Arquitectura del computador

TemaI

introducción a la Arquitectura de Computadores

Es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora.

Procesador: Es el cerebro del sistema, encargado de procesar todos los datos e informaciones. Para hacer funcionar a este necesitamos algunos componentes más como lo son memorias, unidades de disco, dispositivos de entrada/salida y los programas.

Arquitectura Clásica de un Computador Modelo Von Neuman

De aquí surgió la arquitectura del programa almacena en memoria y búsqueda/ejecución secuencial de instrucciones.

 Memoria, Entrada/Salida: Sistema de interconexión, Buses, Periférico, s Unidad Central de Procesamiento Unidad de Control (UC):

1. Contador de programa. - se encarga de almacenar la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.

2. Registro de Instrucción. - se almacena la instrucción capturado en memoria y la que se está ejecutando.

3. Registro de Estado. - compuesto por una serie de bits que informan el resultado obtenido en la última operación de la ALU.

4. Registro Acumulador. - algunos CPU’s realizan operaciones aritméticas en un registro llamado acumulador, su función es la de almacenar los resultados de las operaciones aritméticas y lógicas.

Memoria: Las instrucciones son códigos binarios interpretados por la unidad de control, los datos de igual manera se almacenan de forma binaria las diversas tecnologías de almacenamiento, dependen del tiempo de acceso a los datos;

Tecnología: los transistores utilizados por los dispositivos de un computador son los llamados transistores de unión bipolar o BJT que estos a su vez generaron familias tecnológicas como lo son los TTL.

 

RAM estática asíncrona: Es una memoria volátil, de acceso rápido que puede almacenar y leer información su característica es que la hace ideal para ser memoria principal en los ordenadores, la celda de almacenamiento

La Placa Base: Es el componente principal, por lo tanto, este se tiene que escoger con el más sumo cuidado para que el ordenador tenga una calidad excelente al igual que su rendimiento en la ejecución de tareas.

Memoria RAM: Si la computadora tiene poca memoria RAM, nuestro sistema deberá utilizar nuestro disco duro para almacenar aquellos programas que no caben en RAM esta es la llamada Memoria Virtual.

Procesador Depende para que se va a utilizar la computadora por ejemplo si esta será utilizada para juegos valdría la pena invertir en un procesador como un Athlon o Pentium

Disco Duro: Es importante saber el tiempo de acceso, la velocidad de rotación y la densidad del disco duro

Tarjeta Gráfica: Existen tarjetas de 2D y 3D. También existen tarjetas aceleradoras de 3D que deben usarse con una tarjeta de 2D común.

Tema II

La Placa Base y Componentes Es una placa de circuito impreso sobre la que hay montada una seria de componentes electrónicos. 

Formatos de las Placas Base

La placa base del PC ha sufrido numerosas variaciones desde su aparición.  las placas base en su tamaño original, tal como se introdujeron con el ordenador denominado AT

alimentación que no son compatibles entre sí ni con el estándar BAT.  Con ATX dio unos los dos puertos RS232 y el ratón (PS/2), se encuentran directamente en la placa base, lo cual evita tener que utilizar cables que comuniquen las conexiones de la placa con las ranuras correspondientes.

Cada placa ATX requiere su carcasa tipo ATX ya que no se puede adecuar a una BAT. Mientras que en el formato ATX la placa tiene unas dimensiones de 305 x 244 mm, el micro-ATX tiene 208 x 204 mm.

 Zócalo del microprocesador: Es el lugar donde se inserta el "cerebro" del ordenador.

Ranuras de memoria: Son los conectores de la memoria principal del ordenador, la RAM. Dichos Antiguamente estas funciones eran relativamente sencillas de realizar, por lo que el chipset era el último elemento al que se concedía importancia a la hora de comprar una placa base, si es que alguien se molestaba siquiera en informarse sobre la naturaleza del mismo. Sin

Mucho más rápido y con soporte para placas duales (con 2 Pentium). Lo bueno de las placas con chipsets VIA es que su calidad suele ser intermedia-alta, mientras que en placas con chipsets Intel hay un abanico muy amplio entre placas muy buenas

Conectores externos: Se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora... En las placas Baby-AT lo único que está en contacto con la placa son unos cables que la unen con los conectores en sí, que se sitúan en la carcasa, excepto el de teclado que sí está adherido a la propia placa.

USB En las placas más modernas (ni siquiera en todas las ATX); de forma estrecha y rectangular. En las placas base antiguas el soporte para estos elementos se realizaba mediante una tarjeta auxiliar, llamada de Input/Output o simplemente de I/O, como la de la figura 2.12 en la parte superior; pero ya desde la época de los 486 se hizo común integrar los chips controladores de estos dispositivos en la placa base, o al menos los correspondientes a discos

Conector eléctrico: Es donde se conectan los cables para que la placa base reciba la alimentación proporcionada por la fuente.

Pila: La pila del ordenador, o más correctamente el acumulador, se encarga de conservar los parámetros del BIOS cuando el ordenador está apagado.

En las placas base modernas resulta muy común que ciertos componentes se incluyan en la propia placa base, en vez de ir en forma de tarjetas de expansión

 Controladoras de dispositivos: en general todas las placas Pentium, y algunas 486, disponen de unos chips en la placa base que se encargan de manejar los discos duros, disqueteras y puertos serie (puertos COM).

 Tema III

Los Procesadores

El procesador es el componente básico de cualquier PC.

Características Básicas de los Procesadores. La primera cosa que nos preguntamos a la hora de comprar un procesador es la frecuencia de trabajo, que es medida en Megahercios (Mhz) o millones de ciclos por segundo, frecuencia llamada de reloj y que

Intel 8086 :Microprocesador Intel 8086 es un primer miembro de la familia de procesadores x86. Anunciado como una "fuente de código compatible" con Intel 8080 y 8085 de procesadores Intel, el 8086 no fue objeto de código compatible con ellos.

Intel 8088:El microprocesador Intel 8088 fue lanzado en 1979, o un año después de la CPU Intel 8086.Ambos procesadores tienen la misma arquitectura, y la única diferencia de la CPU del 8088 al de los 8086 es el ancho del bus de datos externos, ya que se redujo de 16 bits a 8 bits.

INTEL 80188:El microprocesador Intel 80188 es una versión mejorada del procesador Intel 8088. Al igual que el 8088, el 80188 tiene arquitectura de 16 bits internos y 8 bits externos en el bus de datos.

Intel 80286: La segunda generación de procesadores x86 de 16-bits, Intel 80286, fue lanzado en 1982. La nueva característica importante del microprocesador 80286 fue el modo protegido.

Intel 80486:El sucesor del procesador del 80386, Intel 80486 (i486) incluyó muchos cambios en la micro arquitectura que resultaron importantes mejoras de rendimiento: Los microprocesadores Intel 80486 producía velocidades de hasta

Pentium En el Pentium, Intel introduce el uso de técnicas súper escalares, que permiten que varias instrucciones se ejecuten en paralelo.

Intel Celeron. Todos los procesadores Intel Celeron se basaron en el paquete PPGA en el núcleo de Mendocino.

Intel Timna.: La familia de microprocesadores Timna fue anunciado por Intel en 1999. Timna fue planeado como un microprocesador de bajo costo con gráficos integrados y la unidad de controlador de memoria diseñado para trabajar con la memoria Rambus.

Intel Pentium IV: Los microprocesadores Intel Pentium IV se basaron en la nueva micro arquitectura NetBurst, que difiere significativamente de la arquitectura P6 micro utilizado en la familia de procesadores Intel Pentium II / Pentium III. Una de las características clave del procesador Pentium IV es la tecnología Hyper-Threadind, que era dos veces más que en la generación anterior de procesadores Pentium.   En cada núcleo del Pentium D había un rastro de caché de instrucción, Los microprocesadores Pentium D fueron fabricados en la tierra del paquete

Intel Core Solo. De la familia de microprocesadores Intel Core Solo, es una familia de procesadores de núcleo único, basados en la mejora de móviles (Pentium M).

 Intel Core Duo. Intel Core Duo es una familia de procesadores dual-core móvil basándose en la microarquitectura de los procesadores para móviles (Pentium M).

INTEL CORE 2 DUO. La última generación de procesadores Intel compatibles con x86, de la familia de microprocesadores Core 2 Duo, fue presentado el 27 de julio del 2006. Los procesadores Core 2 Duo incluyen dos núcleos, cada núcleo tiene 32 KB de datos de nivel 1 y 32 KB de código caché en nivel 1. El CPU Core 2 Duo funciona a menor frecuencia que los procesadores Pentium IV, pero ofrecen un rendimiento excelente gracias a la arquitectura más eficiente

Tema IV

CPU: Es un conjunto de transistores conectados entre ellos por cables, y ordenados de manera que forman puertas lógicas, y poder así, hacer

La Unidad de Proceso está formada por más componentes tales como : la ALU, Registros, y buses. traen los datos de los registros hasta la ALU para ser operados, y el C se encarga de llevar los datos resueltos hacia la memoria, o a los registros para ser sobrescritos con un nueve valor. La UC en cambio, es la encargada de controlar y dar órdenes (qué órdenes pasan y por dónde, quien va primero, como se ha de operar, etc.) C.

 De transferencia de datos: Es la más típica, implica mover datos desde un sitio a otro. Se ha de especificar la dirección de entrada y la dirección de destino, y la longitud a transferir.

 Aritméticas: Cuando se usan las operaciones básicas (suma, resto, multiplicación y división).

 Lógicas: Realizan operaciones bit a bit, lo hace intermediando operaciones booleanas NOT, AND, OR, XOR, etc. tienen múltiples utilidades, sobre todo si se combinan con operaciones que muevan bit a bit.

 De conversión: Se cambia el formato de los datos, puede ser necesario involucrar alguna operación de: transferencia, aritméticas, lógicas,

 De Entrada/Salida: Tienen que ver con la gestión de los dispositivos de E/S, a menudo utilizan interrupciones.

 De control del sistema: Tienen ciertos privilegios sobre los otros tipos de operaciones, por lo general solamente pueden ser ejecutadas por el Sistema Operativo.

 De transferencia de control: Cambian el orden secuencial normal de la ejecución de un programa. la operación que indique estas instrucciones es el cambio del contador del PC(memoria interna de la CPU

Tipos de Procesadores

Básicamente existen dos tipos de estructura de procesador, que constituyen hoy en día la diversidad de chips en el mercado (el caso más claro y con más éxito es el de AMD e Intel).

Comparacion

Cuando se ejecuta un programa difícil, o extenso, los CISC son más rápidos y eficaces que los RISC. En cambio cuando tenemos en ejecución un conjunto de instrucciones sencillas, cortas y simples, tenemos que los RISC son más rápidos.

 Estos tipos de procesadores se les denominan "fuera de orden". En un procesador normal, sin segmentar, tenemos que empieza las operaciones sólo cuando el anterior ya ha acabado, en cambio en los procesadores segmentados, las operaciones se intercalan entre ellas, el que se espeta es la duración de una etapa, acto seguido se usan las interrupciones para dejar pasar primero a una en lugar de otra.

El procesador después de acceder a memoria principal para copiar Para realizar estas operaciones existe un bloque especial de la CPU denominado Unidad Aritmético Lógica (ALU).

Integración en la CPU. Puede ocurrir que parte de los módulos de la ALU estén integrados en la CPU (típicamente los que realizan operaciones lógicas o aritméticas con números enteros), y otros sean externos a la CPU debido a que son muy Cabe destacar cómo el operador serie ocupará más de 1/8 parte del módulo paralelo, al incluir también la UC módulos que secuencian las operaciones.

Las operaciones básicas y más frecuentes (suma-7resta, desplazamientos y operaciones lógicas) siempre se implementan con una unidad combi nacional específica. Los procesadores más potentes incorporan unidades específicas para realizar las operaciones de multiplicación y división en coma flotante, quedando para coprocesadores aritméticos y programas específicos operaciones como 0uraíces y operaciones trigonométricas.

 Tema V

RAM CMOS: Es un tipo de memoria en que se guardan los datos que se pueden configurar del BIOS y contiene información básica sobre algunos recursos del sistema que son susceptibles de ser modificados como el disco duro.

El SETUP del BIOS: Se encuentra implementado en la placa base sobre una memoria RAM con pila, para poder cambiar su contenido y que este no se pierda al desconectar la alimentación.

Las Funciones del Chipset: La inmensa mayoría de las funciones del ordenador dependen del chipset sobre el que esta basada la placa base.  Interviene en la mayoría de la circuitería de la placa, puesto que está conectado directamente al procesador, incluye el controlador de memoria, la implementación del bus AGP y la del bus PCI.

Últimamente se están poniendo muy de moda las placas base que integran muchos dispositivos, como la circuitería grafica, la de sonido, controladoras Ethernet para conectar el equipo a redes locales e, incluso, controladoras SCSI de altas prestaciones.

La Memoria Cache:El uso de esta pequeña memoria caché (SRAM). Si el microprocesador vuelve a necesitar esos datos, los lee de la memoria caché (mas rápida) en lugar de la memoria principal.

Funcionamiento de la memoria cache: Como la caché interna esta unida al microprocesador por un bus de datos de 128 bits, cada línea de cada vía deberá tener una longitud que, traducida a bytes, es 16.

Los Sistemas de BUS: Los buses son el mecanismo más común para la comunicación entrelos dispositivos del computador.

a) Bus de datos: Por estas líneas se transfieren los datos, pueden ser de 8, 16, 32 o más líneas, lo cual nos indica cuantos datos podemos transferir al mismo tiempo, y es muy influyente en el rendimiento del sistema.

b) Bus de direcciones: Dentro de las direcciones posibles, en general el sistema no usa todas para hacer referencia a la memoria principal, una parte las usa para hacer referencia a los puertos de E/S.

c) Bus de control: Estas líneas son utilizadas para controlar el uso del busde control y del bus de datos.

Tipos de buses: Un ejemplo común de dedicados serian el bus de datos y el bus de direcciones, cada uno se utiliza solo para una función específica. Esta situación de bus de datos y de direcciones dedicados es lo más común, pero podría llegar a implementarse con un solo bus multiplexado el tiempo.

Tipo de transferencia de datos: Todos los buses permiten la transferencia de datos, ya sea paraescritura como para lectura.

 El BUS ISA ( Industry Standard Architecture) Desarrollado por IBM en 1981 fue el primer bus de expansión incorporado en los ordenadores personales.

ISA Plug & Play Gracias a la tecnología Plug & Play la configuración del PC es hoy prácticamente automática y permite integrar fácilmente en el sistema las tarjetas de expansión.