sábado, 28 de noviembre de 2009

Sistema de computos

Unidad central de procesamiento

Dentro de una computadora existen muchos elementos conectados entre si, que se encargan de procesar los datos que llegan desde el exterior a través de los periféricos de las entradas.

Un elemento fundamental en toda computadora es la unidad central de proceso, que se encarga de controlar el funcionamiento de todos los componentes y de realizar todas las operaciones aritméticas y lógicas, de acuerdo con las instrucciones recibidas. También es denominada procesador, microprocesador o CPU (siglas de su nombre en ingles central process unit).

La CPU esta formada por dos partes principales:

La unidad de control

La unidad aritmético-lógica

La unidad de control es la parte mas importante de la CPU, ya que es la encargada de ordenar y de supervisar todas las operaciones que deben efectuar la unidad aritmético-lógica y la memoria principal, además, realiza todos los movimientos de datos para que la computadora cumpla con la ejecución de las instrucciones recibidas, también controla que tanto los periféricos de entrada como los de salida realicen la entradas correctamente.Dentro de la unidad de control existe un reloj que genera impulsos eléctricos o ciclos a intervalos constantes que sirven para sincronizar el funcionamiento de la CPU, marcando en que momento deben comenzar los pasos de cada instrucción. La frecuencia de los pulsos del reloj en miden en megahercios (MHz) y determinan la velocidad de trabajo de la unidad central del proceso.

La unidad aritmético-lógica, por su parte, es la encargada de realizar las operaciones aritméticas (suma, resta, división, multiplicación, etc.) y la del tipo lógico (comparación, unión, intersección, negación, etc.) que ordene la unidad de control.

Dentro de la CPU hay además un conjunto de registros que son utilizados en el funcionamiento propio de la CPU.

Los registros que posee una CPU reciben distintos nombres, de acuerdo con el tipo de dato que guardan en su interior, y entre ellos encontramos los siguientes:

Registros de instrucción

Registros de contador de programas

Registro de control

Registro de datos

Otro componente fundamental de cualquier computadora es la memoria principal; en ella se almacena las instrucciones y los datos que van a ser utilizados por la CPU durante la ejecución del programa.

La memoria principal esta formada por una serie de celdas o casillas numeradas capaces de guardar en su interior los datos mientras la computadora este encendida.

Los números que tienen la celdas son las direcciones de memoria, y mediante estas direcciones se puede acceder de forma directa a cualquier celda.

La memoria principal al igual que otro elementos, esta conectada a la CPU por medio de un conjunto de cables denominado BUS, que transporta los datos en forma en pulsos eléctricos.

Por el BUS viajan de un componente a otro, además de datos, señales que le permiten a la CPU ejercer el control de todos los elementos (señales de control), y las direcciones de memoria donde están guardados los datos dentro de la memoria principal (direcciones).

Generaciones de computadoras

Desde la invención de la primera computadora Mark-I en 1944 hasta nuestros días, las computadoras han sufrido muchos cambios q permitieron llegar alas poderosas maquinas con las que hoy estamos familiarizados.Algunos de esos cambios fueron tan importantes en cuanto ala tecnología que utilizaban que se pudo clasificar perfectamente a las computadoras en 5 generaciones:

Primera generación (1940-1952). Intuye todas las computadoras basadas en la válvula de vacio como elemento de control; no poseían memoria interna y solo almacenaban información en tarjetas perforadas, similares a la ideadas por Jacquard para sus telares. Estaban caracterizadas por su gran tamaño y elevado costo, por lo que se las empleaba solo en los ámbitos científicos y militar.

Segunda generación (1952-1964). Comenzó al sustituirse la válvula del vacio por el transistor. Este cambio hizo que las maquinas ganaran potencia y velocidad y perdieran tamaño. Los avances tecnológicos también permitieron el desarrollo de soporte magnéticos de almacenamiento de información, como la cinta magnética y el tambor magnético. Las computadoras de esta generación fueron utilizadas en aplicaciones cormerciales, además de las militares y científicas.

Tercera generación (1964-1971). Nace con la aparición del circuito integrado en 1964, y se caracteriza por la incorporación de muchos componentes en un solo circuito impreso en delgadas capas de silicio, recubierto por un plástico aislante ( el circuito integrado). Debido al reducido tamaño de sus componentes surgieron las minis computadoras y se posibilito la construcción de discos magnéticos reemplazante de las cintas magnéticas utilizadas hasta ese momento como el medio mas importante de almacenamiento de información.

Cuarta generación (1971-1981). El nacimiento de la cuarta de la cuarta generación se debió de la aparición del microprocesador; este pequeño circuito integrado incluye a todo el “cerebro” de la computadora dentro de el y permitió desarrollar las computadoras hogareñas, las microcomputadoras y los discos flexibles.

Quinta generación (1981-?). Nace como un anuncio de los productores de tecnología. Entre las características principales de la quinta generación podemos mencionar: computadoras con inteligencia artificial, interconexión de todos tipos de computadoras; integración de datos, imágenes y sonido (multimedia), lenguaje de programación naturales, etc.

Redes informaticas

A grandes rasgos, una red de ordenadores es una forma de transmitir y compartir datos e información entre varios ordenadores, independientemente de dónde se encuentre cada uno. Normalmente hablamos de tres tipos de redes: LAN, MAN y WAN

Las redes de area local (LAN):

Habitualmente son de uso privado.
Se utiliza en pequeñas organizaciones, como empresas o centros de enseñanzas. Cada ordenador puede comunicarse con el resto de ordenadores de la red. Si alcanzan altas velocidades de transmision con un numero reducido de errores.

Las redes de area metropolitana (MAN):

Abarcan zonas no muy alejadas; por ejemplo, pueden conectarse los centros de enseñanzas de una misma poblacion. Conectan distintos tramos de redes lan. Usan lineas de alta velocidad, normalmente de fibra optica, que admiten muchos datos.

Las redes de gran alcanse (WAN):

Conectan ciudades, paises o continentes, asi que suelen ser de uso compartido. Las velocidades de transmision son mas bajas que las redes Lan y Man. Suelen usar radioenlaces, tanto terrestres como via satelite, y cables submarinos.

Además de las características que acabas de ver, debes saber que las redes LAN admiten diferentes topologías o formas de conectar los equipos: topología lineal o en bus, topología en anillo y topología en estrella.

Historia de la computacion

Uno de los primeros dispositivos mecánicos para contar fue el ábaco, cuya historia se remonta a las antiguas civilizaciones griega y romana. Este dispositivo es muy sencillo, consta de cuentas ensartadas en varillas que a su vez están montadas en un marco rectangular. Al desplazar las cuentas sobre varillas, sus posiciones representan valores almacenados, y es mediante dichas posiciones que este representa y almacena datos. A este dispositivo no se le puede llamar computadora por carecer del elemento fundamental llamado programa.

Otro de los inventos mecánicos fue la Pascalina inventada por Blaise Pascal (1623 - 1662) de Francia y la de Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 - 1716) de Alemania. Con estas máquinas, los datos se representaban mediante las posiciones de los engranajes, y los datos se introducían manualmente estableciendo dichas posiciones finales de las ruedas, de manera similar a como leemos los números en el cuentakilómetros de un automóvil.

La primera computadora fue la máquina analítica creada por Charles Babbage, profesor matemático de la Universidad de Cambridge en el siglo XIX. La idea que tuvo Charles Babbage sobre un computador nació debido a que la elaboración de las tablas matemáticas era un proceso tedioso y propenso a errores. En 1823 el gobierno Británico lo apoyo para crear el proyecto de una máquina de diferencias, un dispositivo mecánico para efectuar sumas repetidas.

Mientras tanto Charles Jacquard (francés), fabricante de tejidos, había creado un telar que podía reproducir automáticamente patrones de tejidos leyendo la información codificada en patrones de agujeros perforados en tarjetas de papel rígido. Al enterarse de este método Babbage abandonó la máquina de diferencias y se dedico al proyecto de la máquina analítica que se pudiera programar con tarjetas perforadas para efectuar cualquier cálculo con una precisión de 20 dígitos. La tecnología de la época no bastaba para hacer realidad sus ideas.

El mundo no estaba listo, y no lo estaría por cien años más.

En 1944 se construyó en la Universidadde Harvard, la Mark I, diseñada por un equipo encabezado por Howard H. Aiken. Esta máquina no está considerada como computadora electrónica debido a que no era de propósito general y su funcionamiento estaba basado en dispositivos electromecánicos llamados relevadores.

En 1947 se construyó en la Universidad de Pennsylvania la ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator) que fue la primera computadora electrónica, el equipo de diseñolo encabezaron los ingenieros John Mauchly y John Eckert. Esta máquina ocupaba todo un sótano de la Universidad, tenía más de 18 000 tubos de vacío, consumía 200 KW de energía eléctrica y requería todo un sistema de aire acondicionado, pero tenía la capacidad de realizar cinco mil operaciones aritméticas en un segundo.

El proyecto, auspiciado por el departamento de Defensa de los Estados Unidos, culminó dos años después, cuando se integró a ese equipo el ingeniero y matemático húngaro John von Neumann (1903 - 1957). Las ideas de von Neumann resultaron tan fundamentales para su desarrollo posterior, que es considerado el padre de las computadoras.

La EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) fue diseñada por este nuevo equipo. Tenía aproximadamente cuatro mil bulbos y usaba un tipo de memoria basado en tubos llenos de mercurio por donde circulaban señales eléctricas sujetas a retardos.

La idea fundamental de von Neumann fue: permitir que en la memoria coexistan datos con instrucciones, para que entonces la computadora pueda ser programada en un lenguaje, y no por medio de alambres que eléctricamente interconectaban varias secciones de control, como en la ENIAC.

Registros

Buses: dirección, dato, control, I/O

Estos elementos se articulan de acuerdo a las características de los procesadores. Se presenta un diagrama de bloques de una estructura genérica de un procesador en que aparecen representados los distintos elementos que lo constituyen. Esta dividido en una sección de datos y una de control. La estructura de los buses se considera que es de tipo multiplexado entre memoria e I/O.

La sección de datos: registros de dirección, contador de programa, ALU, registros varios.

La sección de control provee decodificación de instrucción e información de tiempo (sincronismo) al resto de los elementos del procesador. Mantencion de información de estatus del interior y fuera del chip.

El procesador manipula, fundamentalmente, tres tipos de datos:

Instrucciones: secuencias de bit que son decodificadas por el procesador. Están almacenadas en la memoria RAM o ROM y son extraidas en forma secuencial y llevadas al registro de instrucción del procesador, de acuerdo al flujo del programa.

Direcciones: o en dispositivos I/O en que se almacenan elementos de información.

ubicaciones en memoria

Datos o operandos: información que será operada por el procesador y que puede tener una representación numérica, lógica o alfanumérica (string).

Tipos de memorias

¿Qué es la memoria?

La memoria es un componente muy importante del computador, ya que es determinante de su rendimiento. Cuanto más memoria tenga un Pc, mejor será su performance, aunque este no es el único factor a considerar.
A modo de ejemplo se puede comparar la memoria con los cajones que hay en el escritorio de trabajo.

Cuantos más cajones tenga yo en mi escritorio para guardar papeles, más ordenado y más eficiente podrá ser mi trabajo; esto mismo es lo que le sucede al Microprocesador.

Existen distintos tipos de memoria, alguno de ellos son:

  • La memoria principal o memoria RAM.
  • La memoria ROM.
  • La memoria SRAM o memoria Caché.

La memoria RAM
Las siglas RAM de “Random Access Memory” significa memoria de acceso aleatorio y se refiere a cómo se acceden a los datos guardados en ella. Se le llama también memoria principal, dado que sin ella el Pc no puede funcionar.
Esta memoria se dice que es temporal o volátil dado que al apagar el equipo, todo lo que haya en ella, se pierde. Por consiguiente el lugar para almacenar datos que queremos que perduren no es este, sino que se debe guardar en otro tipo de dispositivos como por ejemplo un disco duro, un disquete, etc.

En la memoria Ram los programas almacenan información y el microprocesador accede a ella cada vez que lo necesite. Estos programas no pueden acceder a cualquier parte de la memoria, dado que existen áreas reservadas usadas por el sistema.

Unidades de Medida:
El tiempo de acceso de la memoria RAM es bastante mas rápido que el acceso al disco duro, pero mas lenta que el acceso a la memoria caché. El tiempo que demora la memoria RAM a acceder a un dato se mide en nanosegundos (ns).
La velocidad con que trabaja la memoria RAM se mide en MHz, ejemplos son módulos de 100 o 133 MHz.
El ancho de datos con que trabaja se mide en bits; ejemplos son módulos simms de 32 bits o dimms de 64 bits.
La cantidad de memoria se mide en MB o GB.
Las distintas tecnologías que nombraremos a continuación, DRAM, SDRAM, RDRAM, etc, difieren principalmente en su forma y velocidad de acceso. Por más detalles de cada una de ellas ir al Glosario.
¿Cómo interpretar las inscripciones que tiene un módulo de memoria?

Generalmente los chips tienen inscripciones con números que terminan con un guión y otro número al final, el cual representa la velocidad en nanosegundos.

Por ejemplo 30090-60, representa 60 ns.

Para tener una idea de la relación de el tiempo de acceso en ns y la velocidad con que trabaja en MHz se adjunta la siguiente tabla:

Módulos de memoria

Físicamente la memoria se almacena en pequeños chips agrupados sobre un objeto llamado módulo.

Según su tamaño físico y la cantidad de pines que contenga se clasifican en:

• SIMM

• DIMM

• RIMM

Los módulos se ubican en la motherboard, en ranuras especiales llamadas “bancos de memoria”. Se puede colocar por ejemplo, un sólo módulo de 128 MB o dos de 64 MB, en este último caso, ocupando dos bancos de memoria.

Esto no es siempre así, ya que por ejemplo los módulos SIMM generalmente se debe instalar de a pares, dado que en éste caso, dos módulos llenan un banco de memoria.

Módulos SIMM

Existen módulos SIMM pequeños de 30 pines, y más grandes de 72 pines. Este tipo de módulo no se fabrica más.

La tecnología que usa es EDO-DRAM (Extended Data Out – Dinamic RAM).

Este tipo de módulo se coloca apoyándolo de forma inclinada y luego poniéndolo perpendicular hasta que calce.

Al colocarlos nunca se deben forzar, ya que hay unos calces de plásticos que son muy delicados y se pueden romper.

Otra consideración a tener en cuenta es que los módulos se deben agarrar de las partes plásticas y nunca de los contactos de metal.

En la figura se muestra como tomar un módulo Simm. Observe la mueca que indica en la posición que va insertado.

Veamos cómo colocar memoria SIMM

Módulos DIMM

Los módulos DIMM son de 168 pines. En cuanto a su velocidad existen de 66, 100 y 133 Mhz.

La tecnología que usa es SDRAM (Syncrhronous Dinamic RAM).

Este tipo de módulo se coloca de forma perpendicular hasta que calce, y cierren dos trabas plásticas. Note en la figura de la izquierda, como a diferencia de los simms tiene dos ranuras, las cuáles nos indica en que posición deben colocarse. A la derecha se muestra los bancos para alojar estos módulos.


Veamos cómo colocar memoria DIMM

Módulos RIMM

Los módulos RIMM son de 141 o 184 pines, y fueron desarrollados por “Kingston Technology Corp”.

La tecnología que usa es RDRAM (Rambus Dinamic RAM).

Este tipo de módulo se coloca de forma perpendicular hasta que calce, y tiene dos ranuras, como se ve en la figura, lo que impide una inserción incorrecta.

Chip extra de paridad: Los módulos, de cualquier tipo, pueden contener un chip extra, llamado chip de paridad, que tiene la capacidad de detectar errores. Si bien estos tipo de chips son importantes, sus costos son mayores.

SODimm:

Existen otros tipos de módulos de memoria mas pequeños, como por ejemplo los usados en notebooks llamados SODimm (Small Outline DIMM). Existen versiones de 72 y 144 pines.

La memoria ROM


Las siglas ROM de “Read Only Memory” significa memoria solo de lectura, si bien en muchos casos es imposible escribir en ella, hay algunos tipos de esta memoria que sí se puede modificar.

Esta memoria se usa para cargar el programa llamado BIOS, el cual guía a la máquina principalmente en el arranque. Este procedimiento de arranque es conocido con las siglas POST (Power On Self Test) que significa inspeccionar el sistema antes de arrancar para ver que todo se encuentre en orden.

La BIOS consulta un registro propio llamado CMOS Setup (o solo setup), en el cual tiene configurado los datos del hardware instalado en el equipo. Por ejemplo, guarda las características del disco duro, disqueteras, procesador, etc. Luego de controlar el hardware pasa a cargar el sistema operativo instalado.

Estos datos se mantienen gracias a la pila de litio ubicada sobre la motherboard.

En la imagen se muestra el chip de memoria ROM que contiene la BIOS.

Las ROM actuales tienen la capacidad de ser modificadas, lo cual permite realizar una actualización de la BIOS, para por ejemplo agregarle mejoras. Estas actualizaciones normalmente se consiguen por Internet, ubicándolas en la empresa que creó esta BIOS. Se debe conocer el modelo de nuestra Bios, la cual se ve apenas encendido el equipo. Dos de las empresas mas conocidas de BIOS son AMI y Award (Phoenix).

Una de las principales empresas que fabrican todo tipo de memorias es Kingston

ROM vs RAM

La ROM es una memoria secuencial a diferencia de la memoria RAM. Esto significa que debe recorrer secuencialmente todos los datos hasta encontrar el buscado, similar a un casete de música; en cambio la RAM accede directamente de forma aleatoria, lo cual la hace más veloz.

Por otro lado la capacidad de la Rom es muy pequeña, comparada con la Ram.

La ROM es un circuito integrado a la motherboard, el cual se diferencia claramente de los módulos de la memoria RAM.

jueves, 26 de noviembre de 2009