ANALISIS DE COMPONENTES
CPU
CPU
ARQUITECTURA DEL CPU
Unidad Central de Proceso (CPU)
La Unidad Central de Proceso es el lugar donde se
realizan las operaciones de cálculo y control de los componentes que
forman la totalidad del conjunto del sistema informático.
Las CPU de las actuales computadoras son
microprocesadores construidos sobre un cristal de silicio semiconductor
donde se crean todos los elementos que forman un circuito electrónico
(transistores, etc.) y las conexiones necesarias para formarlo.
El microcircuito se encapsula en una pastilla de
plástico con una serie de conexiones hacia el exterior, en forma de
patillas metálicas, que forman su nexo de unión al resto del sistema
informático. Estas pastillas de plástico, con una multitud de patillas
de conexión metálicas, reciben el nombre de chips.
El microprocesador central de una computadora se divide en:
• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).
• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o ALU en inglés).
• Registros.
La Unidad de Control maneja y coordina todas las
operaciones del sistema informático, dando prioridades y solicitando los
servicios de los diferentes componentes para dar soporte a la unidad
aritmético-lógica en sus operaciones elementales.
La Unidad Aritmético-Lógica realiza los diferentes
cálculos matemáticos y lógicos que van a ser necesarios para la
operatividad de la computadora; debe recordarse que todo el
funcionamiento del sistema de una computadora se realiza sobre la base
de una serie de operaciones matemáticas en código binario.
Los Registros son una pequeña memoria interna
existente en la CPU que permiten a la ALU el manejo de las instrucciones
y los datos precisos para realizar las diferentes operaciones
elementales.
Estructura del CPU
• El CPU debe:
– Extraer instrucciones
– Interpretar instrucciones
– Extraer datos
– Procesar datos
– Escribir datos
Registros
• El CPU debe tener un espacio de trabajo
(almacenamiento temporal)
• Llamados registros
• La cantidad y función varía dependiendo del
diseño del procesador
• Una de las decisiones más importantes de diseño
• El nivel más alto en la jerarquía de memoria
TIPOS DE CPU
Supercomputadoras
Una supercomputadora es el tipo de computadora más potente y más rápido
que existe en un momento dado. Estas máquinas están diseñadas para
procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son
dedicadas a una tarea específica.
Así mismo son las más caras, sus precios alcanzan los
30 MILLONES de dólares y más; y cuentan con un control de temperatura
especial, ésto para disipar el calor que algunos componentes alcanzan a
tener.
Unos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes:
Unos ejemplos de tareas a las que son expuestas las supercomputadoras son los siguientes:
1. Búsqueda y estudio de la energía y armas nucleares.
2. Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos.
3. El estudio y predicción de tornados.
4. El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo.
5. La elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo.
Debido a su precio, son muy pocas las supercomputadoras que se construyen en un año.
Macrocomputadoras o Mainframes
Las macrocomputadoras son también conocidas como Mainframes.
Los mainframes son grandes, rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida.
Los mainframes son grandes, rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida.
Existen otros tipos de microcomputadoras , como la
Macintosh®, que no son compatibles con la IBM, pero que en muchos de los
casos se les llaman también “PC´s”, por ser de uso personal.
En la actualidad existen variados tipos en el diseño de PC´s:
1. Computadoras personales, con el gabinete tipo
minitorre, separado del monitor.
2. Computadoras personales portátiles “Laptop” o “Notebook”.
3. Computadoras personales más comunes, con el gabinete horizontal, separado del monitor.
4. Computadoras personales que están en una sola unidad compacta el monitor y el CPU.
5. Las computadoras “laptops” son aquellas computadoras que están diseñadas para poder ser transportadas de un lugar a otro. Se alimentan por medio de baterías recargables , pesan entre 2 y 5 kilos y la mayoría trae integrado una pantalla de LCD (Liquid Crys tal Display).
6. Estaciones de trabajo o Workstations
2. Computadoras personales portátiles “Laptop” o “Notebook”.
3. Computadoras personales más comunes, con el gabinete horizontal, separado del monitor.
4. Computadoras personales que están en una sola unidad compacta el monitor y el CPU.
5. Las computadoras “laptops” son aquellas computadoras que están diseñadas para poder ser transportadas de un lugar a otro. Se alimentan por medio de baterías recargables , pesan entre 2 y 5 kilos y la mayoría trae integrado una pantalla de LCD (Liquid Crys tal Display).
6. Estaciones de trabajo o Workstations
Las estaciones de trabajo se encuentran entre las
minicomputadoras y las macrocomputadoras (por el procesamiento).
Las estaciones de trabajo son un tipo de computadoras que se utilizan para aplicaciones que requieran de poder de procesam iento moderado y relativamente capacidades de gráficos de alta calidad. Son usadas para:
Las estaciones de trabajo son un tipo de computadoras que se utilizan para aplicaciones que requieran de poder de procesam iento moderado y relativamente capacidades de gráficos de alta calidad. Son usadas para:
Aplicaciones de ingeniería
CAD (Diseño asistido por computadora)
CAM (manufactura asistida por computadora)
Publicidad
Creación de Software
En redes, la palabra “workstation” o “estación de
trabajo” se utiliza para referirse a cualquier computadora que está
conectada a una red de área local.
LAS CARACTERISTACS MAS IMPORTANTES DEL CPU SON:
· Memoria
Para que un programa se pueda ejecutar (correr, rodar, funcionar,…), debe ser situado en la memoria, en una operación denominada carga(load) del programa. La memoria central de una computadora es una zona de almacenamiento organizada en centenares o millares de unidades de almacenamiento individual celdas. La unidad elemental de memoria se llama byte(octeto). Un byte tiene la capacidad de almacenar un caracter de información, y esta formado por un conjunto de unidades más pequeñas de almacenamiento denominadas bits, que son dígitos binarios (0 ó 1). Generalmente se acepta que un byte contiene ocho bits.
CARATERISTICAS DEL CPU
LAS CARACTERISTACS MAS IMPORTANTES DEL CPU SON:
· Unidad aritmetica logica
· Unidad o procesador de control
MEMORIA PRINCIPAL(interna o central).
Se almacenan datos y programas, hay dos operaciones
que se hacen en la memoria (lee y escribe) entonces se dice que es donde
almacena, se lee y se escribe.
Es un conjunto de células numeradas y dos registros especiales con los que realiza las transacciones.
El registro de dirección que indica el numero de la
celula afectada y el de intercambio que contiene la información leída o
la que hay que escribir en la celula de cuestión.
La memoria central o simplemente memoria (interna o
principal) se utiliza para almacenar información. En general, la
información almacenada en memoria puede ser de dos tipos: las
instrucciones de un programa y los datos con los que se operan las
instrucciones.
Para que un programa se pueda ejecutar (correr, rodar, funcionar,…), debe ser situado en la memoria, en una operación denominada carga(load) del programa. La memoria central de una computadora es una zona de almacenamiento organizada en centenares o millares de unidades de almacenamiento individual celdas. La unidad elemental de memoria se llama byte(octeto). Un byte tiene la capacidad de almacenar un caracter de información, y esta formado por un conjunto de unidades más pequeñas de almacenamiento denominadas bits, que son dígitos binarios (0 ó 1). Generalmente se acepta que un byte contiene ocho bits.
Existen dos conceptos importantes asociados a cada
byte o posición de memoria: su dirección y contenido. Cada celda o byte
tiene asociada una unica dirección que indica su posición relativa en
memoria mediante la cual se puede acceder a la posición para almacenar o
recuperar información. La información almacenada en una posición de
memoria es su contenido.
El contenido de estas direcciones o posiciones de
memoria se llaman palabras, de modo que existen palabras de 8,16,32, y
64 bits. Por consiguiente, si trabaja con una maquina de 32 bits, es
decir, 32 digitos, bien ceros o unos.
Siempre que una nueva información se almacena en una
posición, se destruye (desaparece) cualquier información que en ella
hubiera y no se puede recuperar. La dirección es permanente y única, el
contenido puede cambiar mientras se ejecuta un programa.
La memoria central de una computadora puede tener
desde unos centenares de millares de bytes hasta millones de bytes. Como
el byte es una unidad elemental de almacenamiento, se utilizan
múltiplos para definir el tamaño de la memoria central:
kilo-byte(KB o Kb) igual a 1.024 bytes(210)
practicamente se toman 1.000 y Mega byte(MB o Mb) igual a 1.024 x 1.024
bytes (220) practicamente se considera un 1.000.000. Las computadoras
personales tipo Pc tienen memorias centrales desde 512 ó 640 k aunque es
frecuentemente ver PC,s con memorias de 1,2,4,12,etc.,Mb.
Pasos que se hacen en la lectura:
1.- Almacenar la dirección de la célula en la que se
encuentra la información a leer datos se almacena en el registro de
dirección.
2.- Cambiar el registro de intercambio la información contenida en la célula apuntada por el registro de dirección.
3.- Transferir el contenido de registro de intercambio al registro de la CPU que corresponda.
Pasos para la escritura:
1.- Transferir el registro de intercambio la información a escribir.
2.- Almacenar la segunda dirección de la célula receptora de la información en el registro de dirección.
3.- Cargar el contenido de registro de intercambio en la célula apuntada por el registro de dirección.
ALU (UNIDAD ARITMETICA LOGICA).
La unidad aritmetica logica opera los datos que recibe
siguiendo las indicaciones por la unidad de control. Esta unidad puede
realizar operaciones aritmeticas logicas, por ejemplo: el de realizar la
suma, la forma en que realiza la operación.
1.- Se debe tener el codigo de operación que indique la operación a efectuar en este caso el codigo de suma.
2.- Dirección de la célula en la que se encuentra almacenado el primer sumando.
3.- Dirección del segundo sumando.
4.- Dirección de la célula en la que se almacena el resultado.
Instrucciones para efectuar la suma.
a) Cargar el primer operando en el acumulador.
b) Sumar el segundo operando con el contenido del acumulador.
c) Cargar el contenido del acumulador en la dirección del resultado.
UNIDAD DE CONTROL (La unidad que va decidir controlar).
La unidad de control es el autentico cerebro que
controla y coordina el funcionamiento de la computadora.
A raíz de la interpretación de las instrucciones que integran el
programa esta unidad genera el conjunto de ordenes elementales
necesarias para que se realice la tarea necesitada.
Pasos para la unidad de control.
1. Se estrae de la memoria principal la instrucción a
ejecutar esa información es almacenada en el contador de instrucciones,
la información que se almacena es la proxima instrucción a ejecutar en
el registro de instrucción propiamente dicha.
2.- Una vez conocido el codigo de la operación la
unidad de control ya sabe que circuitos de la UAL deben de intervenir
pueden establecerse las conexiones electricas necesarias atraves del
secuenciador.
3.- Extrae de la memoria principal los datos necesarios para ejecutar la instrucción en proceso
4.- Ordena la AUL que efectua las operaciones el resultado de este es depositado en el acumulador de la AUL.
5.- Si la instrucción a proporcionado nuevos datos estos son almacenados en la memoria principal.
6.- Incrementa en una unidad el contenido del contador de instrucciones a ejecutar.
UNIDADES PERIFERICAS
Unidades de comunicación
Memorias auxiliares.
Las unidades de comunicación: Permiten el dialogo con
el exterior que son las de entrada y salida ejemplo: teclado, monitor
impresora, mouse.
Las memorias auxiliares: Sirven para almacenar grandes
volumenes de datos de forma permanente por ejemplo:Unidades de discos y
cintas magneticas.
La comunicación entre los perifericos y la computadora se realizan atraves de los canales.
FUNCIONAMIENTO DEL CPU
LAS FUNCIONES QUE REALIZA EL CPU
La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir como:
• Un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones.
• La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en
los ordenadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado
en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de
componentes electrónicos.
• El microprocesador de la CPU está formado por una
unidad aritmético lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma
decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa
mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros
donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control
que interpreta y ejecuta las instrucciones.
• Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los
datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un
conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a
los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los
dispositivos de entrada (por ejemplo, un teclado o un ratón) y los
dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).
Procesamiento de la CPU
Una CPU procesa información almacenada en los bytes de
la memoria. Esta información puede ser datos o instrucciones. Un dato
es una representación binaria de una letra, un número, o un color;
mientras que una instrucción le dice a la CPU que hacer con ese dato, es
decir si sumarlo, si restarlo, moverlo, etc.
Como dijimos anteriormente, la CPU realiza tres
operaciones básicas con los datos: puede leerlos, procesarlos , y
escribirlos en la memoria. Es decir que, la CPU necesita solo cuatro
elementos para realizar dichas operaciones con los datos: Las
instrucciones, un puntero a las instrucciones (Instrucción Pointer),
algunos registros, y la unidad aritmética lógica.
El Instrucción Pointer le indica a la CPU en que lugar de la memoria necesita ser ubicada la instrucción.
Los Registros son lugares de almacenamiento temporario
ubicados en la CPU. Un registro contiene datos que esperan ser
procesados por cualquier instrucción, o datos que ya han sido
procesados, como por ejemplo, la suma o resta de algún número, etc.
La unidad aritmética lógica es una especie de
calculadora que ejecuta funciones matemáticas y lógicas dedicadas a las
instrucciones.
Por otro lado, la CPU contiene algunas partes adicionales que ayudan a dichos componentes principales a realizar el trabajo:
Un buscador de instrucciones (fetch), que recoge las instrucciones de la RAM o un área de memoria localizada en la CPU.
Un decodificador de instrucciones, que toma la
instrucción desde el buscador y la traslada hasta que la CPU la
entienda. Luego determina cuales son los pasos necesarios para cumplir
con dicha instrucción.
La unidad de control, maneja y coordina toda las
operaciones del chip. Este le permite saber a la unidad aritmética
lógica cuando debe calcular, al buscador cuando debe grabar una cifra, y
al decodificador cuando trasladar la cifra dentro de una instrucción.
