de</strong> operaciones elementales por segundo (Hertz) que<br />
pue<strong>de</strong> llevar a cabo. Des<strong>de</strong> unos pocos Megahertz a a varios miles<br />
(aquí es evi<strong>de</strong>nte la ley <strong>de</strong> Moore).<br />
Arquitectura Interna.<br />
CISC ó RISC: Conjunto <strong>de</strong> Instrucciones <strong>de</strong> bajo nivel Complejo<br />
(especializado) o Reducido (ultra rápido).<br />
Núcleo Simple o múltiple (1 o más UAL y UC).<br />
Conjuntos <strong>de</strong> Instrucciones especializado (p.e. Gráficos).
Memoria Principal<br />
Es el escritorio don<strong>de</strong> trabaja el procesador, se Clasifican según:<br />
Características Físicas:<br />
RAM: : Memoria <strong>de</strong> Acceso Aleatorio. Constituye el principal área <strong>de</strong><br />
trabajo para almacenar Datos y Programas, se borra al apagarse la<br />
computadora (arquitectura Von Newman).<br />
ROM: : Memoria <strong>de</strong> Solo Lectura. Contiene el programa <strong>de</strong> arranque<br />
inicial <strong>de</strong> la computadora.<br />
xPROM: : Memorias especiales, que pue<strong>de</strong>n escribirse pero se<br />
mantienen aún con la computadora apagada (usan pila).<br />
Funcionalidad:<br />
Principal para Datos y Programas.<br />
Dedicadas para Datos <strong>de</strong> procesos especiales:<br />
→ Gráficos. →<br />
Memorias Intermedias. →<br />
etc.<br />
Se mi<strong>de</strong> en:<br />
Kilobytes (ROM y xPROM).<br />
Megabytes o Gigabytes (crece con Ley <strong>de</strong> Moore).
Funcionamiento General (1)
Funcionamiento General (2)<br />
1<br />
3<br />
4 6<br />
Programas<br />
Almacenados<br />
9<br />
11<br />
5<br />
2<br />
10<br />
8<br />
8<br />
7
Funcionamiento General (3)<br />
1. Procesador (ALU + 2 + 5 + 9).<br />
2. Control <strong>de</strong> Operaciones.<br />
3. Memoria Principal (RAM).<br />
4. Programas Almacenados (<strong>de</strong>ntro <strong>de</strong> 3).<br />
5. Registros Internos <strong>de</strong> Almacenamiento.<br />
6. Memoria <strong>de</strong> Arranque (ROM → BIOS).<br />
7. Medios <strong>de</strong> Almacenamiento Externo.<br />
8. Dispositivos Entrada y <strong>de</strong> Salida.<br />
9. Comunicaciones Internas.<br />
10. Comunicaciones Externas (Red).<br />
11. Sistema <strong>de</strong> Buses (motherboard).
Funcionamiento General (4)<br />
1. Procesador (vulgarmente la CPU).<br />
Incluye la <strong>Unidad</strong> Aritmética y Lógica. Es el<br />
centro “nervioso” <strong>de</strong> la computadora. Todo Pasa por el<br />
Procesador.<br />
2. Control <strong>de</strong> Operaciones.<br />
Todas las operaciones están sincronizadas y el<br />
proceso se hace en ciclos <strong>de</strong> procesador (Megahertz)<br />
5. Registros Internos <strong>de</strong> Almacenamiento.<br />
Todas las operaciones (calcular, direccionar, etc.)<br />
usan registros internos, el tamaño <strong>de</strong> estos (palabra <strong>de</strong>l<br />
procesador) es un factor importante <strong>de</strong> velocidad.<br />
9. Comunicaciones Internas.<br />
El microprocesador se conecta a la placa<br />
madre para interrelacionar se con la Memoria y<br />
dispositivos periféricos.<br />
1<br />
2<br />
9<br />
5
Funcionamiento General (5)<br />
3. Memoria Principal: Es el escritorio <strong>de</strong> trabajo <strong>de</strong> la computadora, , es<br />
un elemento muy importante al momento <strong>de</strong> la compra, a veces se le da<br />
prioridad al procesador en <strong>de</strong>smedro <strong>de</strong> la RAM.<br />
4. Programas Almacenados: Los programas al ejecutarse <strong>de</strong>ben cargarse<br />
en la RAM, cuando mas programas se tengan corriendo a la vez, más<br />
memoria sera requerida. A<strong>de</strong>más <strong>de</strong> los programas, <strong>de</strong>be preverse el<br />
espacio para los datos que estos manejen.<br />
6. Memoria <strong>de</strong> Arranque: Al momento <strong>de</strong> arrancar la computadora, no<br />
tiene noción <strong>de</strong> nada, en la ROM, está el primer programa que corre<br />
(BIOS)) y es el que carga el Sistema Operativo.<br />
Respon<strong>de</strong> a la<br />
la<br />
Arquitectura<br />
Von Neumann<br />
3 4<br />
Programas<br />
6<br />
Almacenados
Funcionamiento General (6)<br />
7. Medios Almacenamiento Externo: Conservan los datos cuando la<br />
computadora esta apagada, o cuando los datos no se están utilizando.<br />
8. Dispositivos Entrada/Salida: Es por don<strong>de</strong> se ingresan datos <strong>de</strong>ntro <strong>de</strong><br />
la computadora y sus medios <strong>de</strong> almacenamiento y por don<strong>de</strong> se<br />
muestran los resultados <strong>de</strong>l proceso interno.<br />
10. Comunicaciones Externas:<br />
Permite conectar una<br />
computadora con otras (Red).<br />
11. Sistema <strong>de</strong> Buses: Todos<br />
los elementos <strong>de</strong> la U.C.P. y los<br />
periféricos se conectan a la placa<br />
madre (motherboard). Hay tres<br />
tipos <strong>de</strong> buses: CONTROL,<br />
DATOS y DIRECCIONES.<br />
8<br />
11<br />
10<br />
7<br />
8
Fuentes Bibliográficas<br />
www.es.wikipedia.org/wiki/<strong>Hardware</strong><br />
http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_<strong>de</strong>_von_Neumann<br />
http://es.wikipedia.org/wiki/<strong>Unidad</strong>_central_<strong>de</strong>_procesamiento<br />
http://es.wikipedia.org/wiki/CISC<br />
http://es.wikipedia.org/wiki/RISC<br />
Para los que les interese el tema en profundidad:<br />
http://es.wikipedia.org/wiki/Arquitectura_<strong>de</strong>_CPU<br />
http://es.wikipedia.org/wiki/<strong>Unidad</strong>_aritmético_lógica