Soporte Tecnológico1er Curso - 1er Cuatrimestre
Módulo I: Introducción a la Informática. Arquitectura de un Ordenador (II).
Informática Básica
Módulo I
Controladores
La 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.
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La 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).
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La 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).
La Unidad de Control
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.
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La Unidad de Control
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).
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La 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).
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, ... ).
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La 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.
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La Memoria Central
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).
Microordenes
Bus
La Memoria Central
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.
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La Memoria Central
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.
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El 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.
El Bus del Sistema
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.
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Las 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.
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Las Instrucciones
Una segunda clasificación de las instrucciones hace referencia a su formato:
- Instrucciones de tres operandos.
- Instrucciones de dos operandos.
- Instrucciones sin operandos.
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Las Instrucciones
Los operandos en las distintas instrucciones mediante lo que se denomina Modos de Direccionamiento.
- Direccionamiento Inmediato.
- Direccionamiento Directo.
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Ciclo 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.
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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.
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Soportes 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).
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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.
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Los periféricos normalmente pueden ser de:
- Entrada (teclado, ratón, mando –joystick-, ...).
- Salida (pantalla, impresora, altavoz, ...).
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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, ...).
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Soportes Perforados
- 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.
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.
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Soportes Magnéticos
Tambores Magnéticos.
Cintas Magnéticas.
- Discos Duros.
Caracteres MIC.
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Soportes 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.
Caracteres Ópticos (formularios normalizados, ...).
- De Impacto
De Margarita, de Cilindro, de Matriz, de Puntos, de Tambor, de Ruedas, de Cadena, y de Banda.
- Sin Impacto
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Otros Soportes
De Caracteres.
De Líneas.
De Páginas.
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Otros Soportes
Sensores (temperatura, velocidad, posición, luz, sonido, ...).