Introducción a la arquitectura de computadores

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Introducción a la Arquitectura de computadores 1.1. Introducción 1.1.1. Organización y Arquitectura de computadores 1.1.2. Estructura y función del computador 1.2. Evolución de los computadores 1.3. Componentes del computador 1.4. Funcionamiento del computador 1.4.1. Los ciclos de captación y ejecución 1.4.2.Interrupciones

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  • 1. 1.1. Introduccin 1.1.1. Organizacin y Arquitectura de computadores 1.1.2. Estructura y funcin del computador 1.2. Evolucin de los computadores 1.3. Componentes del computador 1.4. Funcionamiento del computador 1.4.1. Los ciclos de captacin y ejecucin 1.4.2.Interrupciones

2. Un computador ejecuta programas que estn formados por instrucciones. Con el objetivo de ejecutar cada una de las instrucciones de forma adecuada Dado que las instrucciones se guardan en posiciones consecutivas de memoria, es necesario que el PC tenga asociado un incrementado que acte sobre su valor cada vez que se comience a ejecutar una nueva instruccin. Un UCP o procesador, interpreta y lleva a cabo las instrucciones de los programas. El chip ms importante de cualquier placa madre es el procesador. Sin el la computadora no podra funcionar. El teclado dispositivo perifrico de entrada, que convierte la accin mecnica de pulsar una serie de pulsos elctricos codificados ,sirven para entrar caracteres alfanumricos y comandos a una computadora. El ratn o Mouse informtico sealador o de entrada, recibe esta denominacin por su apariencia. 3. La arquitectura de computadoras es el diseo conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripcin funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseo para varias partes de una computadora, con especial inters en la forma en que la unidad central de proceso (UCP) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. Tambin suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar componentes de hardware para crear computadoras segn los requerimientos de funcionalidad, rendimiento y costo. 4. Un computador se divide fundamentalmente en dos partes: el Hardware y el Software. El hardware es la parte fsica del computador, la parte tangible; es decir aquello que podemos tocar del computador. El software es la parte lgica del computador, es decir el conjunto de instrucciones que le ordenan al hardware que tarea debe realizar. 5. El Hardware es la parte tangible del computador, aquella que se puede palpar. Los componentes Hardware se refiere a las partes fsicas y accesorios complementarios que componen la Unidad Central de Procesamiento (CPU) as como a los dispositivos externos, tales como, monitor, impresora, teclado, mouse, cornetas. Si vemos el computador como una estructura de hardware, notaremos que esta constituido por dispositivos, que clasificaremos segn la funcin que desempeen. De acuerdo a esta clasificacin tendremos: Dispositivos de Entrada. Dispositivos de Salida. Dispositivos de Comunicacin. Dispositivos de Almacenamiento. Dispositivos de Cmputo. 6. 1 Generacin (1945 -1955) Sistema operativo: Nadie haba odo hablar de los S.O. Tecnologa: Tubos de vaco. Introduccin de trabajo: A travs de tablero de conexiones. Lenguaje: Lenguaje mquina. 7. 2 Generacin (1955 1965) Sistema operativo: Monitor para cargar trabajos, ejecutarlos (procesamiento en lotes). FMS (Sistema Monitor Fortran) y IBSYS (IBM 7094). Tecnologa: Transistores. Introduccin de trabajo: Tarjetas perforadas. Lenguaje: Cobol, Fortran 8. 3 Generacin (1965 1975) Sistema operativo: Multiprogramacin, tiempo compartido, sistemas en tiempo real OS/360, Multics, UNIX,...). Tecnologa: Circuitos integrados, mquinas multipropsito, minicomputadoras. Introduccin de trabajo: Tarjetas perforadas, terminales. Lenguaje: Cobol, Fortran. 9. 4 Generacin (1975 1990) Sistema operativo: En red, distribuido, (MacOS, MS-DOS, ...) Tecnologa: Circuitos integrados a gran escala, computadora personal, redes de ordenadores. Introduccin de trabajo: Terminal 10. Memoria Principal: se encarga de almacenar temporalmente los programas y los datos necesarios para que un determinado programa pueda ser ejecutado. Est constituida por un conjunto de celdas (palabras) cada una de las cuales puede almacenar una porcin de informacin. Unidad Central de Proceso: Encargada de realizar los clculos y transformaciones en los datos, adems de coordinar, controlar y/o realizar todas las operaciones del sistema. Cada CPU esta formado por dos componentes principales Unidad de Control: Controla los componentes del computador para realizar las operaciones necesarias y ejecutar las instrucciones 11. Unidad Aritmtico-Lgica: Realiza todos los clculos (suma, resta, multiplicacin y divisin) y todas las operaciones lgicas (comparaciones numricas o alfabticas) sobre los datos Dispositivos Perifricos: Son componentes fsicos capaces de comunicar informacin entre el usuario y el computador. Los dispositivos perifricos pueden ser clasificados como: De entrada. Slo permite la comunicacin del usuario con el computador. Entre ellos se tienen. Teclado: Se utiliza para escribir las instrucciones al computador y la informacin que se desee que ste procese. Se caracteriza por la cantidad y tipos de teclas que posee. 12. Monitor: Es una pantalla (tubo de rayos catdicos) conformada por pequeos p untos llamados pxel, los cuales definen la resolucin del monitor. Es el dispositivo de salida ms usado Impresora: Dispositivo que permite imprimir informacin almacenada en el computador. Sus principales caractersticas son su tipo (de tinta, lser, trmica, impacto) y su velocidad(cantidad de caracteres o pginas por minuto de impresin) 13. Bsicamente cualquier tipo de computadora realiza operaciones de procesamiento de datos, exponindolos luego como informacin. Precisamente, la funcin primordial de una computadora es llevar a cabo procesos de datos en forma automtica, a gran velocidad y sin la intervencin humana. Cuando los datos ingresados son ordenados de acuerdo a un esquema lgico, se transforman en informacin disponible para el usuario. La adquisicin de informacin a partir de datos es la funcin relevante de una computadora siendo la Informtica la ciencia que estudia la obtencin de informacin a travs de sistema. Los datos que ingresan a la computadora se procesan por medio de rutinas contenidas en los "programas de aplicacin". 14. Una computadora est constituida por centenares o miles de complejos dispositivos y circuitos electrnicos adecuadamente integrados, tanto en sus componentes fsicos, como en la funcin de los mismos. Debido a esto para comprender su funcionamiento, dividiremos a la computadora en bloques sin tener en cuenta en esta etapa, los pormenores de la parte electrnica que integra cada uno (mtodo de explicacin denominado "caja negra"). 15. El primer mdulo de "entrada - salida", identificado con la sigla E/S, es usualmente ms conocido por las palabras en ingles Input- Output (I/O). Este mdulo que en realidad tiene dos funciones, cuenta en algunos casos con dispositivos que individualmente slo pueden ser considerados como de entrada (input), o de salida (output), mientras que otros dispositivos permiten ejecutar ambas operaciones (input-output). 16. Ciclo de captacin: Durante el ciclo de captacin o bsqueda, una instruccin se lee de memoria, el PC contiene la direccin de la siguiente instruccin a captar, esta direccin se mueve al MAR y puesta en el bus de direcciones, la unidad de control pide leer la memoria, y el resultado se pone en el bus de datos y copiado en el MBR para despus ser movido al IR, mientras tanto, el PC se incrementa en 1, preparacin para la siguiente captacin. 17. Ejecucin: En l se ejecuta la instruccin. El registro de instrucciones est conectado a un decodificador, que determina cuntos bytes de informacin adicionales se requieren. stos se cargan mediante ciclos de bsqueda, como se indic con anterioridad. Cuando la ejecucin est completa, la mquina comienza automticamente el ciclo de bsqueda de la siguiente instruccin del programa. La ejecucin es por tanto, una secuencia continua de ciclos de bsqueda y ejecucin. 18. Es una seal recibida por el procesador de un ordenador, indicando que debe "interrumpir" el curso de ejecucin actual y pasar a ejecutar cdigo especfico para tratar esta situacin. Una interrupcin es una suspensin temporal de la ejecucin de un proceso, para pasar a ejecutar una subrutina de servicio de interrupcin, la cual, por lo general, no forma parte del programa (generalmente perteneciente al sistema operativo, o al BIOS). Luego de finalizada dicha subrutina, se reanuda la ejecucin del programa. 19. Las interrupciones surgen de las necesidades que tienen los dispositivos perifricos de enviar informacin al procesador principal de un sistema de computacin. La primera tcnica que se emple fue que el propio procesador se encargara de sondear (polling) los dispositivos cada cierto tiempo para averiguar si tena pendiente alguna comunicacin para l. Este mtodo presentaba el inconveniente de ser muy ineficiente, ya que el procesador constantemente consuma tiempo en realizar todas las instrucciones de sondeo.