Arquitectura de computadoras: Introducción

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    20-Jul-2015

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<p>La Motherboard</p> <p>Electrnica 2</p> <p>ORIENTACIN DEL APRENDIZAJE</p> <p>En este captulo veremos algunos de los muchos modos en que las computadoras nos ayudan a conformar nuestra vida diaria. Usted aprender de qu manera las computadoras han cambiado la forma en que funcionan algunos negocios e incluso industrias enteras. Tambin daremos un vistazo al interior de las computadoras para que usted vea y comprenda qu las hace funcionar. Adems, descubrir qu son los datos, cmo difieren de la informacin y qu forma toman en la computadora. Luego, explorar los dos componentes de procesamiento: CPU (Central Processing Unit) y la memoria. Por ltimo, ver los microprocesadores hechos por los mayores fabricantes de chips.</p> <p>Los contenidos que trataremos son:</p> <p>Arquitectura de computadoras, clasificacin de las computadoras, la motherboard, el microprocesador, los buses, la memoria, las ranuras de expansin y parmetros para evaluar el rendimiento de una pc.Al finalizar esta unidad usted estar en condiciones de alcanzar los siguientes objetivos:</p> <p> Conocer cules son las cuatro partes de un sistema de cmputo e identificar cuatro clases de hardware de computadora.</p> <p> Distinguir cules son las categoras principales de software y explicar el propsito de cada una.</p> <p> Descubrir cules los tipos ms comunes de computadoras disponibles en la actualidad y podr describir que clase de trabajo hace mejor cada una.</p> <p> Identificar la principal diferencia entre datos e informacin.</p> <p> Nombrar dos razones por las cules las computadoras usan el sistema de numeracin binario.</p> <p> Explicar cmo trabajan juntas las dos partes principales de la CPU para procesar datos.</p> <p> Enumerar tres caractersticas del hardware que afectan la velocidad de procesamiento.</p> <p> Distinguir las dos familias ms conocidas de CPU y enumerar sus diferencias.</p> <p>Comience ahora el estudio de la unidad acompaado de esta gua, teniendo en cuenta las sugerencias dadas en esta breve introduccin y no se olvide de leer la bibliografa recomendada.</p> <p>Bibliografa Norton, Peter. Introduccin a la computacin. McGraw Hill. Mxico1999.</p> <p> PC User. La Biblia del Hardware vol. I y II. MP Ediciones. Bs. As.2000. </p> <p>Este texto trata en profundidad los elementos de Hardware de la PC. </p> <p>Hillar, G. Estructura interna de la PC. Ed. Hasa. Bs. As. 2001.</p> <p>El texto aborda con profundidad la arquitectura de la pc. </p> <p>ESQUEMA CONCEPTUAL</p> <p>Observe este esquema, lo ayuda a entender la relacin entre los contenidos principales a tratar en esta unidad. Vea cmo se refleja la transformacin de los datos en un producto final que nos facilita nuestras tareas diarias.</p> <p>ORIENTACIN DEL APRENDIZAJE</p> <p>En este captulo veremos algunos de los muchos modos en que las computadoras nos ayudan a conformar nuestra vida diaria. Usted aprender de qu manera las computadoras han cambiado la forma en que funcionan algunos negocios e incluso industrias enteras. Tambin daremos un vistazo al interior de las computadoras para que usted vea y comprenda qu las hace funcionar. Adems, descubrir qu son los datos, cmo difieren de la informacin y qu forma toman en la computadora. Luego, explorar los dos componentes de procesamiento: CPU (Central Processing Unit) y la memoria. Por ltimo, ver los microprocesadores hechos por los mayores fabricantes de chips.</p> <p>Al finalizar esta unidad usted estar en condiciones de alcanzar los siguientes objetivos:</p> <p> Enumerar al menos cinco profesiones en las cuales las computadoras son usadas en forma rutinaria, as como describir al menos una de las formas en que las computadoras han afectado el trabajo de la gente en esas profesiones. Conocer cules son las cuatro partes de un sistema de cmputo e identificar cuatro clases de hardware de computadora.</p> <p> Distinguir cules son las dos categoras principales de software y explicar el propsito de cada una.</p> <p> Descubrir cules los cuatro tipos ms comunes de computadoras disponibles en la actualidad y podr describir que clase de trabajo hace mejor cada una.</p> <p> Identificar la principal diferencia entre datos e informacin.</p> <p> Nombrar dos razones por las cules las computadoras usan el sistema de numeracin binario.</p> <p> Explicar cmo trabajan juntas las dos partes principales de la CPU para procesar datos.</p> <p> Enumerar tres caractersticas del hardware que afectan la velocidad de procesamiento.</p> <p> Distinguir las dos familias ms conocidas de CPU y enumerar sus diferencias.</p> <p>Comience ahora el estudio de la unidad acompaado de esta gua, teniendo en cuenta las sugerencias dadas en esta breve introduccin y no se olvide de leer la bibliografa recomendada.</p> <p>Bibliografa Norton, Peter. Introduccin a la computacin. McGraw Hill. Mxico1999.</p> <p> PC User. La Biblia del Hardware vol. I y II. MP Ediciones. Bs. As.2000. </p> <p>Este texto trata en profundidad los elementos de Hardware de la PC. </p> <p>Hillar, G. Estructura interna de la PC. Ed. Hasa. Bs. As. 2001.</p> <p>El texto aborda con profundidad la arquitectura de la pc. </p> <p>Bibliografa</p> <p>Estructura Interna de la PC. Gastn Hillar. Ed. Hasa. 2004 -Caps. 1, 2, 3, 4, 5, 15 y 19)</p> <p>Arquitectura de Microprocesadores. Usategui, Temio y Martnez. Ed. Thoson. 2003. -Caps. 1 y 2)</p> <p>Introduccin a la Computacin. Peter Norton. 2000. -Caps. 1 y 2)</p> <p>Trabajos Prcticos presentados por Alumnos del IUA.</p> <p>Guas de Estudio Anteriores. IUA.</p> <p>anexos (Aula Virtual)</p> <p>Anexo 1 - Mdulos de Memoria</p> <p>Anexo 2 - Otras arquitecturas de PCs</p> <p>UNIDAD 1 ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS</p> <p> 1. Introduccin </p> <p>El uso de computadoras est muy extendido en casi todas las actividades humanas ya que proporcionan mayor rapidez y seguridad, as como la posibilidad de manejar gran cantidad de datos. La extraordinaria capacidad de clculo, el elevado rendimiento en el procesamiento de datos, la generacin de informacin e incluso la simulacin de procesos, convierten a las computadoras en herramientas indispensables.</p> <p>Las computadoras se usan ampliamente en actividades que requieren el manejo de gran cantidad de datos a una elevada velocidad como, por ejemplo, en diagnsticos mdicos, investigaciones nucleares y de energa, Inteligencia Artificial, etc. Es indispensable la construccin de mejores computadoras que logren avances sustanciales y continuos en su rendimiento.</p> <p>El concepto de arquitectura de una computadora se refiere a la integracin de su estructura fsica con su estructura lgica. Se utiliza el trmino arquitectura para enfatizar la sntesis de elementos de ingeniera y ciencias exactas con elementos estticos y de funcionalidad prctica.</p> <p>La arquitectura de computadoras abarca las siguientes funciones:</p> <p> Definicin de las necesidades que pretende cubrir la computadora.</p> <p> Planificacin general de la computadora.</p> <p> Diseo de la computadora y sus componentes.</p> <p> Anlisis del sistema obtenido.</p> <p> Especificacin del sistema: caractersticas del sistema, de sus componentes y de las instrucciones ejecutables.</p> <p>Para lograr un aumento en el rendimiento se necesita mejorar la arquitectura de las computadoras y desarrollar nuevas tcnicas de procesamiento; es por ello que para poder obtener un buen rendimiento de la mquina se deber tener un gran conocimiento del equipo fsico y del sistema lgico. Este rendimiento depende principalmente de los siguientes factores:</p> <p> Arquitectura de la mquina.</p> <p> Tecnologa de fabricacin.</p> <p> Sistema operativo.</p> <p> Lenguaje de programacin y compilador.</p> <p>Cada una de estas reas depender de s misma y de las siguientes, por lo que hay una gran incidencia en el buen desarrollo de unas sobre las otras. Para obtener el mximo provecho de la computadora, tan importante es conocer su estructura lgica como la fsica. Slo de esta manera se obtendrn las mximas prestaciones de la estructura fsica aprovechando los recursos de la lgica.</p> <p>Clasificacin de las computadoras</p> <p>Existen diversos mtodos de clasificacin de las computadoras segn la tecnologa de su fabricacin, de las aplicaciones y de otras diversas circunstancias, etc.</p> <p> Clasificacin segn su funcionamiento: Digital, Analgica, Hbrida.</p> <p> Clasificacin segn la finalidad: De propsito General y de propsito especial</p> <p> Clasificacin comercial: Las computadoras, de acuerdo con su tamao, coste, complejidad, potencia y necesidad de mantenimiento, se clasifican en: Supercomputadores o Maxicomputadores, Mainframes o Macrocomputadores, Minicomputadores y Microcomputadoras.</p> <p>Puede profundizar cada clasificacin en la bibliografa Arquitectura de Microprocesadores Los Pentium a Fondo Ed. Thompson.</p> <p>Como conclusin se puede decir que el avance de la tecnologa se introdujo inicialmente en los supercomputadores, incrementndose as su rendimiento en relacin con los dems tipos. Pero, a medida que ha pasado el tiempo, las computadoras de las gamas ms bajas han incrementado notablemente su rendimiento al absorber inmediatamente todos los progresos.</p> <p>Esquema General</p> <p>El siguiente diagrama describe en forma elemental la arquitectura de una microcomputadora -familia de computadoras personales PC, compatibles en sus inicios con las computadoras IBM PC-, cuya unidad central de procesos esta gobernada por un circuito integrado denominado microprocesador. </p> <p> La placa base -o motherboard-. Es una placa donde se ubican los principales componentes de una computadora: microprocesador, memoria, buses, circuitos para entradas/salidas, y otros circuitos fundamentales para el funcionamiento de la PC. Fue diseada de tal forma que las placas que se conectan con el mundo exterior sean circuitos adicionales y no estn integradas con la motherboard, es decir, que no se encuentren en la misma placa.</p> <p> El microprocesador o CPU -Central Processing Unit - Unidad Central de Procesamiento- se encarga de tomar la informacin que recibe de diferentes fuentes, efectuar sobre la misma los procesos necesarios, y enviar el resultado al destino preestablecido.</p> <p> El reloj: circuito que genera una seal peridica que se inyecta a un pin -terminal o pata del chip- y que define la velocidad de trabajo del microprocesador. Todo chip tiene una velocidad mxima de trabajo, por lo que el reloj deber proporcionar una seal que no supere la mxima frecuencia que acepta el microprocesador. </p> <p> La memoria: parte de la mquina donde residen los programas y datos que sern utilizados por el microprocesador. Podemos pensar que dicha memoria est constituida por una gran cantidad de "celdas" del mismo tamao -cada celda permite almacenar 8 bits o sea un byte- en donde solamente el microprocesador podr grabar almacenar- o leer bytes -con excepcin de las tareas de transferencia de datos manejadas por el controlador de DMA-. Estas celdas estn fsicamente contenidas en pequeos chips, de tal manera que es posible agrupar una cierta cantidad de ellos para formar un banco de memoria.</p> <p> La memoria cache: memoria muy rpida donde se sita el cdigo y la informacin que el microprocesador utiliz recientemente, y que puede llegar a requerir en las instrucciones siguientes. El resto del cdigo y de los datos estn en la memoria principal que es mucho ms grande y menos rpida -y por lo tanto ms econmica-. De esa forma la velocidad de trabajo de la memoria cach no limita la velocidad de trabajo del microprocesador, de lo contrario la memoria "frenara" al microprocesador. En el punto 5 Memoria se profundizar al respecto.</p> <p> Mdulo de Entradas y salidas: sirve para adaptar las especificaciones elctricas de los perifricos a las caractersticas propias del microprocesador. De esta manera es posible que el microprocesador, que solo puede grabar y leer cdigos binarios de una manera muy rgida, genere acciones compatibles con cualquier tipo de circuito externo, ya sea digital o analgico.</p> <p> El bus: est formado por un conjunto de conductores donde cada uno de ellos tiene un nombre bien definido como as tambin las seales elctricas que viajan por l. Este conjunto de definiciones constituye una norma que se respeta por todos los fabricantes de hardware de mquinas del mismo tipo. Podemos dividir al BUS en tres conjuntos de seales diferenciadas que se denominan: bus de datos, bus de direcciones y bus de control.</p> <p>En el desarrollo de la materia, se ir detallando cada uno de los elementos integrantes de esta arquitectura.</p> <p>Otros componentes importantes que se encuadran en una computadora de tipo personal son:</p> <p> Controlador de interrupciones: circuito integrado que ayuda al microprocesador a manejar las seales de interrupcin que provienen de los circuitos externos a la CPU. Una interrupcin es una seal elctrica originada por algn circuito, por ejemplo un perifrico, que desea ser atendido por el microprocesador. Si el microprocesador est realizando alguna tarea, al llegar esta seal la interrumpe, ejecuta el cdigo asociado a la interrupcin, y luego retoma la tarea pendiente. </p> <p> Controlador de DMA: circuito integrado -chip- que controla el acceso directo a memoria. Relaciona en forma directa, sin intervencin de la CPU, el mdulo de entradas y salidas con la memoria de la mquina. De esta forma la transferencia de datos en bloques -gran cantidad de datos uno a continuacin del otro- se puede realizar a una mayor velocidad que si lo manejara el microprocesador.</p> <p> El coprocesador: Los microprocesadores actuales incluyen el mdulo del coprocesador; en equipos anteriores a los modelos 486, es un chip separado donde se ejecutan tareas especificas, principalmente relacionadas a clculos matemtico, realizadas mucho mas rpido que el microprocesador: una nica instruccin del coprocesador puede resolver lo que al microprocesador le demandara una subrutina especial. </p> <p>Descargar una utilidad que permita conocer la informacin de su sistema -Aida32 o LavaSoft-, ejecutarlo e identificar los componentes mencionados anteriormente.</p> <p>2. La Placa base</p> <p>Como se mencion anteriormente, es una placa en donde se ubican los principales componentes de una computadora, diseada de tal forma que permite conectar, a travs de ranuras de expansin, otros circuitos adicionales de diferentes tipos placas de red, mdem, placas para edicin de video/TV, etc., y no estn integradas con la motherboard, es decir, que no se encuentren en la misma placa. La idea es que si se quiere actualizar alguna placa, no deberemos cambiar la motherboard completa, sino que reemplazando simplemente la placa de video, por ejemplo, se actualiza el sistema.</p> <p>En el mercado hay una gran variedad de fabricantes de motherboards, los cuales, para un mismo microprocesador, ofrecen diversas alternativas en funcin del uso y destino de la computadora donde se utilizar, incorporando o excluyendo- diferentes componentes, o tambin brindando mayores capacidades de ampliacin, tanto de memoria como de dispositivos externos a travs de ranuras de expansin.</p> <p>Con los datos obtenidos de la utilidad de informacin del sistema utilizado anteriormente, ubicar en Internet el sitio oficial de soporte tcnico de la placa base de su equipo, para conocer en detalle sus caractersticas.</p> <p>Con el detalle de caractersticas, ubicar una placa base de otra marca, p...</p>