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UNIVERSIDAD LAICA ELOY ALFARO DE MANABIFUNCIONAMIENTO LOGICO DEL COMPUTADORINTEGRANTES:

13/06/2011

Contenidondice de Ilustraciones ............................................................................................................... 3 Introduccin ................................................................................................................................. 4 Objetivos ...................................................................................................................................... 5 Funcionamiento lgico de la computadora ............................................................................. 6 Entrada ..................................................................................................................................... 6 Proceso .................................................................................................................................... 6 Salida........................................................................................................................................ 6 Conceptos bsicos para el almacenamiento de la informacin .......................................... 6 Notacin Binaria.- ................................................................................................................... 6 Caractr.- ................................................................................................................................. 6 Byte.- ........................................................................................................................................ 6 Cdigos ........................................................................................................................................ 7 Manera en la que las computadoras procesan datos ........................................................... 7 ASCII ........................................................................................................................................ 8 EBCDIC.................................................................................................................................... 8 Unicode .................................................................................................................................... 9 Representacin interna de los datos ....................................................................................... 9 Organizacin de la memoria en un proceso. ....................................................................... 10 rea De Instrucciones ......................................................................................................... 10 rea De Entrada Salida ....................................................................................................... 10 rea De Trabajo ................................................................................................................... 10 Unidad Central De Proceso (UCP O CPU) .......................................................................... 10 Funcionamiento del microprocesador ................................................................................... 11 Unidad de Decodificacin.- ................................................................................................. 11 Unidad de Ejecucin.- .......................................................................................................... 11 Unidad Aritmtica Lgica.-............................................................................................... 11 Unidad De Control ................................................................................................................ 12 El contador de programa.- .............................................................................................. 12 Registro de instrucciones. ............................................................................................... 12 Decodificador .................................................................................................................... 13 Reloj .................................................................................................................................... 13 Secuenciador .................................................................................................................... 13 Elementos de la ALU ........................................................................................................... 13

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Circuito Operacional.- ...................................................................................................... 13 Registro de Entrada (REN).-........................................................................................... 13 El Registro Acumulador.- ................................................................................................ 13 Registro de Estado (Flags).- ........................................................................................... 14 Diseo lgico de procesadores. ............................................................................................. 16 Conclusiones ............................................................................................................................. 18 Recomendaciones .................................................................................................................... 19 Bibliografa ................................................................................................................................. 20

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ndice de Ilustraciones1. Representacin Binaria ............................................................................................................. 8 2. Ejemplo de representacin binaria ........................................................................................... 9 3. Divisin global del procesador ................................................................................................ 11 4. Pasos globales de la ALU ......................................................................................................... 12 5. Composicin del procesador ................................................................................................... 12 6. Diagrama de la Unidad de Control .......................................................................................... 13 7. Diagrama general de la Unidad Aritmtica - Lgica ................................................................ 14 8. Diagrama general del CPU....................................................................................................... 15

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IntroduccinMuchas veces estamos frente a un computador trabajando, quizs haciendo un trabajo en Word, o haciendo clculos matemticos con Excel o haciendo una hoja de presentacin en Power Point o alguna otra cosa ms, pero nunca nos preguntamos o nunca se nos viene la idea de cmo hace la computadora para procesar las palabras que escribimos, o los clculos matemticos que, o la hoja de presentacin que necesita tanto sonido como imgenes que hacemos en Power Point y muchos otros procesos que hace la computadora, en fin todo esto vamos a explicar detalladamente en este documento el cual vamos a aprender cada proceso que hace la computadora, que funcin tiene el procesador y como hace para procesar los datos.

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Objetivos Investigar la manera en que como la computadora es capaz de procesar toda la informacin que le ingresamos, y de igual manera aprender como el procesador manipula los datos para luego codificarlos en informacin. Entender el lenguaje mquina que utiliza la computadora para interpretar los datos que procesa la misma. Analizar como la computadora representa internamente los datos y como los convierte en informacin. Investigar paso a paso cada proceso interno que hace el microprocesador al momento en que le llegue un dato.

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Funcionamiento lgico de la computadoraUna computadora procesa datos para generar informacin. El proceso se realiza dentro de la computadora por lo que es necesario introducir los datos a procesar hasta el interior de la misma. Una vez procesados, es necesario comunicarse al exterior de la computadora. De lo expuesto anteriormente surge el concepto de CICLO DEL PROCESO ELECTRONICO DE DATOS, en donde para llevar a cabo el proceso de datos se requiere de tres operaciones: Entrada En esta operacin se definen las acciones y los datos que se introducirn a la computadora. Proceso Consiste en ejecutar las instrucciones que permiten procesar a los datos y generar informacin. Cabe mencionar que las instrucciones tambin debern estar dentro de la computadora. Salida Es el conjunto de acciones que permite a la computadora comunicar al exterior los resultados del proceso. Para poder realizar este ciclo la computadora requiere de tener el hardware bsico que se clasifica como sigue: Unidad de Almacenamiento Primario Unidad Central de Procesamiento Unidad de Control Unidad Aritmtica Lgica

Conceptos bsicos para el almacenamiento de la informacinNotacin Binaria.Se denomina con este nombre, a la representacin de los datos a travs de bits. Todas computadoras manejan los datos bajo la modalidad binaria, es decir, usando 0's y 1's, estos smbolos se denominan BITs; esto es, un bit es un 0 o un 1.

Caractr.Una letra (A, Z; a, z), un digito (0, 9) o un smbolo especial (,$,#,", @, , +,...,etc).

Byte.Puede almacenar un caractr de informacin, para poder representar un caractr, se agrupan generalmente 8 bits.

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La divisin de la memoria en bytes o celdas para almacenar la informacin nos proporciona un patrn para medir la capacidad de la memoria. Las unidades ms usuales para sealar la capacidad de la memoria son las siguientes:

UNIDAD BYTE(b) KILOBYTE(Kb) MEGABYTE(Mb) GIGABYTE(Gb)

EQUIVALENCIA 8 bits 1,024 bytes 1,024 kilobytes 1,024 megabytes

NUMERO DE CARACTERES 1 1,024 1,048,576 1,073,741,824

CdigosUn cdigo es un conjunto de reglas que nos establece de qu manera se combinarn los 0's y 1's para representar los diferentes caracteres. En algunas ocasiones es necesario conocer el contenido de la memoria, bajo esta situacin, la computadora emplea la representacin hexadecimal para mostrar su contenido. La computadora utiliza la notacin binaria para operar internamente y emplea representaciones hexadecimales para mostrar la informacin almacenada, la interpretacin correspondiente depender del cdigo que se est utilizando.

Manera en la que las computadoras procesan datosEl computador es una mquina que funciona basndose en informacin, esto es: recibe informacin, la procesa o la modifica y la entrega. Debido a que sus componentes son digitales la informacin se procesa en forma binaria, esto es la energa con la cual funcionan los circuitos se presenta en pulsos los cuales pueden estar en uno de los dos estados siguientes: ON (1) u OFF (0), a cada pulso de estos se les conoce con el nombre de Bit. A un conjunto de bits generalmente de ocho se le llama Byte, donde ste representa un caractr que puede ser una letra minscula o mayscula, un nmero del 0 al 9, un espacio en blanco, un signo o un smbolo. El funcionamiento del computador digital se basa en la lgica de Boole, creado por compuertas digitales de las cuales las bsicas son: Para entender la manera en que las computadoras procesan datos, es importante conocer cmo la computadora representa los datos. Las personas se comunican a travs del habla combinando palabras en oraciones. El habla humana es anloga porque utiliza seales continuas que varan en fortaleza y calidad. Las computadoras son digitales, pues reconocen solo dos estados: encendido (on) y apagado (off). Esto es as porque las computadoras son equipos electrnicos que utilizan electricidad, que tambin tiene solo dos

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estados: on y off. Los dos dgitos 0 y 1 pueden fcilmente representar estos dos estados. El dgito cero representa el estado electrnico apagado (la ausencia de carga electrnica). El dgito uno representa el estado electrnico encendido (presencia de carga electrnica).

1. Representacin Binaria

El sistema binario es un sistema numrico que tiene tan solo dos dgitos, 0 y 1, llamados bits. Un bit (binary digit) es la unidad de datos ms pequea que la computadora puede representar. Por s solo, un bit no es muy informativo. Cuando ocho bits se agrupan como una unidad, forman un byte. El byte es informativo porque provee suficientes combinaciones diferentes de 0 y 1 para representar 256 caracteres individuales. Esos caracteres incluyen nmeros, letras maysculas y minsculas, signos de puntuacin y otros. Las combinaciones de 0 y 1 que representan caracteres son definidas por patrones llamados esquemas de cdigos (coding scheme). Esquemas de cdigos populares son: ASCII Es una sigla para "American Standard Code for Information Interchange" (Cdigo Standard Norteamericano para Intercambio de Informacin). Este cdigo fue propuesto por Robert W. Bemer, buscando crear cdigos para caracteres alfa-numricos (letras, smbolos, nmeros y acentos). De esta forma sera posible que las computadoras de diferentes fabricantes lograran entender los mismos cdigos. El ASCII es un cdigo numrico que representa los caracteres, usando una escala decimal del 0 al 127. Esos nmeros decimales son convertidos por la computadora en nmeros binarios para ser posteriormente procesados. Por lo tanto, cada una de las letras que escribas va a corresponder a uno de estos cdigos. EBCDIC EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange),Cdigo ampliado de intercambio decimal codificado en binario. Cdigo binario para texto, comunicaciones y control de impresoras de IBM. Este cdigo se origin con el System/360 y aun usa en mainframes IBM y en la mayora de los computadores de medio rango de IBM. Es un cdigo de 8 bits (256

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combinaciones) que almacena un carcter alfanumrico o dos dgitos decimales en un byte. Unicode Es el nico esquema de cdigo capaz de representar todos los lenguajes del mundo actual. Se desarroll precisamente porque el ASCII y el EBCDIC no eran suficientes para representar lenguajes para alfabetos diferentes al ingls o Europeo, como los asiticos y otros. Bsicamente Unicode proporciona un nmero nico para cada carcter, sin importar la plataforma, ni el programa, ni el idioma, permitiendo un fcil traspaso entre distintos sistemas de codificacin y plataformas. Para ello, este mtodo utiliza dos bytes por cada carcter. Cmo referencia, en el formato ASCII clsico es suficiente un solo byte para representar cada carcter. Esta mayor cantidad de espacio, normalmente est prevista por los programas y sistemas operativos que soportan esta codificacin, y no debera representar un problema en circunstancias normales.

Representacin interna de los datosPara representar en sistema binario la palabra HOLA, primero tenemos que conocer el nmero decimal equivalente en el cdigo ASCII para cada letra H, O, L, A. H = 72 O = 79 L = 76 A = 65

Posteriormente tenemos que llenar con unos (1) cada casillero del byte de manera que sumados nos den el valor del nmero decimal y el resto se llenan con ceros. El valor de cada casillero del byte empieza de derecha a izquierda utilizando mltiplos de dos, como se muestra a continuacin.

2. Ejemplo de representacin binaria

De esta manera, podemos concluir que la informacin tiene su origen en los conjuntos de muchos bytes que a su vez se originaron por la agrupacin de muchos bits. Las organizaciones actualmente manejan grandes cantidades de informacin, principalmente la que se genera al interior de las mismas. Para administrar toda esta informacin, se apoyan de manera importante en tecnologas de la

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informacin. Sin embargo, el poder dar el siguiente paso, que es el de transformar la informacin en conocimiento es actualmente todo un reto para las organizaciones, paso que ms vale que den lo ms pronto posible, si es que quieren seguir vigentes y competitivas en el actual entorno global y digital.

Organizacin de la memoria en un proceso.Una computadora es capaz de realizar cualquier tipo de proceso. Cuando se efecta el proceso, la memoria principal se organiza con una cierta estructura que le permite intervenir en la ejecucin del mismo, esta estructura en trminos generales est compuesta de las siguientes partes. rea De Instrucciones Esta rea est destinada a almacenar las instrucciones que forman al programa y que deber seguir la computadora para efectuar el proceso. rea De Entrada Salida Se utiliza para almacenar la informacin que proviene de los dispositivos perifricos o bien la informacin que se mandar a estos.

rea De TrabajoEsta rea se utiliza para almacenar informacin y resultados intermedios que sirven de apoyo para la ejecucin de los procesos. El nmero de bytes que ocupa cada rea, as como su ubicacin dentro de la memoria principal (direcciones de memoria) variar de acuerdo las caractersticas, dimensiones y necesidades de cada programa.

Unidad Central De Proceso (UCP O CPU)Es la parte de la computadora que se encarga de realizar todas las actividades del procesamiento de la informacin. El microprocesador es el cerebro de la microcomputadora. Es la CPU construida en un chip. Procesa los datos, recupera y almacena informacin, interpreta programas y ejecuta operaciones lgicas; realiza los procesos de control de la microcomputadora. La capacidad de proceso de informacin del microprocesador depende de la amplitud del bus de datos y la frecuencia de los ciclos de la mquina determinada por su reloj electrnico. La amplitud del bus de datos determina cuntos bits pueden transferirse al mismo tiempo. La frecuencia de los ciclos es una medida de cuntas operaciones de proceso separadas pueden ser ejecutadas por la computadora en un segundo. Conforme la amplitud del bus de datos del microprocesador se incrementa, se requieren menos ciclos para completar la tarea deseada.

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Funcionamiento del microprocesadorPara entender cmo funciona un microprocesador hay que tener en primer lugar una clara idea acerca de los componentes que la componen, de otro modo ser prcticamente imposible saber el modo de su funcionamiento. De una forma global, podemos considerar al procesador dividido en tres grandes bloques:Unidad de Decodificacion Unidad de Ejecucion

UNIDAD ARITMETICA - LOGICA

3. Divisin global del procesador

Unidad de Decodificacin.Se encarga de interpretar el cdigo para averiguar el tipo de instruccin a realizar, por ejemplo, instrucciones de suma, multiplicacin, almacenamiento de datos en memoria, etc. Unidad de Ejecucin.Es la encargada de dar las rdenes necesarias a las diversas partes del microprocesador para poder ejecutar cada una de las instrucciones. Unidad Aritmtica Lgica.Tiene como funcin realizar las operaciones aritmticas y lgicas que se requieren para efectuar un proceso. Operacin Aritmtica.- Se denomina as a toda operacin donde intervienen valores numricos para realizar sumas, restas, multiplicaciones, etc. Operacin Lgica.- Se dice que una operacin es lgica si la informacin que se obtiene tiene dos posibles valores: verdadero o falso. Las operaciones lgicas pueden involucrar datos que no necesariamente son numricos.

Para saber cmo funciona un procesador implica conocer cmo se va ejecutando cada una de las instrucciones del programa que est en memoria. Los pasos globales que se asignan a la hora de ejecutar una instruccin son: Bsqueda de la instruccin Decodificacin de la instruccin Bsqueda de operandos Ejecucin de la instruccin Almacenamiento del resultado.

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Bsqueda De La Instruccin

Decodificacin de la instruccin

Bsqueda de operandos

Almacenamiento del resultado

Ejecucin de la instruccin

4. Pasos globales de la ALU

Podemos entonces, considerar a un procesador compuesto por dos unidades:

Unidad de Control Unidad Aritmetica Logica5. Composicin del procesador

Unidad De Control Como su nombre lo indica, es la parte de la CPU que se encarga de controlar la ejecucin de los procesos, en otras palabras se considera como el centro nervioso del computador, ya que de l se controlan y gobiernan todas las operaciones. Como funciones bsicas tiene: Tomar las instrucciones de memoria, Decodificar o interpretar las instrucciones, Ejecutar las instrucciones

Para realizar su funcin, la unidad de control consta de los siguientes elementos: Contador de programa Registro de instrucciones Decodificador Y un Secuenciador

El contador de programa.Contiene permanentemente la direccin de memoria de la siguiente instruccin a ejecutar. Registro de instrucciones. Contiene las instrucciones que se estn ejecutando en cada momento.

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Decodificador Se encarga de extraer el cdigo de operacin de las instrucciones en curso lo analiza y emite las seales necesarias al resto de los elementos para su ejecucin a travs del secuenciador. Reloj Proporciona una sensacin de pulsos elctricos o ciclos entre varios constantes. Secuenciador En este dispositivo se genera ordenes muy elementales (microordenes) que sincronizadas por los impulsos del reloj hace que se vallan ejecutando poco a poco la instruccin que est cargada en el registro de instruccin.Contador de programa RELOJ SECUENCIADOR DECODIFICADOR

Registro de instrucciones BUS INTERNO

6. Diagrama de la Unidad de Control

Elementos de la ALU ALU, est formada a su vez por los siguientes elementos: Circuito operacional registros de entrada (REN) registro acumulador registro de estado(FLAGS)

Circuito Operacional.Contiene los circuitos necesarios para la realizacin de las operaciones con los datos procedentes con los de registros de entrada Registro de Entrada (REN).En ellos se almacenan los datos u operandos que intervienen en una instruccin antes de la realizacin de la operacin por parte del circuito operacional. El Registro Acumulador.Almacena las operaciones llevadas a cabo por el circuito operacional

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Registro de Estado (Flags).Se trata de unos registros de memorias en la que se deja constancia de algunas condiciones que se dieron en la ltima operacin realizada y que habr de ser tenido en cuenta en operaciones posteriores.

ACUMULADOR

FLAGS

CIRCUITO OPERACIONAL

MICROORDENES

REN1 BUS INTERNO

REN2

7. Diagrama general de la Unidad Aritmtica - Lgica

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BUS DE DATOSUNIDAD DE CONTROL

REGISTRO A B C

R S D

CP

RI

RAM

A

ALU

FCircuito operacional

REN1

REN2

BUS DE DIRECCIONES8. Diagrama general del CPU

Unidad de control: R: Reloj S: Secuenciador D: Decodificador RI: Registro de instrucciones CP: Contadora de procesos

Unidad Aritmtica lgica F: Flags A: Acumulador REN1 y 2: Registro de entrada 1 y 2

Al reiniciar el procesador, la unidad de control recibe una seal de reset y prepara al resto del sistema que recibe la seal de reloj que marca la velocidad del procesador. El registro o contador de programa se carga con la direccin de memoria en la que empieza el programa, la unidad de control hace que el contador de programa aparezca en el bus de direcciones y le indica a la RAM que quiere leer un dato que tiene almacenado en esa posicin, la memoria pone el dato en la instruccin del programa en el bus de datos en el que se carga en el registro de instrucciones, la unidad de control procesa esto y va activando los movimientos de datos, la instruccin pasa del registro de instrucciones al

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decodificador de instrucciones que contiene una tabla con el significado de la instruccin, el decodificador de instrucciones, ejecuta la instruccin, y si no puede consultar con la unidad de control. Si la instruccin fuese una suma, la unidad de control cargara los valores a sumar en los registro REN1 y REN2 de la unidad Aritmtica lgica luego le ordenara a la ALU, que lo sume y lo pusiera en el bus de datos. Luego la unidad de control hara que el contador de programa avanzara un paso para ejecutar la siguiente instruccin y as sucesivamente. Diseo lgico de procesadores. Una unidad procesadora es aquella parte de un sistema digital o un computador digital que configura las operaciones en el sistema. Est compuesta por un nmero de registros y de funciones digitales que conforman microoperaciones aritmticas, lgicas, de desplazamiento y trasferencia. La unidad de proceso se llama una unidad centran de proceso o CPU, cuando se combina con una unidad de control que supervisa la secuencia de microoperaciones. El nmero de registros de una unidad procesadora vara desde un registro procesador hasta 64 registros o ms. Algunos computadores antiguos vienen con un registro procesador solamente. En algunos casos un sistema digital puede emplear un registro procesador sencillo para propsitos especiales. Sin embargo, como los registros y otras funciones digitales son de bajo costo cuando se construyen con circuitos integrados, todos los procesadores y canalizan la informacin entre ellos a travs de buses comunes. Una operacin puede ser configurada en una unidad de proceso con una microoperacin sencilla o con una secuencia de microoperaciones. Por ejemplo la multiplicacin de dos nmeros binarios en dos registros puede ser configurada con un circuito combinacional que realiza la operacin por medio de compuertas. Tan pronto como las seales se propagan a travs de las compuertas, el producto estar disponible y puede ser trasferido a un registro de destino con un pulso de reloj sencillo. Alternativamente, la operacin de multiplicacin puede realizarse con una secuencia de microoperaciones de suma y desplazamiento. El mtodo escogido para la configuracin determina la cantidad y tipo de componentes de la unidad de proceso. Todos los computadores, excepto los muy grandes y rpidos, configuran las operaciones participantes por medio de una secuencia de microoperaciones. De esta manera, el procesador necesita tener solamente circuitos que configuren las microoperaciones bsicas simples tales como sumar y desplazar. Otras operaciones, tales como multiplicacin, divisin, y aritmtica de punto flotante, se generan conjuntamente con la unidad de control. La

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unidad de control se disea para dar secuencia a las microoperaciones que no se incluyen en el conjunto bsico. La funcin digital que configura las microoperaciones con la informacin almacenada en los registros del procesador se llama comnmente unidad bsica aritmtica o ALU. Para realizar una microoperacin, el control canaliza la fuente de informacin de los registros hasta las entradas del ALU. El ALU recibe la informacin de los registros y realiza una operacin dada de la manera especificada por el control. El resultado de la operacin dada de la manera especificada por el control. El resultado de la operacin se trasfiere al registro de destino. Por definicin, el ALU es un circuito combinacional; de manera que toda la operacin de trasferencia entre registros puede realizarse durante el intervalo de un pulso de reloj. Todas las operaciones de trasferencias entre registros, incluyendo la trasferencia entre registros de una unidad procesadora tpica, se realizan en un ALU comn; de lo contrario, sera necesario duplicar las funciones digitales para cada registro. Las microoperaciones de desplazamiento se realizan a menudo en una unidad separada. Una unidad de desplazamiento se muestra por lo general separada, pero algunas veces est incluida como parte de la unidad enteramente aritmtica y lgica. Un computador CPU debe manipular no solamente datos sino tambin cdigos de instruccin y direcciones que vienen de la memoria. El registro que almacena y manipula el cdigo de operacin de instrucciones se considera como parte de la unidad de control. Los registros que almacenan direcciones son incluidos algunas veces como parte de la unidad de proceso y la informacin de direcciones se procesa por un ALU comn. En algunos computadores, los registros que almacenan direcciones son conectados a un bus separado, y la informacin de direccin se manipula con funciones digitales separadas.

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ConclusionesUna vez teniendo bien claro el funcionamiento lgico de como el procesador se comunica con otros dispositivos utilizando la ayuda de los buses podemos comprender que el computador realiza procesos importante los cuales hemos conocido para una correcta interpretacin sobre el funcionamiento lgico, adems de saber cmo se comunica cada dispositivo al procesador para realizar su funcin.

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RecomendacionesRecomendamos este documento a todos los alumnos en general de especialidad informtica para que sepan el funcionamiento lgico que tiene la computadora, para que aprendan y se den cuenta de cada detalle que hace la computadora para procesar los datos de forma transparente.

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BibliografaLuis Pineda Pastrana. (30 de Junio de 2009). Representacion de los datos de las computadoras. Recuperado el 25 de Mayo de 2011, de Un viaje del bit al conocimiento: http://bitknowledge.blogspot.com/2009/06/representacion-de-los-datos-por-las.html Rodriquez, Luis Duran. (2007). El gran libro del PC interno (Primera ed.). Barcelona, Espaa: MARCOMBO, EDICIONES TECNICAS 2007, MARCOMBO S.A. Torres, I., & Santana, F. (31 de Enero de 1999). Informtica Miraflores. Recuperado el 27 de Mayo de 2011, de Componentes Fisicos de una Computadora: http://www.mflor.mx/materias/comp/cursohar/hardwar1.htm

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