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Eduardo Muñoz Muñoz ‐2010

Tema 2:

Estructura de un Ordenador

Informática Aplicada a la Economía


• Tipos de ordenadores:– Según cómo representan la información

– Según su capacidad de cómputo

• Conocer la estructura de un ordenador

• Conocer el objetivo y la funcionalidad de cada una de las

partes que componen un ordenador

• Tener una visión global de funcionamiento

• Conocer los distintos periféricos que existen

Objetivos


Capítulos

Capítulo 1: Definición

Capítulo 2: Clasificación de los ordenadores

Capítulo 3: Estructura de un Ordenador3.1 Bus

3.2 Memoria

3.3 CPU

3.4 Unidad Aritmético‐Lógica

3.5 Unidad de Control

3.6 Ejecución de un programa

3.7 Periféricos


Capítulo 1:

Definición



• Terminología:

Un ordenador es una máquina compuesta de elementos físicos (en su mayoría de origen electrónico) capaz de aceptar unos datos de entrada, realizar con ellos operaciones lógicas y aritméticas con gran velocidad y precisión, y proporcionar los resultados a través de algún medio de salida.

1. Definición


Capítulo 2:

Clasificación de los ordenadores



• Sistemas analógicos:– Las magnitudes físicas pueden tomar cualquier valor dentro de un

rango prefijado. La escala de manifestaciones de sus variables no tiene discontinuidades.

– Ejemplo: utilizando señales de tensión que pueden tomar un valor cualquiera en el intervalo cerrado [0V – 10V].

Clasificación según representan la información

2. Clasificación ordenadores

• Sistemas digitales:– Las magnitudes físicas solo pueden tomar valores discretos, es

decir, la escala de manifestaciones de las variables sólo tiene determinados valores.

– Ejemplo: mediante señales de tensión que sólo pueden tomar el valor 0V ó 4,5V.


SISTEMAS DIGITALES


Las señales eléctricas que circulan por un ordenador pueden adoptar dos valores.

Esos valores discretos son el valor lógico 0 (tensiones entre 0 y 0,2 voltios) y el valor lógico 1 (tensiones entre 0,8 y 4,5 voltios)

La zona prohibida, que los separa, va de 0,3 a 0,7 voltios.


Clasificación según la capacidad de cómputo


• Superordenadores: – Gran potencia.

– Varios procesadores en paralelo.

– Realiza complejos cálculos científicos a gran velocidad (predicción del tiempo, trayectoria de un cohete...)

• Macroordenadores (mainframes): – Acceso concurrentes de una gran cantidad de

usuarios.

– Grandes bases de datos.

– Uso principalmente en empresas grandes y/o multinacionales (bancos, telecomunicaciones, industria...)


Clasificación según la capacidad de cómputo


• Miniordenadores: – Menos prestaciones que los mainframes.

– Menos usuarios concurrentes.

– Abaratamiento del coste para empresas grandes.

• Microordenadores: – Estaciones de trabajo (workstations):

• Usa recursos de ordenadores de mayor potencia.

• Uso en la ingeniería y cálculos técnicos.

– Ordenadores personales (PC):• Fácil manejo.

• Aplicaciones sin necesidad de grandes prestaciones (Ofimática)

• Opción: Portátiles.


Capítulo 3:

Estructura de un ordenador



3. Estructura de un ordenadorLa estructura de un ordenador no es más que un conjunto de componentes físicos interconectados unos con otros que interactúan para procesar datos y dar un resultado.

La estructura de los ordenadores que usamos en la actualidad se basa en la arquitectura Von Neuman.

Memoria Central

CPU

Controlador E/S

BUS

Periféricos


3.1 Bus



Memoria Central

CPU

Controlador E/S

Periféricos

3.1 Bus

BUS

BUS


3.1 Bus

1. Bus de datos: – Datos que se transfieren entre unidades– Circula en ambos sentidos pero nunca simultáneamente– Tipos:

• Bus de datos interno: CPU <==> Memoria Principal• Bus de datos externo: CPU, Memoria Principal <==> Periféricos

2. Bus de direcciones:– Indica la posición de memoria o periférico.

3. Bus de control:– Señales de control y de estado de las unidades.


3.2 Memoria



CPU

Controlador E/S

Periféricos

3.2 Memoria

Memoria Central

1. Registros internos del procesador

2. Memoria caché

3. Memoria principal

4. Disco magnético

5. Cinta magnética

3

1

2 4 5


3.2 Memoria

Jerarquía de la memoria

1 2 3 4 5

+ Co

ste

+ Velocidad

+ Capacidad

1.Registros internos del procesador

2.Memoria caché

3.Memoria principal

4.Disco magnético

5.Cinta magnética


3.2 Memoria

• Es la unidad donde se almacena tanto los datos como las instrucciones de los programas.

• Existen dos tipos de memoria:1. Memoria Principal

1. Poca capacidad de almacenamiento2. Alto coste3. Volátil (compuesto por circuitos electrónicos)4. Mayor velocidad5. Formada por celdas o posiciones (palabras de memoria)

2. Memoria Secundaria1. Más lenta2. Gran capacidad de almacenamiento3. No es volátil (soporte magnético)4. Disco: Corto tiempo de acceso y menor capacidad5. Cinta: Más lento pero mayor capacidad


3.2 Memoria

• Memoria Principal:– ROM (solo lectura para el sistema)

PROM (grabado inicial)+ EPROM (varias grabaciones)+ EEPROM (varias grabaciones)+ Memoria Flash (varias grabaciones)

– RAM (lectura y escritura)SRAM (estática)DRAM (refresco)

• Memoria Secundaria: – Periféricos de almacenamiento


3.2 Memoria

• Memoria Caché:– Más rápida que la M. principal (hasta mil veces más)– Alto coste– Capacidad pequeña– Uso de los registros de la CPU

• Memoria Virtual:– Uso de la memoria secundaria– Suele ser un disco duro– Sensación de más memoria principal


3.2 Memoria

• Memoria Central:– Es la parte de la CPU donde se

almacenan las instrucciones y los datos.

– Está formada por multitud de celdas o posiciones de memoria numeradas de manera consecutiva.

– Este hecho permite el acceso directo a la información que contienen.


3.2 Memoria

• Memoria Central (Esquema):

1. Registro de Dirección de Memoria (RDM)

2. Registro de Intercambio de Memoria (RIM)

3. Selector de Memoria (SM)

1 2

3000100020003…

0033…

09980999…

1499…


3.2 Memoria

• Registro de dirección de memoria (RDM): Contiene la dirección de memoria donde se encuentra o se va a almacenar la información.

• Registro de intercambio de memoria (RIM): Registro intermedio que permite almacenar la información que se ha leído desde una posición de memoria o se va a escribir en una posición de memoria.

• Selector de memoria (SM): Dispositivo que conecta la celda de memoria cuya dirección figura en el RDM con el RIM. De este modo facilita la transferencia de datos tanto en el proceso de lectura como de escritura.


3.3 CPU (Unidad Central de Proceso)



Memoria Central

Controlador E/S

Periféricos

3.3 CPU

CPU


3.3 CPU

• Es el verdadero cerebro del ordenador y gestiona todo el sistema.

• Físicamente está formada por múltiples circuitos electrónicos que se encuentran todos ellos integrados compactamente en un único chip.

• Tareas:– Controlar.– Coordinar.– Realizar operaciones.


3.3 CPU

• CPU (Esquema):

Memoria Central

Unidad de Control

Unidad Aritmético ‐ Lógica

Registros


3.3 CPU

1. UAL– La UAL se encarga de realizar las operaciones

• Aritméticas (sumar, restar, multiplicar, potencias...)• Lógicas (comparación de dos números o dos cadenas de caracteres,

sumas lógicas AND o OR...)

– Sigue las indicaciones de la UC sobre los datos que ésta le suministra.

2. UC– Interpreta las instrucciones de un programa.– La UC coordina las operaciones de la UAL.– Controla los recursos del ordenador.

• La UAL está gestionada por la UC mediante el bus de control.


3.4 ALU (Unidad Aritmético Lógica)



• ALU (Esquema):

RO 1

Banco de Registros (BA)

Acumulador Registro 1 Registro N

RO 2

CircuitosOperadores(CIROP)

Señalizador de Estado (SE)

Registro de Resultado (RR)

......

3.4 Unidad Aritmético Lógica


3.4 Unidad Aritmético Lógica

1. Banco de registros (BA): Constituido por 8, 16 ó 32 registros de carácter general que se emplean para almacenar datos antes de las operaciones, los datos intermedios y las operaciones internas del procesador.

2. Circuitos operadores (CIROP): Uno o varios circuitos electrónicos que ejecutan las operaciones aritméticas y lógicas más elementales (sumador, desplazador, etc.)

3. Registros de resultados (RR): Registro especial que contiene los resultados que producen los circuitos operadores.

4. Señalizador de estado (SE): Registro que conserva información de las condiciones eléctricas de la última operación realizada.


• UC (Esquema):

Reloj (R)

Registro Control de Secuencia (RCS)

Contador de Programa

Secuenciador (S)

Registro de Instrucciones (RI)Operaciones + Operandos

Decodificador (D)




1. Registro de control de secuencia (RCS): Denominado también contador de programa (CP) contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción que se va a ejecutar.

2. Registro de instrucción (RI): Contiene la instrucción que se estáejecutando en cada momento. La instrucción lleva el código de operación (CO), que es la acción tratada, y los operandos (O).

3. Decodificador (D): Extrae y analiza el código de operación de la instrucción en curso (que está en el RI)

4. Reloj (R): Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes (frecuencia) que determinan el instante en el que ha de comenzar cada paso de la instrucción.

5. Secuenciador (S): Dispositivo que genera órdenes elementales que, sincronizadas con el reloj, hacen que se ejecute la orden.


• Gestionar la secuencia de ejecución de las instrucciones.• Interpretar la instrucción a ejecutar.• Controlar accesos a memoria principal.• Enviar señales de control al resto de unidades.


• Analizar estado en que se encuentra el resto de unidades.

• Gestionar interrupciones de periféricos y temporizacionesde las secuencias de las operaciones.


3.6 Ejecución de un Programa



3.6 Ejecución de un Programa• Para que un programa pueda ser ejecutado:

– Debe estar almacenado en la Memoria Principal

– La CPU tomará una a una las instrucciones y los datos

– La CPU realiza las tareas necesarias para la ejecución

Unidad de Control

Unidad Aritmético Lógica

CPUMEMORIA PRINCIPAL

Programa

Datos

1. Leer la instrucción

2. Leer los datos

4. Escribir los datos

3b. Resultados3a. Datos y

órdenes


• Ejemplo (Sumar 2 Números Enteros 8+3):

Unidad de Control

Unidad Aritmético Lógica

CPUMEMORIA PRINCIPAL

Programa

Datos

1.Sumar 2 Números. Celda 354(8) y 1089 (3). Resultado Celda 714

2. Leer Datos Celda 354 (8) y 1089 (3)

4. Escribir el resultado (11) en la celda 714

3b. Devuelve 11

3a. Instrucción Sumar y

Números 8 y 3

3.6 Ejecución de un Programa


3.7 Periféricos



Memoria Central

CPU

Controlador E/S

BUS

3.7 Periféricos

Periféricos


• Definición:

Es un dispositivo que permite transferir datos desde o hacia un determinado medio de información.

• Objetivo:

Sirve para que la CPU se pueda comunicar con el mundo exterior.

3.7 Periféricos


• Periféricos locales:

Son los periféricos que se conectan directamente al ordenador.

• Periféricos remotos:

Son los periféricos que se conectan a través de una red de comunicaciones.

3.7 Periféricos

Clasificación según conexión al ordenador


• Periféricos de entrada:

Transmiten información del mundo exterior al procesador y memoria.

• Periféricos de salida:

Transmiten información del procesador y la memoria al mundo exterior.

• Periféricos de entrada/salida:

Intercambio de información entre el mundo exterior y el procesador y la memoria

• Periféricos de almacenamiento:

Almacena la información, posibilitando su recuperación automática y eficiente.

OUT

IN

OUTIN

BDBD

3.7 Periféricos

Clasificación según flujo de información


• Teclado

• Ratón

• CD / DVD

• Escáner

• Lector de códigos de barras

• Micrófono (Reconocimiento de voz)

3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada• Pantalla

• Cañón

• Altavoces

• Impresora– De Impacto

– Sin impacto

Periféricos de Salida

• Router

• Pantallas Táctiles

• Reproductor multimedia

Periféricos de Entrada / Salida

• Disqueteras

• Unidades magneto‐ópticas

• Disco Duro

• Cintas Magnéticas

Periféricos de Almacenamiento

OUTIN

OUTIN BDBD


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Teclado

Dispositivo que consiste en un sistema de teclas, como las de una máquina de escribir, que permite introducir datos u ordenes a una computadora o dispositivo digital.

Un teclado realiza sus funciones mediante un microcontrolador. Dicho microcontrolador tiene un programa instalado para su funcionamiento, responsable de la exploración matricial de las teclas cuando se presionan, y así determinar cuál estápulsada.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Ratón

Un mouse o ratón es un dispositivo señalador que ayuda al usuario a trabajar dentro de la interfaz gráfica del ordenador o computadora.

Se utiliza con una de las manos del usuario y detecta su movimiento relativo en dos dimensiones por la superficie plana en la que se apoya, reflejándose habitualmente a través de un puntero o flecha en el monitor.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: CD / DVD

CD (Compact Disc): Disco óptico, similar a un CD de audio, que contiene información únicamente para ser leída. No pueden ser regrabados.

Tiene una capacidad de almacenamiento que va de 600 a 700 Mb de información.

DVD (Digital Versatil Disc): De similares características que el CD, tiene como principal diferencia la capacidad de almacenamiento que va de los 4.5 a 9 gigabytes.

Otra de sus ventajas es que es capaz de leer los formatos de soportes anteriores, incluyendo CD.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Escáner

Es un periférico que se utiliza para convertir, mediante el uso de la luz, imágenes impresas a formato digital.

Al obtenerse una imagen digital se puede corregir defectos, recortar un área específica de la imagen o también digitalizar texto mediante técnicas de OCR (Reconocimiento de Caracteres). Estas funciones las puede llevar a cabo el mismo dispositivo o aplicaciones especiales.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Lector código de barras

Escáner que por medio de un láser lee un código de barras y emite el número que muestra el código de barras, no la imagen.

La función del escáner es leer el símbolo del código de barras y proporcionar una salida eléctrica a la computadora, correspondiente a las barras y espacios del código de barras.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada: Micrófono

Se trata de un transductor electroacústico. Su función es la de transformar (traducir) las vibraciones debidas a la presión acústica, ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras, en energía eléctrica, o grabar sonidos de cualquier lugar o elemento.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Pantalla

Dispositivo, que mediante una interfaz, muestra visualmente los resultados del procesamiento de una computadora.

Se emplean en ordenadores portátiles, en dispositivos móviles, y como monitor de sobremesa.

En la actualidad se dan distintos tipos:• LCD: emiten muy poca radiación

electromagnética y apenas generan electricidad estática. Sin embargo se caracterizan por su alto consumo eléctrico.

• LED: De menor consumo que los LCD y más ecológicos en su fabricación, aunque de momento tienen mayor coste.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Cañón Proyector

Es un aparato que recibe una señal de vídeo y proyecta la imagen correspondiente en una pantalla de proyección usando un sistema de lentes, permitiendo así visualizar imágenes fijas o en movimiento.

Utiliza una luz muy brillante para proyectar la imagen, y los más modernos pueden corregir curvas, borrones y otras inconsistencias a través de los ajustes manuales. Los proyectores de vídeo son mayoritariamente usados en salas de presentaciones o conferencias, en aulas docentes, aunque también se pueden encontrar aplicaciones para cine en casa.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Altavoces

Es un transductor electroacústico utilizado para la reproducción de sonido. Uno o varios altavoces pueden formar una pantalla acústica.

En la transducción sigue un doble procedimiento: eléctrico‐mecánico‐acústico. En la primera etapa convierte las ondas eléctricas en energía mecánica, y en la segunda convierte la energía mecánica en energía acústica.

La tarjeta de sonido permite que los sonidos emitidos sean audibles.


3.7 Periféricos

Periféricos de Salida: Impresora

La impresora traslada el texto o la imagen generada por el ordenador a diferentes tipos de soporte físico como el papel o el acetato (transparencias).

Las impresoras se pueden dividir en:– Impresoras de impacto: matriciales y de

margarita.

– Impresoras sin impacto: Abarcan todos los demás tipos de mecanismos de impresión, incluyendo las impresoras térmicas, de inyección de tinta e impresoras láser.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Router (Enrutador)

Es un dispositivo de hardware para la interconexión de redes de ordenadores. Permite asegurar el tráfico de información entre redes y determinar la ruta por la que debe viajar.A pesar de que tradicionalmente los enrutadores solían tratar con redes fijas (Ethernet, ADSL, RDSI...), en los últimos tiempos han comenzado a aparecer enrutadores que permiten realizar una interfaz entre redes fijas y móviles (Wi‐Fi, GPRS, Edge, UMTS,Fritz!Box, WiMAX...) Por tanto permite la conexión de dispositivos inalámbricos a las redes a las que el enrutador está conectado, normalmente, por cable.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Pantalla Táctil

Una pantalla táctil (touchscreen) es una pantalla que mediante un contacto directo sobre su superficie permite la entrada de datos y órdenes al dispositivo. A su vez, actúa como periférico de salida, mostrándonos los resultados producidos.

Han llegado a ser comunes en cajeros automáticos y en PDAs. La popularidad de los teléfonos inteligentes, de las PDAs, de las vídeo consolas portátiles o de los navegadores de automóviles estágenerando la demanda y la aceptación de las pantallas táctiles.


3.7 Periféricos

Periféricos de Entrada / Salida: Terminales Punto de Venta (TPV)

Es un sistema informático o electrónico micro computerizado que gestiona el proceso de venta mediante una interfaz accesible para los vendedores.

Un único sistema informático o electrónico permite la creación e impresión del recibo ticket o factura de venta (con los detalles de las referencias y precios) de los artículos vendidos, actualiza los cambios en el nivel de existencias de mercancías(STOCK) en la base de datos y en algunos casos como el gran comercio permite la autorización para el pago con tarjetas de crédito que posteriormente es transferida a las entidades bancarias.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Disqueteras

Disquetera 3 ½: Diseñado para leer y escribir en disquetes: Pieza redonda y plana de plástico flexible (típicamente, de 3.5 pulgadas de diámetro y 1.44 Mb de capacidad) revestida con un material magnético que puede ser modificado mediante impulsos eléctricos. Actualmente en desuso.

Unidad ZIP: Se trata de unidades, normalmente externas, que permiten la lectura y escritura de información digital sobre discos que tienen una capacidad de, aproximadamente, 100 Mb. Actualmente en desuso.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Unidades Magneto ‐ Ópticas

Son unidades que utilizan una combinación de principios magnéticos y ópticos para la lectura y escritura de información digital sobre discos.

A parte de los CD‐R o DVD‐R vírgenes, es posible disponer de discos ópticos CD‐RW y DVD‐RW que permite la grabación de información varias veces.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Discos Duros

Unidad persistente, de gran capacidad y gran velocidad de acceso a los datos contenidos en él.

Se componen de láminas superpuestas por las que se mueven las cabezas lectoras y escritoras. La capacidad de este dispositivo ha crecido desde los 10 Mb de los años 80 hasta los 2 Tb de la actualidad.


3.7 Periféricos

Periféricos de Almacenamiento: Cintas magnéticas

Vienen siendo utilizadas para el almacenamiento masivo de datos durante los últimos 20 años. En este tiempo se han hecho varios avances en la composición de la cinta, la envoltura, y la densidad de los datos.

La principal diferencia entre el almacenamiento en cintas y en discos es que la cinta es un medio de acceso secuencial, mientras que el disco en un medio de acceso directo.El coste de la cinta también es inferior y su capacidad puede llegar hasta los 800GB.

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