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Laboratorio
El objetivo de la clase: Breve repaso de cmo medimos la informacin en la
computadora Introducir algunos conceptos bsicos acerca de la
estructura fsica (hardware) de una computadora La pregunta: Es til preocuparse por la estructura interna de una
computadora? La respuesta Hay una gran cantidad de profesionales que requieren
conocer las computadoras con un cierto detalle Al menos, siempre es necesario conocer las
caractersticas de la computadora y los requerimientos (fsicos) de los programas que deben usarse
Consideremos los siguientes conceptos: Bit (BInary digiT) es la cantidad de informacin que
puede almacenarse en una variable binaria. No hay que confundir el bit con la variable ni con su valor: una variable binaria es la que puede tomar dos valores estables: 0 1, blanco o negro, si o no, etc La necesidad de codificar informaciones ms complejas
ha llevado a agrupar varios bits, apareciendo as las siguientes unidades
El byte es la cantidad de informacin que puede codificarse en 8 bits; representa por tanto 28=256 valores
La palabra se define en relacin con la maquina considerada, como la cantidad de informacin que la maquina puede manejar de una sola vez. Para evitar equvocos, se habla de palabras de 8 bits, 16 bits, 32 bits, etc
1 Kbyte = 210 bytes = 1.024 bytes 1 Mbyte = 1.048.576 bytes (220 = 1.0242)
21 = 222 = 423 = 824 = 1625 = 3226 = 6427 = 12828 = 25629 = 512210 = 1024
Consideramos una computadora como una unidad de produccin
Una unidad de produccin: adquiere materia prima la elabora finalmente, vende la materia elaborada
Una computador: toma algunos datos, los procesa finalmente, devuelve el resultado obtenido al
procesar la informacin
Comparemos a una computadora con una panadera. en la panadera se compra harina, levadura, (entrada
de datos) posteriormente se elaboran (procesamiento) para
producir pan finalmente, se vende (salida de datos) para comprar y vender se necesitan personas que se
relacionen con el exterior; en un computador esta labor se realiza mediante los perifricos
dentro de la panadera podemos encontrar dos zonas bien diferenciadas e indispensables: la primera es la zona de amasado junto con el horno, y la segunda es el almacn
en el computador el almacn lo representa la memoria y la zona de trabajo es la unidad central de proceso o UCP a su vez, la UCP, consta de la unidad de control o UC
(el encargado que controla los procesos de amasado y horneado) y la unidad aritmtica y lgica o UAL (zona de amasado y horno)
naturalmente, entre las distintas zonas deben existir pasillos de comunicacin para poder sincronizar las acciones de cada uno; en un computador esta informacin se enva y recibe a travs de los buses
En la memoria principal se guarda el conjunto de instrucciones (programa) que est siendo ejecutado, junto con los datos de entrada y de salida de la ejecucin
A la memoria la podemos estudiar desde dos puntos de vista un punto de vista fsico (distintos medios de
almacenamiento) un punto de vista lgico (de tratamiento de la
informacin)
Para acceder a cada palabra de memoria debemos poder referirnos a ellas
Esto se hace asignando una direccin numrica binaria a cada palabra a modo de direccin postal
La direccin de memoria determina una palabra de memoria, que es la que contiene la informacin
En la memoria se realizan operaciones elementales de lectura y escritura, que escriben o leen la informacin contenida en una sola palabra de memoria
Para las operaciones de lectura y escritura, los dispositivos de memoria disponen de dos registros: el de direccin (RD) el de intercambio de memoria (RIM).
El RD (registro de direccin) Indica la direccin de memoria que se quiere leer o
escribir Puesto que debe tener capacidad para albergar
cualquier direccin de memoria, es un registro de d bits siguiendo la notacin anterior
RIM (registro de intercambio de memoria) Alberga la palabra leda o que se va a escribir en
la direccin dada por el RD y, por lo tanto, tiene tantos bits como la longitud de palabra de memoria
La memoria est conectada con: la UCP y tambin con los perifricos a travs de los buses de direcciones, de datos y de control que describiremos ms adelante
El proceso de lectura o escritura se puede dividir en los siguientes pasos: 1) A travs del bus de direcciones llega un nmero
de direccin de memoria que se almacena en el RD 2) Simultneamente, por el bus de control, llega
una seal que indica si la operacin que debe realizarse es de lectura o de escritura
3) Si la operacin es de escritura: Por el bus de datos llega la palabra que se quiere
escribir. sta se almacena en el RIM y se escribe donde indique RD.
Si la operacin es de lectura: Se lee la informacin que se encuentra en la direccin
almacenada en el RD y se escribe en el RIM. 4) La memoria genera, por el bus de control, una
seal de control que indica el fin de la operacin
Podemos destacar vrios niveles de memria: 1) Memoria principal 2) Memoria secundaria 3) Memoria auxiliar Los 2 ltimos tipos de memorias los desarrollaremos en
otra clase Hemos dicho anteriormente que las memorias son
dispositivos de lectura y escritura Existe otros tipos de memorias de solo lectura,
que hace las veces de manual de comportamiento de la mquina que la contiene.
Las memorias de slo lectura reciben el nombre memorias ROM (Read Only Memory). Las computadoras vienen dotados con una
memoria de este tipo donde se almacena la rutina de arranque Otras aplicaciones de este tipo de memoria las
encontramos: lavarropas automticos juguetes electrnicos
Algunas variantes de la memoria ROM son: PROM (ROM programable al menos una sola vez
mediante dispositivos especiales) EPROM (PROM borrable, erasable PROM, se programan
mediante dispositivos que emiten rayos utravioletas) EEPROM (PROM elctricamente borrable. Se puede borrar
y escribir elctricamente) Las memorias de lectura y escritura toman el
nombre de RAM (Random Access Memory) Son memorias voltiles en el sentido de que necesitan la
alimentacin elctrica para conservar la informacin
Sabiendo la necesidad de contar con memorias cada vez ms rpidas y con ms capacidad se han ideado mtodos de optimizacin para la memoria principal. Encontramos estos aspectos: Memorias cach: son memorias de gran velocidad, del
tipo RAM, debido a su alto costo, suelen tener una capacidad muy pequea. En la actualidad esta memoria est integrada en el procesador, y su cometido es almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantneo
Tipos de memoria cach: Cach de 1er nivel (L1): Esta cach est integrada en
el ncleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria cach L1 vara de un procesador a otro (64k a 256k). Esta memoria esta dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos.
Cach de 2 nivel (L2): Integrada tambin en el procesador, aunque no directamente en el ncleo de este, tiene las mismas ventajas que la cach L1, aunque es algo ms lenta que esta. La cach L2 suele ser mayor que la cach L1 (llegando a 2 mb)
Cach de 3er nivel (L3): Es un tipo de memoria cach ms lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. Esta cach estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante ms lenta que una cach de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho ms en la poca en la que se utilizaba), depende de la comunicacin entre el procesador y la placa base.
Memoria virtual: Se desarrolla con el propsito de poder hacer uso
de ms memoria de la que fsicamente se dispone La idea consiste en usar la memoria secundaria,
generalmente un disco duro, como memoria principal
Un usuario que dispone de memoria virtual tiene la impresin de estar trabajando con un mapa de direcciones de memoria (direcciones lgicas) mucho mayor del que fsicamente dispone (direcciones fsicas)
Existen otras tcnicas para mejorar la utilizacin de la memoria como son la paginacin y la segmentacin. Estas tcnicas utilizan programas de gestin de memoria que forman parte del sistema operativo (este tema se tratar en las siguientes clases)
La UCP representa el cerebro de la computadora y all es donde se procesa la informacin recibida, por lo que casi siempre nos referiremos a ella como el procesador
La UCP est formada por: unidad de control (UC) -> clasifica y organiza las
instrucciones recibidas (encargado) unidad aritmtica y lgica (UAL) ->ejecuta las
instrucciones (donde se amasa y cocina" la informacin)
Las tareas de la UC son Recibir la instruccin que se va a ejecutar Determinar su tipo (clculo aritmtico, lgico) Determinar si esa instruccin necesita argumentos
almacenados en la memoria Leer (en su caso) las direcciones de memoria que
contienen los argumentos de la instruccin Dar la orden correspondiente a la UAL
La tareas de la UAL son Ejecutar las instrucciones aritmticas y lgicas, una
vez que la UC ha determinado su tipo y ha ledo sus argumentos (si los hubiera)
Las instrucciones que llegan a la UAL son muy sencillas, y se reducen a un clculo aritmtico elemental (suma-resta-multiplicacin-divisin)
Un clculo lgico (and, or, etc)
La UC est dotada de unos cuantos registros internos de memoria que usa para almacenar datos elementales durante la ejecucin de una instruccin elemental
Esta memoria dispone de un cierto nmero de registros con un cometido particular, entre los que destacan el Registro de instruccin Contador de programa
El registro de instruccin Almacena aquella que est siendo ejecutada
El contador de programa Almacena la direccin de la siguiente instruccin
que debe ser ejecutada. Existen, adems, otros registros que
almacenan los resultados parciales de la ejecucin de una instruccin
El funcionamiento de la UC est regido por los impulsos de un reloj que sincroniza la realizacin de las distintas operaciones y determina la velocidad del procesador
Su frecuencia se mide en MHz (megaherzios, millones de ciclos por segundo)
Descripcin de los pasos de la unidad de control (UC) Leer el contador de programa Almacenar en el registro de instruccin el
contenido de la direccin de memoria que aparece en el contador de programa
Averiguar si la instruccin necesita argumentos y, en su caso, determinar sus direcciones de memoria
Leer los argumentos y almacenarlos en los registros internos
Ordenar a la UAL que ejecute el cmputo necesario
Descripcin de los pasos de la unidad de control (UC) Almacenar el resultado de la ejecucin Actualizar el contador de programa con la
siguiente instruccin por ejecutar La UC dispone de un dispositivo
denominado secuenciador que efecta esta descomposicin en pasos elementales
La unidad aritmtica y lgica es el horno donde se cocina la informacin; su tarea consiste en recibir instrucciones junto con sus argumentos y ejecutarlas, dando a cambio el resultado de su operacin
Esta unidad consta de Operadores que ejecutan fsicamente las instrucciones
recibidas Una serie de registros para almacenar informacin
mientras se ejecuta una instruccin Algunos sealizadores de estado que indican resultados
obtenidos al realizar un cmputo (resultado cero, overflow, o desbordamiento, ect)
Podemos considerar Perifricos de entrada, Perifricos de salida Perifricos de almacenamiento
Asimismo podemos distinguir entre perifricos locales y perifricos remotos, segn su conexin a la computadora
Perifrico local: El mouse, se encuentra cerca de la UCP conectado
mediante cables que hacen las veces de prolongador de los buses de la computadora
Perifrico remoto Una impresora del centro de operaciones, la conexin se
realiza a travs de una red de comunicaciones
Ejemplos de perifricos De entrada de datos
Teclado Mouse Sensores Escner
De salida de datos Pantalla o monitor Plotter Impresora
De entrada y salida de datos Modem (MOdulador, DEModulador) Placas de red
Perifricos de almacenamiento Aunque se trata en realidad de perifricos de
entrada y salida, suelen estudiarse aparte Los perifricos de almacenamiento son tambin
conocidos como memorias secundarias y memorias auxiliares
El primero de todos los dispositivos de almacenamiento magntico fue la unidad (lectora y grabadora) de cinta magntica, y posteriormente se desarrollaron las unidades de discos fijos (tambin llamados discos duros) y las unidades de discos flexibles
En una cinta magntica el acceso a la informacin es secuencial (tenemos que hacer correr la cinta hasta que aparezca la informacin que buscamos); esto hace que sea un medio muy lento
Los discos magnticos reciben este nombre por su forma y porque su superficie es magntica y son dispositivos de acceso directo -> no tenemos que recorrer toda la informacin que hay delante de la que necesitamos
Los discos magnticos necesitan organizarse lgicamente para poder albergar informacin de un modo ordenado; dar formato a un disco magntico es dotarlo de la organizacin lgica
La informacin se almacena siguiendo crculos, llamados pistas, que a su vez se dividen en sectores que contienen un cierto nmero de palabras (celdas)
Tipos de organizaciones de discos FAT (Tabla de Asignacin de Archivos, en ingls, File
Allocation Table (FAT) FAT32 fue la respuesta para superar el lmite de tamao
de FAT16 NTFS (New Technology File System) es un sistema de
archivos diseado especficamente para Windows NT (utilizado luego en Windows 2000, Windows XP, Windows Vista y Windows 7), con el objetivo de crear un sistema de archivos eficiente, robusto y con seguridad incorporada desde su base.
Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamao requeridas en estaciones de trabajo de alto rendimiento y servidores.
Puede manejar discos de hasta 2 Terabytes.
Para indicar una direccin, se especifica la pista y el sector donde comienza la informacin, por lo cual una transferencia de datos a un disco siempre empieza en la primera palabra de un sector
Los componentes de una computadora (memoria y perifricos) intercambian informacin con la UCP, obviamente esta comunicacin se debe hacer mediante medios fsicos
La comunicacin entre los distintos componentes se realiza a travs de lneas que transportan informacin binaria
El transporte de informacin puede realizarse de dos modos: Comunicacin en serie:
La informacin se transmite un bit tras otro. El mouse es un ejemplo tpico de perifrico con comunicacin en serie
Comunicacin en paralelo: Se transmite la informacin a travs de varias lneas
simultneamente, de modo comparable a una autopista de varios carriles (lneas) por las que los vehculos (informacin binaria) fluyen simultneamente.
Se transmite de byte en byte. Un perifrico tpicamente comunicado en paralelo es la
impresora.
Las lneas de comunicacin se agrupan segn el tipo de informacin que transporten, y cada uno de estos conjuntos de lneas recibe el nombre de bus
Los buses de comunicacin pueden ser de tres clases: Bus de direcciones
A travs del cual la UC determina la direccin de memoria o dispositivo de E/S con el que se intercambia informacin
Bus de datos Por el que viajan los datos para ser almacenados en la
memoria Bus de control
Que, como su nombre indica, transporta informacin de control para la sincronizacin de todo el trabajo