Como funciona un pc 01

1. Universidad Nacional Mayor de San Marcos
Facultad de Ciencias Matematicas
E. A. P.de Computación Cientifica
Arquitectura
de Computadores
Semana 01

2. Como funciona un PC
Todo PC funciona, desde un punto de vista llamado externo, con un esquema similar y muy
simple a través de los periféricos de entrada (teclado, ratón, micrófono...) se introducen
datos. Estos pasan a guardarse en los dispositivos correspondientes (memorias) y se
incorporan a la unidad central donde se procesan.
El resultado de tal procesamiento se envía a los periféricos de salida (monitor, impresora...)
dando lugar a la salida de datos. Internamente, la transferencia de los datos desde los
dispositivos de entrada llega a la unidad central de proceso a través de los denominados buses
de datos. En el CPU se procesan y siguen el camino inverso al recorrido anteriormente: se
guardan en la memoria y restantes unidades de almacenamiento y salen mediante los
dispositivos de salida.

3. Definiciones de: computador, arquitectura y
organización del computador
Se puede definir la arquitectura de computadores como el
estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de
computadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de
hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo
nivel.
Computador, dispositivo electrónico capaz de recibir un
conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre
los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros
tipos de información.

4. Definiciones de: computador, arquitectura y
organización del computador
ENTRADA
Ingreso de Datos
Dispositivos de
Entrada
PROCESO
Trabajo de la CPU
Unidad Central de
Proceso
SALIDA
Entrega de
Resultados
Dispositivos de
Salida

5. Generación de Computadores
1ª generación: (1946-1955) Computadores basados en válvula de vacío que se
programaron en lenguaje máquina o en lenguaje ensamblados.
2ª generación: (1953-1964) Computadores de transistores. Evolucionan los modos
de direccionamiento y surgen los lenguajes de alto nivel.
3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la
posibilidad de trabajar en tiempo compartido.
4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito
integrado (microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.

6. LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir
como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta
instrucciones.
La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los
computadores.
Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado
en un chip, un único trozo de silicio que contiene
millones de componentes electrónicos.

7. LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
El microprocesador de la CPU está formado por:
Una unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y
comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una
afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de
Boole);
Una serie de registros donde se almacena información
temporalmente, y,
Una unidad de control que interpreta y ejecuta las
instrucciones.

8. ¿ Como se entera de lo que el
usuario desea ?
Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y
presentar los resultados, la CPU se comunica a través
de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus.
El usuario lo hace a traves de alguna plataforma
operativa (Windows, Linux)

9. Elementos componen el
Microprocesador
Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU y por
tanto del computador.
Unidad aritmético-lógica (ALU): encargada de llevar a cabo
las funciones de procesamiento de datos del computador.
Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU.
Interconexiones CPU: Son mecanismos que proporcionan
comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros.

10. Periféricos
De
Entrada
Memoria
Principal
Unidad de Control
Unidad
Aritmética
Periféricos
De
Salida
CPU
Unidad Central de Proceso

11. ¿ Como se mide la velocidad ?
La velocidad de un procesador se mide en Megahertz y,
mientras mayor es el número de megahertz con que
trabaja el computador, tiene mayor velocidad de proceso.
En realidad, los megahertz indican la velocidad del reloj
interno que posee todo microprocesador.
Este establece el número de pulsos que se efectúan en
cada segundo. Cuanto mayor sea el número de pulsos,
mayor será la velocidad del microprocesador.

12. ¿ Como viaja la información ?
La información viaja utilizando los buses.
Los buses "Son cada una de líneas metálicas de los circuitos
impresos,
por aquí circula todo tipo de información, que va de un
dispositivo a otro"

13. ¿ Como viaja la información ?

14. Buses
Son caminos de comunicación entre 2 o mas
dispositivos
Usualmente de transmisión
Frecuente agrupados
Un número de canales en un bus
ejm. Bus de datos de 32 bit son 32 líneas del bus
Control
Datapath
Memory
Processor
Input
Output

15. Tipos de Buses
Bus de Sistema (Procesador-Memoria)
Corto y alta velocidad
Solo necesita emparejar con la memoria
Maximiza el ancho de banda procesador-memoria
Conectado directamente al procesador
Optimizado por transferencia de bloques de cache
Bus I/O (estándar industrial)
Usualmente largo y lento
Necesita empatar un amplio rango de dispositivos I/O
Conectado al bus del procesador-memoria.

16. Características
La capacidad de rendimiento de un BUS viene
determinada por 3 parámetros:
Ancho del BUS: numero de líneas en paralelos por las que se
transmiten la info. Puede ser de 8-16-32-64 bits o incluso de
128 para las tarjetas de video.
Frecuencia del BUS: la frecuencia de reloj con el que el BUS
trabaja (MHz).
Velocidad de transmisión del BUS: MB que se pueden
transmitir por segundo.

17. Memoria Cache
•El intercambio de datos entre la CPU y la memoria RAM es una de las tareas
que se hacen con mayor frecuencia.
•Dado que la RAM es mucho más lenta que la CPU se ha incorporado a la CPU
y a la Motherboard, un circuito de memoria Caché, la cuál es una memoria de
alta velocidad. Esta es una de las cosas que mejora el desempeño del sistema en
general.
•La memoria Caché es un circuito de memoria de alta velocidad en el que se
almacenan bloques de instrucciones del programa en ejecución y un bloque de
datos del conjunto de datos que se utilizó por ultima vez, de forma que la
siguiente vez que se necesiten estos datos, se toman directamente de esta
memoria.

18. Tipos de Memoria Cache
Existen dos tipos:
Cache de Primer Nivel (Level 1)
Ubicada dentro del procesador
Divida en dos partes. Para datos y para instrucciones
Utilizada unicamente por el procesador
Cache de Segundo Nivel (Level 2)
Ubicada por fuera del procesador (en la placa madre)
Mantiene los ultimos datos utilizados y esta en contacto permanente con la
memoria RAM.
Es de uso general para las diferentes aplicaciones (soiftware) que maneja el
computador.

19. Memoria Caché: Funcionamiento
•Cuando un programa está ejecutándose y la CPU necesita ir a traer datos
(o más instrucciones) a la RAM, primero verifica que los datos estén en la
memoria caché.
•Si no los encuentra en la caché, traerá una copia de esos datos de la RAM a
la CPU y también realizará una copia en la memoria caché.
•La próxima vez que los necesita, los irá a buscar a la memoria caché, de
donde los podrá extraer más rápidamente.
•El último bloque de datos leído desde la RAM también se copia en la
memoria caché. Este bloque es, con mucha probabilidad, el mismo que se
necesitará en la próxima lectura de datos.

20. Esquena de utilización de la memoria caché

21. Semiconductores
Como sabemos existen materiales capaces de conducir la corriente
eléctrica mejor que otros. Generalizando, se dice que los
materiales que presentan poca resistencia al paso de la corriente
eléctrica son conductores. Analógicamente, los que ofrecen
mucha resistencia al paso de esta, son llamados aislantes. No existe
el aislante perfecto y prácticamente tampoco el conductor
perfecto.
Existe un tercer grupo de materiales denominados
semiconductores que, como su nombre lo indica, conducen la
corriente bajo ciertas condiciones.

22. Bit y Bytes
•La unidad de almacenamiento tanto en discos como en cintas y en
memoria de trabajo (RAM) es el Byte. Un Byte está constituido
por 8 pulsos o señales, llamados bits (abreviatura de binary digit =
dígito binario).
•Cada símbolo interpretable, que se puede almacenar en la
computadora: letras del alfabeto, signos de puntuación, etc., están
formados por bytes.
•La capacidad de almacenamiento (fijo o temporal) se mide de
acuerdo a la cantidad de bytes que pueden contener.

23. Unidades de medida
Unidad de medida de
almacenamiento
Equivalente a
Byte (B) 8 bits
Kilobyte (KB) 1024 Bytes (= 2
10
) bytes
Megabyte (MB) 1024 Kilobytes (= 2
20
bytes) (1048576 bytes)
Gigabyte (GB) 1024 Megabytes (= 2
30
bytes) (1073741824 bytes)
Terabyte (TB) 1024 Gigabytes (= 2
40
bytes) (1099511627776 bytes)
Petabyte (PB) 1024 Terabytes (= 2
50
bytes) (1125899906842624 bytes)
Exabyte (EB) 1024 Petaytes (= 2
60
bytes) (1152921504606846976 bytes)
Zettabyte (ZB) 1024 Exabytes (= 2
70
bytes) (1180591620717411303424 bytes)
Yottabyte (YB) 1024 Zettabytes (= 2
80
bytes) (1208925819614629174706176 bytes)

24. Memorias del Sistema
RAM (Random Access Memory)
Static RAM (SRAM)
oAsync SRAM
oSync RAM
oPipeline Burst SRAM
Dinamic RAM (DRAM)
oFast Page Mode (FMP DRAM)
oExtended Data Out (EDO DRAM)
oSynchronous DRAM (SDRAM)
oPC100
oDDR
oESDRAM
ROM (Read Only Memory)
PROM
EPROM
EEPROM

25. Memorias RAM
La memoria RAM (Random Access Memory – Memoria de
Acceso Aleatorio) es la memoria de almacenamiento
principal en donde la PC guarda los datos que está utilizando
en ese momento

26. La memoria que auxilia a la CPU en el procesamiento de los datos se conoce
como memoria RAM (Random Access Memory = Memoria de Acceso Aleatorio).
Se hace referencia a esta memoria como
de “acceso aleatorio” debido a su
capacidad de tener acceso a cada byte de
forma directa. A diferencia de la memoria
ROM, la RAM es “volátil”, es decir, pierde
su contenido una vez se apaga la
computadora.
Memoria RAM

27. Memorias RAM
FPM (Fast Page): más rápida que la anterior, por su estructura (el modo de
Página Rápida) y por ser de 70 ó 60 ns. Usada hasta con los primeros Pentium,
físicamente SIMM de 30 ó 72 contactos (los de 72 en los Pentium y algunos 486).
EDO (Extended Data Output-RAM): permite introducir nuevos datos
mientras los anteriores están saliendo lo que la hace un poco más rápida que la
FPM. Muy común en los Pentium MMX y AMD K6, con refrescos de 70, 60 ó 50
ns. Físicamente SIMM de 72 contactos y DIMM de 168.
SDRAM (Sincronic-RAM): Funciona de manera sincronizada con la velocidad
de la placa base (de 50 a 66 MHz), de unos 25 a 10 ns. Físicamente solo DIMM de
168 contactos, es usada en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron.
El estándar de la memoria SDRAM es el llamado JEDEC de diciembre de 1996

28. Memorias RAM
PC100: memoria SDRAM de 100 MHz, que utilizan los AMD K6-II, III,
Pentium II y micros más modernos. Ofrecen una transferencia de 8 bytes/ciclo
x 100 MHz = 800 MB/seg. (0,8 GB/seg).
DDR SDRAM, Double Data Rate SDRAM, está basado el estándar JEDEC, y
la diferencia con la SDRAM es que por cada ciclo de reloj se activa dos veces,
una en el flanco de subida y otra en el de bajada, con ello teóricamente se dobla
la velocidad.
ESDRAM, Enhanced SDRAM, esta memoria es una memoria SDRAM normal
pero además se le añade un módulo de SRAM, como la memoria de la cache,
este módulo viene a funcionar como la caché del procesador, con ello se
consigue un mejor tiempo de respuesta

31. Memorias ROM
•Los fabricantes de computadoras siempre acompañan el hardware del que nos proveen con ciertas
rutinas de software básicas para comunicaciónrutinas de software básicas para comunicación con los dispositivos a bajo nivel.
•El Sistema Operativo maneja la comunicación con los dispositivos a través de estas rutinas. El conjunto
de estas rutinas se conoce como el BIOS (Basic Input – Output System = Sistema Básico de Entrada y
Salida), que entra en acción desde el momento en que se enciende la computadora:
oRevisa la presencia y el estado de los dispositivos conectados al sistema.
oLa cantidad de memoria disponible., transfiere el control al registro de arranque, etc.
oTransfiere el control al registro de arranque, etc.
•Estas rutinas son colocadas por el fabricante en un chip especial de memoria que va montado sobre la
tarjeta madre (Motherboard).
•Por lo general el conjunto de estas rutinas no cambia y no debe ser alterado por los usuarios. Por ello
ese chip especial de memoria es de “solo lectura”: Read Only Memory (ROM) = Memoria de solo
lectura.

32. PROM
EPROM
Programable Read-Only Memory = Memoria Programable de Solo Lectura. Se
programa utilizando un tipo de dispositivo conocido como Quemador PROM o
Programador PROM, el cual almacena permanentemente las instrucciones binarias
en el chip.
Erasable Programable Read-Only Memory =
Memoria Borrable y Programable de Solo Lectura.
Este tipo de chip puede reprogramarse. Contiene
una ventana de cuarzo a través de la cuál se exponen
los circuitos interiores del chip. Cuando se aplica luz
ultravioleta a través de la ventana se produce una
reacción química que borra el EPROM.
Tipos de memoria ROM

33. EEPROM
Electrically-erasable programmable read-only memory (ROM programable y borrable
eléctricamente), en español o castellano se suele referir al hablar como E-2-PROM y
en inglés "E-Squared-PROM". Es un tipo de memoria ROM que puede ser programado,
borrado y reprogramado eléctricamente, a diferencia de la EPROM que ha de borrarse
mediante rayos ultravioletas.
Flash ROM
Soluciona el problema de la lentitud de la reprogramación de la memoria: la realiza en
bloques de 512 byte. Los fabricantes permiten que se bajen las actualizaciones de las
ROM desde Internet.
Tipos de memoria ROM

34. ROM-BIOS-CMOS ?
La CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor – Semiconductor
Complementario de Oxido de Metal) es una porción de 64 bytes encargada de
almacenar los valores y ajustes de la BIOS (aquellos que el usuario podrá cambiar).
Podemos almacenar datos como por ejemplo, la fecha y la hora, los parámetros
que definen el disco rígido, la secuencia de arranque o la configuración de los
puertos.
La BIOS es una memoria no volátil (tipo ROM) y que sus datos están guardados y
son inalterables, en cambio, la CMOS es una memoria de tipo RAM y los datos
que se guardan se pueden alterar pero también se borrarán en caso de existir algún
corte de energía. Para prevenir que se de esta situación, es decir, que se borren los
datos definidos por el usuario, se hace uso de una pila que alimentará esta memoria
siempre que nuestra PC no esté en marcha.

35. (Almacenamiento)
Memoria Externa

36. Definición
Las Unidades o dispositivos de Almacenamiento son
componentes del hardware de la computadora que
permiten -valga la redundancia- almacenar información,
para su posterior uso.
En ellas podemos
transportar la información,
guardarla, archivarla, etc …

37. Unidades Magnéticas
Se usan para guardar datos en discos portátiles.
Permiten almacenar, archivar, consultar, presentar,
reutilizar, recuperar la información.
Floppy Disk, de Mitsumi
Sus capacidades varían
desde los 1,44 Mb (en los
disquetes comunes), hasta
los 2 Gb, en las unidades Jaz
de Iomega.

38. Unidades Magnéticas
•Ventajas
–Portátiles.
–Bloqueo físico contra escritura.
–Almacena varios archivos de uso común (.doc, .xls, .ppt, etc.) y hasta
algunos de mayor espacio (vídeos, audio, animaciones, fotos).
–Bajo costo.
•Desventajas:
–Son muy frágiles.
–Por su portabilidad, se estropean rápidamente.
–Poseen poco espacio de almacenamiento frente a otros dispositivos.

39. Unidades de Disco Duro (Hard Disk)
Son utilizados, por lo general, para almacenar el Sistema
Operativo y los programas, así como la información de
uso regular por parte del usuario.
Sus capacidades varían
desde los 80 Gb
aproximadamente (en
realidad, hay de menor
capacidad) y depende del
avance tecnologico.

40. Unidades Ópticas (CD y DVD)
Son dispositivos que permiten alojar, de manera portátil,
grandes cantidades de información, a un bajo costo.
Los CDs poseen una
capacidad de 650 Mb,
mientras que los DVD
pueden alojar 4,7 y hasta
17,2 Gb de información en
un solo disco.

41. Otras Unidades
•Varias industrias, desde la fotográfica hasta la de vídeo,
se han beneficiado.
•Principales usos:
–Cámaras fotográficas
–Laptops
–PDAs
–Walkmans
–Teléfonos Celulares
–Vídeo cámaras
–Edición de vídeo (DD removibles)
–Etc.

42. Aritmetica & Unidad Logica
Realiza todos los calculos
Todo en el computador está al servicio de esta unidad
Maneja los enteros
Puede manejar numeros con punto flotante (numeros reales)
FPU Puede estar en un chip separado (486DX +)

43. ALU Entradas y Salidas

44. Representacion de Enteros
Solo se tiene 0 & 1 para representar todo.
Los numeros positivos están almacenados en binario
ejemplo 41=00101001
No hay signo menor
No hay punto decimal

45. Sign-Magnitude
El bit mas significativo (bit de la izquierda)
0 es positivo
1 es negativo
+18 = 00010010
 -18 = 10010010
Problemas
Se necesitan los dos signos en aritmetica
Dos representaciones de cero (+0 and -0)

46. Grafica Geometrica

47. Rango de Numeros
Complemento de 8 bits
+127 = 01111111 = 2
7
-1
 -128 = 10000000 = -2
7
Complemento de 16 bit
+32767 = 011111111 11111111 = 2
15
- 1
 -32768 = 100000000 00000000 = -2
15

48. Conversion
Numeros Positivos se rellenan con ceros
+18 = 00010010
+18 = 00000000 00010010
Numeros Negativos se rellenan con unos
-18 = 10010010
-18 = 11111111 10010010
En el ejemplo observar bit significativo (bit de signo)