LOS DIFERENTES SISTEMAS DE CÓMPUTO
Las computadoras realizan las operaciones necesarias para tomar datos, transformarlos y convertirlos en la información requerida de acuerdo con las instrucciones que se le indican en los programas que rigen su funcionamiento.
Los datos de entrada, si son nuevos para el sistema, en su conjunto, se toman de dispositivos de entrada; si ya se encontraban disponibles en el sistema se toman de dispositivos de almacenamiento.
La transformación tiene lugar en la unidad central de proceso, según las indicaciones de los programas aplicados.
Estos programas contienen instrucciones sobre la forma de obtener los datos a considerar, la decisión sobre la transformación (o no) a efectuar sobre ello, el sentido de esa elaboración o transformación y la forma de guardar y/o exponer la información elaborada.
La presentación de la información elaborada se realiza en dispositivos de salida o es guardada en dispositivos de almacenamiento.
Una computadora esta compuesta por los siguientes elementos:
* el procesador central, conocido como CPU (inicial de las palabras en ingles central processing unif) o como UCP (iniciales de unidad central de proceso).
* los dispositivos de entrada y salida.
* los dispositivos de almacenamiento
Todos los sistemas de computación sin importar cual sea su tamaño, tienen cuatro partes fundamentales: entrada-proceso-almacenamiento-salida, las que se presentan de diferentes formas (estructuras internas, tamaño, interrelaciones, etc.)Sin perder su esencia.
CATEGORIAS DE LAS COMPUTADORAS:
*computadoras personales
Destinada a ser utilizadas por una sola persona, pudiendo o no ser parte de un sistema de cómputo de nivel superior. En esta categoría encontramos las maquinas de escritorio, las portátiles, (laptops) y las asistentes personales (PDS, como los equipos marca Palm y los equipos con sistema operativo Windows CE)
*estaciones de trabajo
Destinadas al trabajo individual dentro de un sistema de computo de nivel superior. Carecen de unidades de archivo en si misma, compartiendo las del sistema general.
*minicomputadoras
Destinadas a ser utilizadas por varias personas (por ejemplo, las cajas de un banco, los puestos de venta de pasaje en una compañía de micros o aviación, la caja de un restaurante de comidas rápidas, etc.)En esta categoría puede incluirse los servidores de redes de área local y equipos de porte mediano y pequeño.
*mainframes
Computadoras de mayor porte, ofrecen servicios a cientos o miles de estaciones de trabajo, y usualmente, están conectadas con redes de minicomputadoras y computadoras personales.
EL PROCESADOR.
La complejidad de cada modelo de CPU puede variar, si bien se distinguen las siguientes partes fundamentales:
*la unidad central de proceso, compuesta a su vez por la unidad de control (UC o CU, del ingles control unif) y la unidad aritmética-lógica (UAL o ALU, del ingles arithmetic logic unif).
*la unidad de entrar-salida (E/S o I/O del ingles imput/output)
*la memoria interna.
La unidad de control determina que hacer, supervisa y ordena las acciones que debe realizar el sistema para cumplir con las instrucciones de los programas. Es el “director” que hace que cada parte realice su trabajo. Indica a las unidades de entrada los datos que deben proveer y en que momento, indica a la unidas aritmética-lógica donde encontrar los datos, que procesamientos deben efectuar con ellos, donde deben dejar los datos elaborados e indican a las unidades de salida que datos procesados tomar y donde almacenarlos y/o presentarlos.
La unidad aritmético-lógica realiza tantos las operaciones aritméticas cuanto las lógicas, es decir, las comparaciones de igual, mayor o menor.
La memoria o almacenamiento interno es el lugar donde la CPU coloca los datos para su procesamiento. Los recibe de las unidades de entrada depositándolos en la memoria primaria.
LA UNIDAD DE CONTROL.
La unidad de control tiene tres funciones principales:
*interpretar las instrucciones.
*dirigir las operaciones de los elementos internos.
*controlar el flujo de instrucciones y datos hacia y desde la RAM.
Las instrucciones de los programas se cargan en la memoria principal a la UC, donde el decodificador la decodifica e interpreta.
La UC dirige las operaciones necesarias en los distintos componentes.
La UC contiene áreas de almacenamiento de trabajo de alta velocidad, llamadas registros.
El registro de instrucción contiene la instrucción en ejecución. Otros registros de uso general almacenan los datos necesarios para el procedimiento inmediato. También almacenan información sobre el estado de proceso, por ejemplo el registro del programa tiene la dirección de la memoria en la que se encuentra la próxima instrucción a ejecutar.
LA UNIDAD ARITMETICO - LOGICA
Realiza los cálculos (operaciones matemáticas de sumar, restar, multiplicación, división y combinados) y las operaciones lógicas (comparaciones).
Es la encargada de realizar, en el computador, las operaciones con los datos, de acuerdo al programa en ejecución.
En base a las operaciones lógicas indicadas en los programas la ejecución, sigue por diferentes instrucciones.
El resto de los elementos (unidad de control, registro de memoria interna, y unidad de entrada salida) proveen las instrucciones y suministran los datos a la UAL, para que los procese y entregue los resultados.
Se basa en el uso de dispositivos lógicos digitales sencillos que se pueden dígitos binarios y realizar operaciones de lógica booleanas sencilla .las operaciones mas complejas se descomponen en pasos elementales que se ejecutan a altísima velocidad ;es decir, todas las instrucciones se descomponen en instrucciones mas simples hasta llegar a instrucciones básicas.
Los datos le llegan por registros (áreas de memoria) y en registros las devuelve. Los registros son posiciones de memoria interna que están conectadas a la UAL.
También utiliza indicadores (flogs) que son otras posiciones de memoria para, según el contenido de “0” o “1” cargados en ellos, definir decisiones.
La UAL tiene:
* Uno o varios operadores, que son los circuitos que realizan la función aritmética y lógica.
* un banco de registro de tipo general, donde se almacenan los datos. Por lo general se encuentran 8, 16, 32, 64 registros.
* un registro llamado acumulador en el que se deposita el resultado que origina el operador, y que soporta la información de numerosas operaciones.
- el indicador de cero, el de negativo, el de acarreo, el de overflow.
- un secuenciador, que genera la secuencia de señales requeridas para desarrollar las diversas instrucciones básicas que integran la instrucción. Para cada instrucción se indica el operador que interviene, la operación a efectuar y los registros que participan.
Clasificación de operadores:
* Generales y especializados. Los generales realizan distintas operaciones, mientras que los especializados restringen las operaciones alcanzadas. Ejemplo: sumas con coma flotante.
* Combinacionales y secuenciales. Los combinacionales no requieren posiciones de memoria. Las secuenciales requieren varias fases para obtener el resultado, contando con elementos de memoria que almacenan la información que se transmiten entre fases. Es habitual que la UC administre las fases y se trabaje solo con operadores combinacionales.
Así, una operación puede hacerse:
-mediante un circuito combinacional para operaciones de una sola fase.
-mediante un circuito secuencial que maneja sus propias fases.
-mediante un circuito secuencial con fases manejadas por la UC.
-mediante un programa.
* Paralelos y en serie. En seri, se trabaja cada digito a la vez, siendo de tipo secuencial, y requiere tantas fases como dígitos tenga. En paralelo, realiza la operación simultáneamente sobre todo los dígitos de las operandos.
La UC proporciona las señales que gobiernan el funcionamiento de la UAL y la transferencia de datos dentro y fuera de la UAL. Entrega los datos y los códigos que indica que hacer con ellos y recupera los datos.
Todo se representa con 0 y 1, saturación o vacío.
Una palabra de 8 bits representa números de 0 a 255.
La forma más simple de representar el signo es la representación de signo-magnitud.
El bit de la izquierda se lo representa con el signo 0 = +,1= -. Hay otras representaciones; la utilizada depende de la arquitectura y la organización de cada maquina.
Para poder trabajar con cifras grandes o pequeñas se trabaja con punto flotante, representando los números en notación científica.
Así, el punto decimal se mueve dinámicamente.
Cada palabra representa los números con tres campos: signo, parte significativa o mantisa y exponente.
Las operaciones típicas son las siguientes:
*de desplazamiento.
*aritméticas cambios de signo adición (secuencia o paralelo, con acarreo), sustracción, multiplicación, división.
*lógicas: negación o invención lógica (actúa sobre un solo operando), OR o suma lógica, AND o producto lógico, OR o exclu siva.
LA MEMORIA INTERNA.
La memoria almacena los datos y las instrucciones, realizando solo dos operaciones básicas: lectura y escritura. La memoria interna forma parte de la Unidad Central de Proceso y su conexión a los buses del mismo es directa.
La memoria interna es aquella que esta unida directamente a la UAL y la UC. Se le suministra la dirección y la señal de control (grabar o leer) y entrega o recibe los datos.
Como la UC y la UAL son muy rápidas, la memoria interna debe serlo también, para abastecerlas de datos y recibirlos.
La velocidad de transferencia de la memoria interna a la UAL o la UC es el número de bits simultáneos que se transfieren. A menudo es igual a la longitud de palabra, pero puede ser inferior, situación esta que puede provocar que en algunas condiciones la UAL y la UC estén “esperando” que la memoria le transfiera datos.
Esta memoria tiene acceso aleatorio (en ingles random Access memory, RAM), es decir, permite el acceso individualizado a nivel de palabra. Para hacer la conexión con el resto del sistema se emplean des registros: uno contiene la dirección y el otro el dato a leer o escribir, una señal de control con el tipo de operación (leer o grabar), otra señal de control de inicio de operación y otra de fin.
El registro de direcciones puede direccionar a toda la memoria. El registro de datos tiene que tener una longitud igual al tamaño de la palabra con que trabaja la memoria. Ambos se conectan a las bases o canales del sistema, que son los elementos que vinculan las distintas unidades entre si.
En la actualidad se utilizan tecnologías CMOS (complementary, metal-oxide semiconductor). Un chip puede alcanzar mas de 4Mbits, 4000000 de posiciones, cerca de 400000 datos.
La tecnología CMOS es volátil; es decir si se interrumpe el suministro de energía, se pierden los datos contenidos.
Con el desarrollo actual hay diferentes niveles de memoria primaria, como también extensiones de memoria no primaria (que no esta conectada en forma directa con el bus del sistema), cuyo direccionamiento es permitido.
LAS MEMORIAS MAS IMPORTANTES SON:
*CACHE cerca de 10 veces más veloz que la RAM y 100 veces más costosa. Se alocan los datos más utilizados y los que se prevé que serán utilizados inmediatamente. Su tamaño se encuentra en orden de los Mb, y su velocidad de acceso es el orden de los 20ns (nano segundos).
*RAM (random Access memory). En el orden de las decenas de MB, acceso 200ns.
*ROM (read only memory). Es no volátil, el fabricante instala el contenido de la ROM directamente y fijo en uno o varios chips. Este se lee al encender el computador y contiene, básicamente, las instrucciones que deben ejecutarse para que el sistema se carge, los programas de arranque (bootstrap) e instrucciones sobre la configuración física, por ejemplo para controlar un periférico determinado, recibiendo el nombre de firmware.
*PROM(programmable read only memory). Una variación de la anterior. Se cargo con datos (generalmente instrucciones de programas) que no son variados durante el procedimiento. En algunos casos puede reprogramarse con ciertos cuidados y bajo ciertas circunstancias, recibiendo el nombre de EPROM (erasable PROM).
*FLASH. Similar a la anterior, normalmente se utiliza para cargar instrucciones de manejo de dispositivos. Se cambia la” inteligencia” de los dispositivos según el programa cargado.
La memoria virtual o virtual memory (VM). Es una extensión en disco. Un programa se ejecuta en forma secuencial, los programas se secuencian en páginas. Una porción reside en el RAM, el resto en VIM, las páginas apropiadas se transfieren a la RAM conforme se necesitan. Esta actividad se conoce como paginado de memoria. Así se independiza el tamaño de la capacidad de la RAM. Si bien esto evita que sea necesario que todo el programa se cargue en la RAM para su ejecución, si por la estructura del programa se requiere acceder a información que se encuentra en el disco en forma continua, la performance del sistema caerá, ya que al requerir un acceso “lento” para obtener las instrucciones la UAL y la UC estarán “esperando” (u ocupándose de otras tareas) gran parte del tiempo.
LA UNIDAD DE ENTRADA / SALIDA.
El acceso a la memoria externa se realiza por medio de la unidad de I/O.
Los programas y datos se transfieren desde los dispositivos de I/O al procesador por medio de la memoria interna. El espacio es escaso, se recibe la instrucción y los datos se ejecutan la orden, se entrega los datos de salida.
Recordemos que las instrucciones se reciben en lengua de maquina, especifico para cada tipo de maquina, un conjunto de 0 y 1. Los lenguajes ensambladores utilizan ciertas instrucciones mnemotécnicas, pero es una instrucción en ensamblador, igual a una instrucción de maquina por cada instrucción .la petición de maquina se transmite desde la UC a la memoria interna y la unidad de I/O por medio del bus o canal, que es el medio por el cual se comunican entre si. Los datos y las instrucciones se cargan en la memoria interna.
Cada instrucción y cada dato se almacenan en un lugar específico de la RAM, llamada dirección. Las direcciones permiten la localización, acceso y procesamiento de las instrucciones y datos.
Los contenidos cambian en la medida que las instrucciones son ejecutadas.
CARACTERISTICA DEL PROCESADOR.
Un procesador puede caracterizarse por su arquitectura, el tamaño de su palabra, su capacidad de memoria primaria y su velocidad. Estas son las diferencias fundamentales (aunque no las únicas) entre los distintos procesadores.
Encontramos equipos construidos siguiendo diferentes arquitecturas, que hacen que no sean comparables en forma directa en cuanto a su velocidad de cómputo. Entre ellas, podemos mencionar:
Arquitectura CISC complex instruction set computer
Tiene operadores para instrucciones complejas, incluyendo instrucciones para sumar multiplicar, diferentes comparaciones y diferentes formas de mover datos.
Arquitectura RISC reduced instruction set computer
Incluye un conjunto limitado de operadores, buscando un mejor rendimiento mediante la limitación en la cantidad de instrucciones, compensada con creces por la mayor velocidad de procesamiento y el menor costo de los procesadores.
Arquitecturas con procesadores (RISC o ClSC) paralelos
Un primer procesador (procesador de primer nivel) analiza el problema y determina las funciones que se pueden resolver por partes, si las hay.
Cada parte aislada se envía a procesadores de segundo nivel, dependientes del primero, que las procesan y devuelven los resultados.
El procesador de primer nivel integra los resultados.
La palabra es la cantidad máxima de bits que se manejan como unidad en la UAL y la UC. En general, coincide con la unidad minima direcciónable, si bien en algunos procesadores es posible el direccionamiento a media palabra o, incluso, al bit.
La palabra de la unidad de transferencia es el número de bits que se pueden transferir en forma simultánea entre la memoria la UC y la UAL, es decir el ancho del bus. En la actualidad encontramos equipos que tienen palabras de 32, 64 y 128 bits.
La velocidad del procesador de un a pequeña computadora se mide usualmente en millón es de ciclos de reloj por segundo (Mhz). En general, se requieren varios ciclos de reloj para cumplir una instrucción, dependiendo de la cantidad de ciclos por instrucci6n de la arquitectura. Dentro de una misma arquitectura, a mayor cantidad de Mhz mayor será la velocidad del procesador.
Otra medida usual, generalmente en computadoras de mayor porte, es la cantidad en millones de instrucciones por segundo, o MIPS. Los MMIPS (miles de millones de instrucciones por segundo) son una medida aplicable para el caso de computadoras de gran porte.
Otra medida común, cuando se trata de procesadores con manejo de instrucciones de punto flotante, son los MFLOPS, 0 millones de operaciones de punto flotante por segundo, y los GFLOPS, u operaciones de mil millones de FLOPS por segundo.
La capacidad de la memoria primaria se mide en MB o Mega Bytes, esto es: 2²° bytes o 1.048.576 bytes, es decir 1024 KB (recordemos que un KB o Kilobite es equivalente a 2¹° bytes, o sea 1024 bytes). Las computadoras de mayor porte llegan a tener memorias primarias mensurables en GB, o Giga Bytes (1 GB es equivalente a 2³° bytes o 1024 MB) y hasta TB o TeraBytes (1 TB es equivalente a 2,40 bites o 1024 .
ARQUITECTURA DE UNA PC.
En la actualidad, la arquitectura mas habitual encontrada en una computadora personal se basa en la configuración conocida como PCI (Peripheral component interconnect standard, o, en castellano, standard para la interconexión de periféricos) en varias versiones que incorpora un bus' de comunicación de 32 bits o 64 bits.
La necesidad minima de memoria de primaria depende del sistema operativo y los programas utilizados. Para la utilización de los programas de uso frecuente en la actualidad es recomendable una capacidad de memoria primaria no menor a los 51 2k, ya que de lo contrario las actividades de paginado (este concepto se desarrolla en la unidad 3) provocaran que la velocidad de procesamiento disminuya.
El equipo incluye el bus y la UCP, y sobre el primero una serie de enchufes o slots en los cuales se conectan las unidades que trabajan dentro del mismo gabinete, tales como unidades de disco fijo, de disquete, de CD, placas de red, placas controladoras de periféricos específicos (como escáner o unidades de lectograbacion de discos removibles, etcétera), como también una serie de elementos electrónicos adicionales para el control de estas unidades.
Asimismo encontramos una serie de conectores, siendo habituales los siguientes:
* Conector para el teclado.
* Conector para el mouse.
* Conector para la pantalla, monitor o unidad de presentación visual. Se utiliza para enchufar el cable que vincula la pantalla.
* Enchufe de tensión. Se utiliza para enchufar el cable que une la maquina con la red eléctrica.
* Conector paralelo. Se utiliza principalmente para la conexión de impresoras, si bien también puede ser utilizado para la conexión de unidades adicionales, como el escáner, que tengan ingreso por puerta o conexión paralela, tales como unidades de lectograbacion de discos removibles.
* Conector serial. Se utiliza para conectar unidades que tengan este tipo de conectores, tales corno impresoras y modems.
* Conector USB. Este conector es en realidad un bus que permite la conexión de múltiples periféricos mediante su ramificación, constituyéndose en el reemplazo de los conectores paralelo y serial. En la actualidad encontramos todo tipo de periféricos que ofrecen este tipo de conexión, desde teclados e impresoras hasta dispositivos de almacenamiento, a excepción de unidades de presentación visual.
* Puerto infrarrojo. Muy común en las computadoras portátiles (laptop, notebook), permite la conexión sin cable con dispositivos que cuenten con un puerto infrarrojo, tales como impresoras, agendas, etcétera .
