Informática Básica

Escuela Universitaria PolitécnicaIngeniería Técnica en Obras Públicas

Construcciones Civiles - Transportes y Servicios Urbanos - Hidrología

InformáticaBásica

1er Curso - 1er Cuatrimestre

Módulo I: Introducción a la Informática. Arquitectura de un Ordenador (II).

Módulo IUnidades Funcionales de la Computadora

ControladoresUnidades de

Entrada/SalidaMemoria Central

Unidad

Central

Proceso

Bus del Sistema

Módulo ILa Unidad Central de Proceso

• La Unidad Central de Proceso (UCP) o procesador es el verdadero “cerebro” de una computadora.

• Su misión consiste en controlar coordinar o realizar todas las operaciones del sistema.

• Extrae, una a una, las instrucciones del programa que se tiene alojado en memoria central, las analiza y emite las órdenes necesarias para su realización.

Módulo ILa Unidad Central de Proceso

• Físicamente está formada por circuitos electrónicos que en un microcomputador se encuentran integrados en un solo chip denominado “microprocesador” (Pentium II, III y IV, Familia Motorola 68000, ...).

• La UCP a su vez está compuesta por:

- La Unidad de Control (UC).

- La Unidad Aritmético-Lógica (UAL).

- Un pequeño conjunto de Registros.

Módulo ILa Unidad de Control

• Es el “centro nervioso” del ordenador, desde ella se controlan y gobiernan todas las operaciones.

• Consta de los siguientes elementos:

- Contador de Programa (CP).- Registro de Instrucción (RI).- Decodificador (D)- Reloj (R).- Secuenciador (S).

Decodificador

Registro de Instrucción

Contador de ProgramaReloj

Secuenciador

Microordenes Mic

• Contador de Programa: Contiene la dirección en memoria central de la siguiente instrucción a ejecutar.

• Registro de Instrucción: Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento (código de operación y operandos).

• Decodificador: Se encarga de extraer el código de operación de la instrucción almacenada en el RI, e indica al secuenciador que la ejecute.

• Reloj: Proporciona un “tren” de “ticks” (impulsos) a una frecuencia constante que marcan los “pasos” o “ciclos” en los que se divide la ejecución de una instrucción dada (Ej: Pentium IV 2,2 GHz).

• Secuenciador: Este dispositivo se van generando sincronizadamente con los impulsos de reloj, las microordenes concretas para las distintas partes del ordenador, que van ejecutando poco a poco la instrucción en curso (la que está cargada en el RI).

Módulo ILa Unidad Aritmético Lógica

• Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (sumas, restas, productos y divisiones) y lógico (comparaciones numéricas – igual, menor, mayor, menos o igual, ... ).

• La UAL se compone de los siguientes elementos:

- Circuito Operacional (COP).- Registros de Entrada (RENs).- Registro Acumulador (A).- Registro de Estado (E).

Reg. Entrada 1 Reg. Entrada 2

Circuito Operacional

Reg. Acumulador

Reg. Estado

• Circuito Operacional: Contiene la circuitería necesaria para la realización de operaciones aritméticas y lógicas.

• Registros de Entrada: Almacenan los datos u operandos con las que el COP va a realizar algún tipo de operación.

• Registro Acumulador: Almacena el resultado de la operación más reciente realizada por el COP.

• Registro de Estado: Almacena condiciones que puedan haberse dado durante la última operación realizada por el COP (resultado de comparaciones, desbordamientos, ... ).

Módulo ILa Memoria Central

• La Memoria Central, Principal o Interna es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para la realización de un determinado proceso (programa).

• Esta constituida por multitud de Celdas o Posiciones de Memoria numeradas de forma consecutiva. A su vez cada celda tiene un tamaño específico en bits (8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, ...).

• Normalmente es memoria volátil, esto es que se pierde (se borra) cuando el ordenador se apaga.

• A la Memoria Central se la suele denominar RAM (Random Access Memory – Memoria de Acceso Aleatorio). Valores típicos para la capacidad de la memoria central en ordenadores actuales son 64 Mbytes, 128 Mbytes, ...

• La Memoria Central normalmente se compone de los siguientes elementos:

- Registro de Dirección de Memoria (RDM).- Registro de Intercambio de Memoria (RIM).- Selector de Memoria (SM).- Banco de Memoria (BM).

RDM (nd bits) RIM (n bits)

Selector

. . . . .

Banco de Memoria (n bits)

Microordenes

• Registro de Dirección de Memoria: Este registro contiene la siguiente dirección de memoria que se va a leer o escribir.

• Registro de Intercambio de Memoria: Contiene/Contendrá el dato que está/estará almacenado en la posición de memoria indicada por el RDM, en función de que se vaya a leer o a escribir en dicha posición de memoria.

• Selector: Activa al celda de memoria referida por el RDM para que la siguiente operación de lectura o de escritura se realice con ella.

• Banco de Memoria: es la memoria propiamente dicha, es el conjunto de celdas de memoria que la constituyen. Cada celda puede almacenar n bits de información. Si hay 2nd posiciones de memoria distintas, entonces el RDM debe tener una anchura de nd bits.

Módulo IEl Bus del Sistema

• Se denomina bus del sistema al conjunto de circuitos encargados de la conexión y comunicación entre la UCP, y más concretamente, la UC, y el resto de las unidades de la computadora.

• Normalmente esta constituido por varias líneas eléctricas, una por cada bit transportado en paralelo.

• Normalmente está dividido en tres:

- Bus de Direcciones (nd bits).- Bus de Datos (n bits).- Bus de Control.

ControladoresUnidades de

Entrada/SalidaMemoria Central

Unidad

Central

Proceso

B. Direcciones

B. Datos

B. Control

• Bus de Direcciones: Contiene la dirección de memoria del destino al que van dirigidos los datos que se transmiten por el Bus de Datos.

• Bus de Datos: Se utiliza para transferir datos entre las distintas unidades del sistema.

• Bus de Control: A través de el se transmiten las microordenes desde la UC de la UCP al resto de las unidades del sistema.

Módulo ILas Instrucciones

• Las instrucciones que es capaz de realizar la UCP se denominan “instrucciones máquina”, y el lenguaje constituido por todas estas instrucciones se denomina “lenguaje máquina”.

• Normalmente las instrucciones del lenguaje máquina se clasifican en grupos típicos:

- Instrucciones de cálculo (aritmético o lógico).- Instrucciones de transferencia de datos.- Instrucciones de ruptura de secuencia o salto:

▪ Saltos Condicionales e Incondicionales.- Instrucciones de Entrada/Salida.

• Una segunda clasificación de las instrucciones hace referencia a su formato:

- Instrucciones de tres operandos.

- Instrucciones de dos operandos.

- Instrucciones de un solo operando.

- Instrucciones sin operandos.

Código de Operación Operando 1 Operando 2 Operando 3

Código de Operación Operando 1 Operando 2

Código de Operación Operando 1

Código de Operación

Instrucción de 3

operandos

Instrucción de 2 operandos

Instrucción de 1 operando

Instrucción sin operandos

• Los operandos en las distintas instrucciones mediante lo que se denomina Modos de Direccionamiento.

- Direccionamiento Inmediato.

- Direccionamiento Directo. ▪ Direccionamiento de Registros.

- Direccionamiento Indirecto.

- Direccionamiento Relativo. ▪ Direccionamiento Indexado. ▪ Direccionamiento por Registro de Base.

Módulo ICiclo de Ejecución de una Instrucción

• Para que un programa pueda ser ejecutado por una computadora, éste debe estar almacenado previamente en la memoria central.

• A continuación empezando por la 1ª instrucción del mismo la UC tomará una a una las instrucciones que forman el programa y ejecutándolas consecutivamente.

• Se denomina Ciclo de Instrucción al conjunto de acciones que se llevan a cabo para llevarla a cabo.

Módulo ICiclo de Ejecución de una Instrucción

• El ciclo de instrucción típicamente se compone de dos fases:

- Fase de Búsqueda de la Instrucción.

- Fase de Ejecución de la Instrucción.

Ejemplo: Sumar 033 992 993, instrucción de tres operandos, los operandos utilizan direccionamiento directo.

Módulo ISoportes de Información y Dispositivos de Entrada/Salida

• Un Soporte de Información es un medio físico que permite almacenar datos de forma que una computadora pueda manejarlos o proporcionarlos a las personas de manera inteligible.

• Una Unidad o Dispositivo de Entrada/Salida es un dispositivo físico capaz de comunicar información entre el usuarios y una computadora, o capaz de manejar un soporte de información (también se denominan Periféricos).

• Los periféricos normalmente se utilizan para:

- Servir de medio de comunicación eficaz entre el usuario y el ordenador (interfaz hombre-máquina).

- Servir de medio de almacenamiento secundario (a largo plazo) de información.

• Los periféricos normalmente pueden ser de:

- Entrada (teclado, ratón, mando –joystick-, ...).

- Salida (pantalla, impresora, altavoz, ...).

- Entrada/Salida (disquetes, discos duros, modem, tarjeta de red,...).

• Una posible clasificación según su naturaleza física es:

- Soportes perforados (tarjetas y cintas perforadas).

- Soporte Magnético (tarjetas, tambores, discos y cintas magnéticas).

- Soporte Ópticos (discos ópticos, OCRs, códigos de barras, ...).

- Otros soportes (impresoras, pantallas, teclados, ...).

Módulo ISoportes Perforados

• Fueron los primeros soportes en utilizarse:

- Tarjetas Perforadas (es una cartulina de dimensiones estandarizadas donde la información es codificada mediante perforaciones en determinadas posiciones):

Tarjeta Hollerith de 80 columnas. Minificha de 96 columnas.

- Cintas Perforadas.

Módulo ISoportes Magnéticos

• Los medios magnéticos se basan en las propiedades magnéticas de algunos materiales para el almacenamiento y registro de la información. Son principalmente utilizados como memoria secundaria para los sistemas informáticos (memoria a largo plazo).

• Normalmente son elementos físicos compuestos por una base de plástico o metal (aluminio) recubierta de una fina capa de material magnético donde se registra la información en puntos magnetizables.

Módulo ISoportes Magnéticos

• Tambores Magnéticos.

• Cintas Magnéticas.- Cinta Magnética en Cassette.- Cinta Magnética Encapsulada.- Cinta Magnética Universal.

• Discos Magnéticos.- Disquete.- Discos Duros.

• Caracteres MIC.

Módulo ISoportes Ópticos

• Los medios ópticos son aquellos que se basan en propiedades ópticas de algunos materiales, principalmente relacionadas con la reflexión de la luz, para el almacenamiento y registro de la información.

• Discos Ópticos.- CD-ROM (sólo lectura).- Discos Magneto-Ópticos (lectura y escritura).

•Caracteres Ópticos (formularios normalizados, ...).

•Códigos de Barras.

Módulo IOtros Soportes

• Impresoras.

- De Impacto De Margarita, de Cilindro, de Matriz, de Puntos, de Tambor, de Ruedas, de Cadena, y de Banda.

- Sin Impacto Térmica. Electrostática. Laser. De Chorro o Inyección de Tinta.

• Impresoras.

- Según la forma de escritura:

De Caracteres.

De Líneas.

De Páginas.

• Pantallas.

• Teclados.

• Trazadores y Plotters.

• Mesas Digitalizadas.

• Lápiz Óptico.

• Ratón.

• Pantallas Táctiles.

• Scanners.

• Tarjetas de Sonido y Micrófonos.

• Sensores (temperatura, velocidad, posición, luz, sonido, ...).

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