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MÓDULO:
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
PROGRAMA DE EDUCACIÓN A DISTANCIA
(PED)
FACULTAD DE FILOSOFÍA, LETRAS Y CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN
UNIVERSID
ADCENTRALDEL
ECUADOR
F U N D A D A E N 1 6 5 1
Q U I T O
Quito, Diciembre 2010
Autor: Ing. José Passato P.
Publicación: Universidad Central del Ecuador
Facultad de Filosofía, Letras y Ciencias de la Educación
Programa de Educación a Distancia (PED)
Decano: Dr. Edgar Herrera Montalvo, MSc.
Vicedecano: Lic. Galo Arellano Moscoso, MSc.
Director Educación
Semipresencial: Dr. Marco Quichimbo Galarza, MSc.
Coordinadores: Lic. Gustavo Ullrich, MSc.
Lic. Ismael Escobar, MSc.
Lic. Vladimir Cruz
Lic. Myriam Tupiza
Lic. Alexandra Flores
Impreso: SYSTEM GRAPHIC
Jorge Washington Oe4-30 y Av. Amazonas
Telf.: (593) 290 3120 / 254 1470 / 092553760
E-mail: systemgrafic@yahoo.com
www.systemgraphic.com.ec
MÓDULO: ARQUITECTURA DE COMPUTADORESAutor: Ing. José Passato P.
Quito - Ecuador
2
Arquitectura de Computadores
Presentación
Señores estudiantes, el presente folleto; está concebido para cubrir la base conceptual de
la materia, El folleto está estructurado en Unidades, cada unidad abarca el conocimiento
requerido para comprender la estructura, funcionamiento e interrelaciones entre los
diferentes componentes de un sistema de computación, y así, tener una concepción clara
de cómo los computadores están organizados, para cumplir con sus tres principales
operaciones, de procesar, almacenar y transferir información.
Prólogo
El contenido del documento se orienta a conocer y entender la arquitectura, organización
y funcionamiento de la herramienta computacional, que ha venido a revolucionar la vida
de personas y organizaciones.
El material del documento comprende: La Unidad I, trata de la representación de datos y
la aritmética del computador, la Unidad II describe las prestaciones de los computadores,
su evolución y su funcionamiento, de la Unidad III a la Unidad VII se realiza un enfoque
detallado de la arquitectura y organización de los computadores, así como los tipos de
microprocesadores modernos y memorias, la unidad VIII contempla una descripción
detallada de los tipos de dispositivos de entrada salida, la Unidad IX describe y explica
con detalle los Buses del Sistema y las estructuras de interconexión de un sistema de
computación, finalmente, se contempla ejercicios y un amplio cuestionario.
Es importante señalar que este folleto es el resultado de la investigación sobre textos
mencionados en la bibliografía, y de ninguna manera es una producción personal, es la
extracción de información que debe cubrir la materia con fines pedagógicos.
Objetivos
Objetivo General:
El alcance final, es lograr que el estudiante conozca y comprenda el diseño conceptual y
la estructura operacional fundamental de un sistema de computadora.
3
Objetivos específicos.
• Comprender y aprender a representar la información internamente en un sistema de
computación.
• Conocer la arquitectura y organización de un sistema de computación.
• Conocer las características actuales y sus diferencias de los componentes de un
computador.
Recursos
• Folleto.
• Guía de práctica, especificada en el folleto.
• Direcciones Electrónicas importantes referenciadas en el folleto.
• Textos referenciados en el folleto.
• Sistemas Operativos disponibles en la facultad.
Seguimiento y Evaluación.
• La evaluación se regirá por las normas establecidas en la facultad, adicionalmente el
documento cuenta con ejercicios y cuestionamientos, los cuales deben ser resueltos
por el estudiante, como una forma de verificación de conocimientos.
4
Contenido Arquitectura de Computadores ............................................................................................ 2
Presentación .................................................................................................................... 2
Prólogo ............................................................................................................................. 2
Objetivos .......................................................................................................................... 2
Objetivo General: ............................................................................................................. 2
Seguimiento y Evaluación. ............................................................................................... 3
UNIDAD I ............................................................................................................................. 7
REPRESENTACIÓN INTERNA DE INFORMACION .......................................................... 7
SISTEMAS DE NUMERACION POSICIONALES ............................................................ 7
SISTEMAS DE NUMERACION BINARIO OCTAL Y HEXADECIMAL ............................. 8
CONVERSION DE SISTEMAS DE NUMERACION ......................................................... 9
CALCULO DEL NUMERO DE BITS REQUERIDOS PARA REPRESENTAR UN VALOR
....................................................................................................................................... 12
REPRESENTACION BINARIA OCTAL Y HEXADECIMAL ............................................ 13
CONVERSION ENTRE BASES MULTIPLOS DE UNA BASE BINARIA ........................ 15
REPRESENTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO ........................................ 17
REPRESENTACION DE CARACTERES ....................................................................... 19
BIT DE VERIFICACION ................................................................................................. 20
ARITMETICA BINARIA .................................................................................................. 21
COMPLEMENTOS ......................................................................................................... 23
BINARIOS PUNTO FIJO CON SIGNO .......................................................................... 25
SUMAR EN COMPLEMENTO A DOS ........................................................................... 29
ADICION EN BCD .......................................................................................................... 30
REPRESENTACION DE BINARIOS PUNTO FLOTANTE ............................................. 33
FORMA EXPONENCIAL BINARIA NORMALIZADA ...................................................... 33
ESTRUCTURA DE UNA PALABRA DE COMPUTADOR .............................................. 34
REPRESENTACION DEL EXPONENTE ....................................................................... 34
RANGO DE EXPONENTES EN LA FORMA n+2t-1 ........................................................ 35
UNIDAD II .......................................................................................................................... 37
LA COMPUTADORA ......................................................................................................... 37
INTRODUCCION ........................................................................................................... 37
GENERACION DE LAS COMPUTADORAS .................................................................. 39
FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADOR .................................................................... 42
5
UNIDAD III ......................................................................................................................... 44
ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA ................................................................... 44
ELEMENTOS BASICOS ................................................................................................ 44
UNIDAD IV ......................................................................................................................... 47
LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO CPU ................................................................. 47
CPU DE TRANSITORES Y DE CIRCUITOS INTEGRADOS ......................................... 48
MICROPROCESADORES ............................................................................................. 50
OPERACIÓN DEL CPU ................................................................................................. 53
COMPONENTES DE LA CPU ....................................................................................... 56
UNIDAD ARITMETICO LOGICA .................................................................................... 56
UNIDAD DE CONTROL ................................................................................................. 61
CAMINO DE DATOS DEL PROCESADOR ................................................................... 63
UNIDAD V .......................................................................................................................... 64
TIPOS DE MICROPROCESADORES ............................................................................... 64
TIPOS GENERICOS ...................................................................................................... 64
MICROPROCESADORE MODERNOS ......................................................................... 64
MICROPROCESADORE INTEL .................................................................................... 65
ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS DE SOBREMESA ..... 68
ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS PORTATILES ............ 69
MICROPROCESADORES AMD .................................................................................... 69
TIPOS DE SOCKETS .................................................................................................... 73
UNIDAD VI ......................................................................................................................... 78
UNIDAD DE MEMORIA – MEMORIA CENTRAL .............................................................. 78
PROPOSITOS Y CONSIDERACIONES GENERALES ................................................. 78
TIPOS DE INSTRUCCIONES ........................................................................................ 82
METODOS DE DIRECCIONAMIENTO .......................................................................... 84
UNIDAD VII ........................................................................................................................ 85
TIPOS DE MEMORIA ........................................................................................................ 85
MEMORIAS RAM ........................................................................................................... 85
TIPOS DE MEMORIA ROM ........................................................................................... 89
SISTEMA BASICO DE ENTRADA SALIDA BIOS ......................................................... 91
UNIDAD VIII ....................................................................................................................... 93
UNIDADES DE ENTRADA SALIDA .................................................................................. 93
UNIDADES DE ENTRADA ............................................................................................. 94
6
DISPOSITIVOS DE SALIDA .......................................................................................... 95
DISPOSITIVOS DE ENTRADA SALIDA ........................................................................ 96
DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO ..................................................................... 96
UNIDAD IX ....................................................................................................................... 100
BUSES DE UN SISTEMA DE COMPUTACION .............................................................. 100
TIPOS DE BUSES ....................................................................................................... 101
BUS DE DATOS .......................................................................................................... 101
BUS DE DIRECCIONES .............................................................................................. 102
BUS DE CONTROL ..................................................................................................... 103
CONEXIONES DEL HARDWARE ............................................................................... 104
ESTRUCTURAS DE INTERCONEXION DE UN SISTEMA DE COMPUTACION ....... 105
PUERTOS .................................................................................................................... 108
TARJETA MADRE – MAIN BOARD ............................................................................. 111
EJERCICIOS Y CUESTIONARIO .................................................................................... 112
BIBLIOGRAFIA ............................................................................................................ 122
7
UNIDAD I
REPRESENTACIÓN INTERNA DE INFORMACION
SISTEMAS DE NUMERACION POSICIONALES
Un sistema de numeración se denomina posicional porque el valor de un dígito dentro de
una cantidad, no solo depende de su valor absoluto, sino también de su valor relativo;
esto es, del valor del dígito de acuerdo a su posición dentro de la cadena de dígitos.
Valor relativo: valor del dígito en función de su posición dentro de la cantidad, lo cual implica
multiplicar a cada dígito por la base del sistema de numeración elevado a un exponente,
exponente cuyo valor depende de la posición del dígito dentro de la cantidad.
Así en el sistema decimal tenemos la cantidad siguiente:
2 5 4 9. 8 7 = 2x103 + 5x102 + 4x101 + 8x10-1 + 7x10-2 = 2000+500+40+9+0.8+0.07
7 x 10-2 = 0.07
8 x 10-1 = 0.8
9 x 100 = 9
4 x 101 = 40
5 x 102 = 500
2 x 103 = 2000
Valor absoluto:
549
Dígito 9: su valor absoluto es 9.
Dígito 4: su valor absoluto es 4.
Dígito 5: su valor absoluto es 5.
8
De manera general, en un sistema de numeración posicional de base b cualquiera, el
conjunto de dígitos estará determinado de cero a la base menos uno: 0 b – 1.
Así, un sistema de base 4:
Conjunto de dígitos: 0 4 – 1, 0 3 : {0, 1, 2, 3}. Observe que el número de
dígitos del sistema de numeración en base 4, son cuatro, y su dígito mayor es 3.
Para diferenciar la base en la cual está expresado un valor o cantidad, se tiene que indicar
dicha base como subíndice, así:
(602.35)7 : Valor en base 7.
(123.02)4 : Valor en base 4.
(602.35)10 : Valor en base 10.
SISTEMAS DE NUMERACION BINARIO OCTAL Y HEXADECIMAL
En la representación interna y procesamiento de información se utilizan intensamente tres
sistemas de numeración: Binario, Octal y Hexadecimal.
SISTEMA BASE NUMERO DIGITOS SERIE DE DIGITOS
Binario 2 2 {0, 1}
Octal 8 8 {0,1,2,3,4,5,6,7}
Hexadecimal 16 16 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}
Decimal 10 10 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}
SISTEMA DE NUMERACION BINARIO
El sistema binario, es un sistema en base 2, tiene dos dígitos: 0 y 1. A los dígitos binarios
se les denomina bits.
El sistema de numeración utilizado por todos los sistemas de computación, para almacenar,
procesar y transferir información, es el sistema binario.
Ejemplo de una cantidad binaria: (10011101.01)2.
9
SISTEMA DE NUMERACION OCTAL
El sistema octal, es un sistema en base 8, tiene 8 dígitos: 0 8 – 1, de 0 a 7.
Ejemplo: un valor octal: (307.24)8.
SISTEMA DE NUMERACION HAXADECIMAL
El sistema hexadecimal, es un sistema en base 16, tiene 16 dígitos: 0 16 – 1, de 0 a
15. Los 16 dígitos, están conformados por los 10 dígitos conocidos 0 a 9, y para completar
el conjunto de dígitos, se ha utilizado las 6 primeras letras mayúsculas del alfabeto: A, B,
C, D, E, F, con valores correspondientes de 10, 11, 12, 13, 14, y 15.
Ejemplo: un valor hexadecimal: (3C09EF.1A)16.
CONVERSION DE SISTEMAS DE NUMERACION
Los sistemas octal y haxadecimal son útiles para representar cantidades binarias en
forma indirecta porque poseen la propiedad de que sus bases son potencias de 2.
La mayoría de los manuales de computadoras utilizan valores octales o hexadecimales
para especificar las cantidades binarias en la máquina, porque con menos dígitos octales
o hexadecimales se puede especificar un conjunto grande de valores binarios; por esta
razón, los sistemas octal y hexadecimal, son sólo formas compactas de representación
binaria. Son éstas razones y otras, las que determinan la importancia de convertir y
determinar el valor equivalente de una base en otra.
Existen tres formas de conversión:
Conversión de cualquier base a base 10.
Conversión de base 10 a cualquier base.
Conversión de una base x a base y.
CONVERSION DE CUALQUIER BASE A BASE 10
Un número o valor en un sistema en base b cualquiera, puede convertirse al sistema
decimal, mediante la suma de sus dígitos multiplicados por su base ponderada.
Ejemplo: Convertir: (2460.57)8 b10. Solución:
2460.578 = 2x83 + 4x82 + 6x81 + 0x80 + 5x8-1 + 7x8-2 = 1024+256+48+0+0.625+0.437
10
(2460.57)8 = (1329.062)10
CONVERSION DE BASE 10 A CUALQUIER BASE
La conversión de un número decimal a su equivalente en un sistema de base b
cualquiera, se realiza mediante el siguiente procedimiento:
a) Separar la parte entera de la parte fraccionaria.
b) La conversión de la parte entera, se lleva a cabo mediante divisiones sucesivas del
entero decimal para la base b. El entero convertido a la base b, estará formado por
el último cociente y por los residuos de las divisiones.
c) La conversión de una fracción decimal a una de base b, se obtiene mediante
multiplicaciones sucesivas de la fracción decimal por la base b, hasta que el
producto fraccionario sea cero o los dígitos del producto fraccionario se vuelvan
repetitivos. Si ninguna de las dos condiciones ocurre, se debe indicar hasta con
cuantos dígitos significativos se debe operar. La fracción en base b, estará formada
por los dígitos de la parte entera del producto fraccionario.
Ejemplo: Convertir: (123.95)10 b2. Solución:
a) Parte decimal entera: 123 Parte decimal fraccionaria: 0.95.
b) Conversión de parte entera: 12310 b2 :
123 2
1 61 21 30 2
0 15 21 7 2
1 3 21 1
(123)10 = (1111011)2 (Note que el binario se forma por el último cociente, seguido de los residuos tomados en orden
inverso a su ocurrencia).
c) Conversión parte fraccionaria: 0.9510 b2 :
11
0,95 X 2 = 1,800,8 X 2 = 1,60,6 X 2 = 1,20,2 X 2 = 0,40,4 X 2 = 0,8 :los dígitos del producto fraccionaro se vuelven repetitivos.0,8 X 2 = 1,6
(0.95)10 = (0.1110)2
Así en resumen: (123.95)10 = (1111011.1110)2 .
CONVERSION DE BASE X A BASE Y
Este tipo de conversión contempla convertir un valor o cantidad de una base x cualquiera
a otra base y cualquiera. El procedimiento se fundamenta en los dos casos de conversión
tratados anteriormente. El valor en base x se convierte a base 10, y dicho valor decimal
se debe convertir a la base y solicitada.
Así: bx b10 by
Convertir : (10A7,E)16 b8 Solución:
a) (10A7.E)16 b10
10A7.E16 = 1x163 + 0x162 + 10x161 + 7x160 + 14x16-1 =4096+0+160+7+0.87 = (4263.87)10
b) (4263.87)10 b8
4263 826 532 8
23 52 66 87 4 2 8
426310 = 82478 (parte entera)
0.8710 b8 :
0,87x8 = 6,960,96x8 = 7,680,68x8 = 5,44
12
0.8710 = 0.6758 (parte fraccionaria)
En resumen : (10A7.E)16 = (8247.675)8
CALCULO DEL NUMERO DE BITS REQUERIDOS PARA REPRESENTAR
UN VALOR
Para la representación interna de información, se requiere conocer en cuantos dígitos
binarios se puede representar un número, valor, cantidad, o un conjunto de valores de
cualquier otro sistema, y particularmente de los sistemas involucrados como son octal,
hexadecimal y decimal.
Sea m: un conjunto de valores a representarse.
n: el número de bits requeridos para representar m.
2: base del sistema binario.
Estos tres parámetros están relacionados por la siguiente expresión: m = 2n
ln m = n ln 2 (ln: logaritmo natural)
n = ln m
ln 2
Como m = 2n , el mínimo valor a representarse es cero y el máximo valor será 2n – 1.
Ejemplo 1: cuantos bits se requieren para representar los primeros 8 valores del sistema
decimal.
m = 8. Entonces:
n = ln 8 = 2.079 = 3 Implica n = 3 bits ln 2 0.693
Recuerde que m = {0,1,2,3,4,5,6,7}, todo este conjunto de 8 valores se puede representar
en 3 dígitos binarios o bits. Como máximo en 3 bits se puede representar el valor 7.
Ejemplo 2 : cuantos bits se requieren para representar los primeros 120 valores del sistema
decimal.
m = 120 = {0, 1, 2, 3, …, 117, 118, 119}
13
n = ln 120 = 4.787 = 6.907 Implica n = 7 bits.
ln 2 0.693
Siempre que el resultado de n tenga fracción, se tiene que aproximar al entero inmediato
superior.
REPRESENTACION BINARIA OCTAL Y HEXADECIMAL
Como las bases de los sistemas Octal y Hexadecimal, son múltiplos de la base binaria, y
si consideramos que las bases representan el número o conjunto m de dígitos de dichos
sistemas, entonces éstas bases se pueden expresar de la siguiente manera:
Sistema Octal: m= 8 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}, m = 23 Implica que n = 3 bits. Sistema Hexadecimal: m = 16 = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}, m = 24 Implica
que n = 4 bits. Los resultados son exactamente iguales, si aplicamos el logaritmo natural, para el cálculo
de n.
SISTEMA OCTAL
Para la representación de cada uno de los dígitos octales, se requieren 3 dígitos binarios o bits.
DIGITOS OCTAL CODIFICADO EN BINARIO EQUIVALENTE DECIMAL
0 000 0
1 001 1
2 010 2
3 011 3
4 100 4
5 101 5
6 110 6
7 111 7
Explicación de un dígito octal codificado en binario, supongamos que el dígito 6 del
sistema octal queremos representar en el sistema binario, esto supone encontrar su
equivalente en el sistema binario; esto es : b8 b2 Y procederíamos así:
14
68 b2 ; 68 b10 : 68 = 6x80 = 610 b2 :
6 2
0 3 21 1
Entonces : 68 = (110)2 , que son los mismos valores en la tabla anterior.
Recuerde que para la representación de valores, se tiene que realizar dígito a dígito. Así,
Ejemplo:
Representar (7041.53)8 en binario: (111 000 100 001 . 101 011)2
SISTEMA HEXADECIMAL
Para la representación de cada uno de los dígitos hexadecimales, se requieren 4 dígitos binarios o
bits.
DIGITOS HEXADECIMAL CODIFICADO EN BINARIO EQUIVALENTE DECIMAL
0 0000 0
1 0001 1
2 0010 2
3 0011 3
4 0100 4
5 0101 5
6 0110 6
7 0111 7
8 1000 8
9 1001 9
A 1010 10
B 1011 11
C 1100 12
D 1101 13
E 1110 14
F 1111 15
15
Ejemplo:
Representar en binario: (D9BECA.08)16 : (1101 1001 1011 1110 1100 1010 . 0000 1000)2
CONVERSION ENTRE BASES MULTIPLOS DE UNA BASE BINARIA
Se consideran bases múltiplos de una base binaria, las siguientes:
4, 8, 16, 32,64, 128, … = 22, 23, 24, 25, 26, 27, …
Esto es, la base múltiplo (que representa el conjunto de dígitos del sistema), se puede
expresar como la base binaria elevada a un exponente entero positivo, exponente que
determina el número de bits en los cuales se puede representar cada uno de los dígitos
de esa base múltiplo.
Así, el Sistema en base 32, cuyo conjunto de dígitos es de 0 a 31, se puede expresar
como: 32 = 25 , donde el exponente 5 determina que cada dígito del sistema en base 32 se
debe representar en 5 bits.
El sistema decimal no es una base múltiplo de la base binaria, porque no existe exponente al
cual se debe elevar la base binaria para que sea exactamente igual a 10, base del
sistema decimal.
Para llevar a cabo la conversión entre base múltiplos, se debe proceder de acuerdo al
siguiente procedimiento:
a) Codificar el valor de la base múltiplo dada en binario, en función del número de
dígitos requeridos para la base dada.
b) El valor en la base dada, codificada en binario, llevar a la base múltiplo deseada,
mediante la reagrupación de sus dígitos binarios de acuerdo al número de bits
requeridos por la base solicitada.
c) Finalmente interpretar o convertir cada agrupación de bits a la base solicitada.
Ejemplo:
Convertir: (6345,07)8 b32 , Solución: 6345.078 codificar en binario:
a) 6345.078 : 110 011 100 101 . 000 111 codificado en binario de acuerdo al
número de bits (3) requeridos .
16
b) El octal codificado en binario 110 011 100 101. 000 111 llevar a la base 32
solicitada, mediante la reagrupación, pero en 5 bits requeridos por la base 32:
11 00111 00101 . 00011 10000
c) Llevar a la base solicitada mediante la interpretación de los grupos de bits:
3 7 5 3 G11 00111 00101 . 00011 10000 (6345.07)8 = (375.3G)16
Observe que la reagrupación se lleva a cabo tomando como referencia el punto
de las fracciones, para la parte entera del punto hacia la izquierda, y para las
fracciones del punto hacia la derecha. Siempre respetando el número de bits
requeridos en los cuales se debe representar. Note que resulta importante
completar con ceros el número de bits requeridos en la reagrupación, sobre todo
para las fracciones, no así para la parte entera, ya que ceros a la izquierda no
tienen valor. En el ejemplo, el caso se presenta para el dígito G, porque de no ser
completado a 5 dígitos, el valor de este dígito sería 1.
Para el caso del ejemplo tratado, los dígitos del sistema en base 32, son:
M = {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, G, H, I, J, K, L, M, N, O, P, Q, R,
S, T, U, V}. Los valores correspondientes a los dígitos representados por las
letras del alfabeto son: A=10, B=11, …,G= 16, …, V=31.
CODIGO BINARIO
Un código binario, es un grupo de de n bits, que supone 2n combinaciones diferentes de
ceros y unos. Así: 22 supone cuatro combinaciones o valores binarios diferentes (m = 22 cuatro valores a representarse en 2 bits), estos valores son:
B2 B10
00 (0)
01 (1)
10 (2)
17
11 (3)
REPRESENTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO
Para codificar o representar un valor del sistema decimal en binario, inicialmente debemos
conocer en cuántos dígitos binarios o bits se puede representar cada dígito del sistema
decimal, lo que obliga a calcular n, para m = 10.
n = ln 10 = 2.302 = 3.321 . Implica n = 4 bits.
ln 2 0.693
Significa que por cada dígito decimal, para su codificación, se requieren 4 bits.
Como el sistema decimal tiene 10 dígitos 0 a 9, y en 4 bits se pueden representar hasta
16 valores; entonces, existen 6 representaciones binarias, sin tener correspondencia en
términos de dígitos en el sistema decimal.
Para la representación decimal codificado en binario (bcd: binary code decimal), existen
tres formas de representación: Ponderación 8 4 2 1, Ponderación 4 2 2 1, y Exceso de la
base en 3, XS-3.
Significado de la Ponderación 8 4 2 1: esta ponderación obedece a que cada digito
decimal se debe representar en binario en 4 bits, al ponderar cada uno de los 4 dígitos
binarios, se tiene que multiplicar cada bit por la base elevado a un exponente, exponente
que depende de la posición que ocupa cada bit dentro de los cuatro bits. Así:
8 4 2 1? ? ? ?
x 20 = 1x 21 = 2x 22 = 4x 23 = 8
De que cada bit de los 4, una vez ponderado (convertido al decimal), su valor sea 1, 2, 4,
u 8, depende de que sea cero (0) o uno (1).
Significado de la ponderación 4 2 2 1: ponderación semejante a la anterior:
18
4 2 2 1? ? ? ?
x 20 = 1x 21 = 2x 21 = 2x 22 = 4
Para la representación Exceso de la base en 3, a cada dígito decimal se debe sumar 3, y
representarlos en ponderación 8 4 2 1.
Decimal codificado en binario en sus tres formas de representación:
DIGITOS DECIMAL CODIFICADO EN BINARIODECIMALES Ponderación Ponderacion Exceso base en tres
8 4 2 1 4 2 2 1 XS-30 0000 0000 00111 0001 0001 01002 0010 0100 / 0010 01013 0011 0101 / 0011 01104 0100 1000 / 0110 01115 0101 1001 / 0110 10006 0110 1100 / 1010 10017 0111 1101 / 1011 10108 1000 1110 10119 1001 1111 1100
Observe que en la ponderación 4 2 2 1, los dígitos decimales 2 a 7, tienen dos formas de
representación, porque la ponderación para los dígitos de las posiciones 2 y 3, tienen la
misma ponderación, independiente de su posición.
Ejemplo : El decimal (9258)10 representar en bcd, en ponderaciones 8 4 2 1 , 4 2 2 1 y
Exceso de la base en tres. Solución:
Ponderación 8 4 2 1de 925810 : 1001 0010 0101 1000
Desarrollo: 9 2 5 8
1001 0010 0101 1000 = 1x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 = 8 = 0x23 + 1x22 + 0x21 + 1x20 = 5 = 0x23 + 0x22 + 1x21 + 0x20 = 2 = 1x23 + 0x22 + 0x21 + 1x20 = 9
Ponderación 4 2 2 1: 1111 0100 0100 0001
19
1111 0010 0010 0001
Ponderación Exceso de la base en 3: para este tipo de representación bcd, debemos
sumar 3 a cada dígito decimal, y proceder a representar en ponderación 8 4 2 1. Así:
9 2 5 8
+3 = 12 5 8 111100 01010100001011
= 1x23 + 0x22 + 1x21 + 1x20 = 11 = 1x23 + 0x22 + 0x21 + 0x20 = 8 = 0x23 + 1x22 + 0x21 + 0x20 = 5 = 1x23 + 1x22 + 0x21 + 0x20 = 12
REPRESENTACION DE CARACTERES
El conjunto de caracteres alfanuméricos, es un conjunto de elementos que incluyen los 10
dígitos decimales, la 26 letra del alfabeto y un número de caracteres especiales.
Inicialmente se utilizaron 64 caracteres, como el número de caracteres especiales ha ido
creciendo, se tuvieron 128 caracteres y actualmente se contempla la representación de
hasta 256 caracteres.
Como hablamos de representación, se tiene que determinar el número de bits en los
cuales se deben representar estos conjuntos de caracteres.
Conjunto de 64 caracteres, m=64, 64= 26 , se requirieron de 6 bits.
Conjunto de 128 caracteres, m=128, 128= 27 , se requirieron de 7 bits.
Conjunto de 256 caracteres, m=256, 256= 28 , se requieren de 8 bits.
Los códigos binarios estándar utilizados para la representación de caracteres, son los
denominados ASCII y EBCDIC.
CODIGO ASCII: American Nacional Standard Code for Information Interchange. Este
código para la representación de caracteres, utiliza la codificación BCD en ponderación 8
4 2 1 destinando un conjunto de bits para la denominada Zona, así:
Conjunto de 64 caracteres, 6 bits para su representación: zona carácter
Conjunto de 128 caracteres, 7 bits para su representación: Zona Carácter
20
Conjunto de 256 caracteres, 8 bits para su representación: Zona Carácter
Para la interpretación de códigos o representación de caracteres, se tiene que trabajar
con las tablas de los códigos ASCII o EBCDIC.
CODIGO EBCDIC: Extended Binary Code Decimal Interchange, utiliza 4 bits de zona y 4
bits para representar el carácter: Zona Carácter
BIT DE VERIFICACION
Cada una de las codificaciones anteriores requieren de un séptimo, octavo o noveno bit
de verificación, denominado bit de paridad.
Durante el procesamiento y transferencia de información, pueden ocurrir accidentes,
como, cortes eléctricos, cambios en el voltaje, ruidos aleatorios, etc. Los sistemas de
computación utilizan el bit de paridad, para determinar alteraciones en las grupos o
cadenas de bits que se transmiten, que pueden ocurrir como consecuencia de los eventos
indicados.
Cada bit de paridad está asociado a un grupo de bits de datos, y se utiliza para hacer que el
número total de unos en el grupo sea par o impar. En cualquier momento posterior, el número de
unos en el grupo completo se puede contar y compararse con la paridad del computador,
determinándose así errores en la transmisión de información. Así, si procesamos un 5, la
representación correcta dependería de la paridad con la cual se opere:
zona carácter0011 0101
bit de paridad
Ejemplo: Si un computador opera en paridad par, el bit de paridad es cero 0, para que el total de
unos sea
21
par, en el presente caso 4 unos: bp zona carácter0 0011 0101
Ejemplo: Si la paridad con la opera un computador es impar, el bit de paridad sería uno 1 ,
para que
el total de unos en el grupo de bits, sea 5: bp zona carácter1 0011 0101
ARITMETICA BINARIA
SUMA BINARIA
Las operaciones que a continuación trataremos, se realizaran con valores binarios sin
signo.
Para el caso de la suma, la comprensión se facilita, si consideramos las cuatro alternativas
que se presentan, al sumar dígito a dígito:
0 0 1 1
+ 0 + 1 + 0 + 10 1 1 10
Para el último caso, si sumaríamos en decimal 1+1 = 2, pero 2 en binario es 10 (uno
cero). Cuando en decimal al sumar dos dígitos, su resultado es igual a la base o supera la
base, recuerde que escribimos el dígito de las unidades y acarreamos o llevamos el dígito
de las decenas para sumar a la siguiente posición, igual sucede en el Sistema Binario,
teniendo presente que la base es 2.
Ejemplo: sumar en binario sin signo 1101 y 1011:
+1 +1 +1 +1
1 1 0 1 13+ 1 0 1 1 111 1 0 0 0 20
22
RESTA BINARIA
Considerando las tres alternativas que se presentan, al sumar dígito a dígito, no existe
ninguna dificultad:
0 1 1- 0 - 0 - 1
0 1 0
Pero al tratar la resta:
0- 1
? debemos considerar, que inicialmente no se puede
realizar, para poder continuar, lo que se hace es tomar una unidad de la siguiente
posición, lo que es lo mismo decir, esa posición se queda restada en 1 ( que en el caso
del sistema decimal, correspondería a una decena), al tomar una unidad de la siguiente
posición y sumarlo al minuendo, el minuendo se transforma en dos; esto es, uno cero: 10, y
entonces es posible la resta, pues, el minuendo tendría un valor de dos 10, y el
sustraendo su propio valor que es 1, al restar 1 de 10, el resultado es 1 (2 – 1 = 1), pero la
siguiente posición queda restada en 1:
-1 posición restada en 1
0- 1
1
Ejemplo, restar: 101100 – 10111:
-1 -1 -1 -11 0 1 1 0 0 : 44
- 1 0 1 1 1 : 230 1 0 1 0 1 : 21
MULTIPLICACION BINARIA
Con el propósito de facilitar el producto binario, se recomienda realizar sumas parciales,
de cada dos productos parciales. Ejemplo:
23
1 1 0 1 1 1 : 55 equivalene decimalx 1 0 1 1 1 : 23 equivalene decimal1 1 0 1 1 1
+ 1 1 0 1 1 11 0 1 0 0 1 0 1
+ 1 1 0 1 1 11 1 0 0 0 0 0 0 1
+ 1 1 0 1 1 1 01 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 : 1265 equivalene decimal
DIVISION BINARIA
Se procede exactamente como la división decimal, teniendo presente que se trata de una
base 2. Ejemplo:
1 1 1 0 1 1 1 0 1
- 1 0 1 1 0 1 10 1 0 0 1
- 1 0 10 1 0 0 1
- 1 0 10 1 0 0
Dividendo: 111011
Divisor: 101
Cociente: 1011
Residuo: 100
Dividendo = divisor x cociente + residuo.
1 0 1 1 : Divisor
x 1 0 1 : Cociente1 0 1 1
+ 1 0 1 1 01 1 0 1 1 1
+ 1 0 0 : Residuo1 1 1 0 1 1 : Dividendo
COMPLEMENTOS
Los complementos se utilizan en los computadores digitales para simplificar las
operaciones de sustracción o resta.
Cada sistema de numeración tiene dos tipos de complementos: Complemento a la Base
(CAb), y Complemento a la Base menos uno (CAb-1). Así:
24
SISTEMA BASE COMPLEMENTO A LA BASE COMPLEMENTO A LA BASE MENOS UNO
Decimal 10 CA10 CA10-1 : CA9
Binario 2 CA2 CA2-1 : CA1
Octal 8 CA8 CA8-1 : CA7
Hexadecimal 16 CA16 CA16-1 : CA15
COMPLEMENTO A LA BASE MENOS UNO
El complemento a la base menos uno de un número en base b, se obtiene restando cada
uno de los dígitos del valor en base b, del dígito que resulta de sustraer 1 a la base b.
Ejemplo1: obtener el complemento a nueve CA9 de (10523)10 . Solución:
Como la cantidad consta de 5 dígitos, el valor del cual se va a restar debe tener igual
número de dígitos, cada uno de ellos determinados por la sustracción de 1 de la base 10:
99999 – 10523 = 89476. CA9 = 89476
Ejemplo 2: Determine el CA1 de (1010110)2. Solución:
1111111 – 1010110 = 0101001. CA1 = 0101001.
Observación: note que el CA1 de un valor binario, simplemente se logra mediante el cambio
de unos por ceros y ceros por unos del valor original.
COMPLEMENTO A LA BASE
El Complemento a la Base de un valor en base b, se obtiene mediante la adición de 1 al
dígito de orden inferior (dígito del extremo derecho) del Complemento a la base menos uno.
Ejemplo 1: Determinar el CA2, de (100101001)2. Solución:
CA1: 111111111 – 100101001 = 011010110.
CA2: 011010110 + 1 = 011010111.
Ejemplo 2: Obtener el CA16 de (10C92FA)16. Solución:
CA15 : FFFFFFF – 10C92FA = EF6D05. (Recuerde: A=10, B=11,…, F=15)
CA16 : EF6D05 + 1 = EF6D06. CA16 = EF6D06
25
BINARIOS PUNTO FIJO CON SIGNO
Hasta ahora hemos tratado valores sin signo; esto es, no hemos hecho diferencia entre
valores positivos y negativos. El presente tema nos ilustrará como representar y operar
con valores con signo.
Es conocido que un conjunto de valores a representarse está determinado por la
expresión m = 2n. Ahora este conjunto de valores comprenderá valores positivos y
negativos.
Para la representación de valores punto fijo con signo, se conocen las siguientes técnicas:
a) Notación Signo Magnitud.
b) Notación Complemento a uno.
c) Notación Complemento a dos.
d) Notación BCD.
NOTACION SIGNO MAGNITUD
Esta forma de representación de valores punto fijo con signo, constituye la notación más
simple, porque los valores binarios se interpretan con facilidad. Para la representación en
Signo Magnitud, debemos tener presente las siguientes consideraciones:
1. El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 +
1 - 2. Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits
requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la representación de
cantidades, números o valores.
3. El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la siguiente
expresión K.
-(2n-1 - 1) =< K <= +(2n-1 – 1)
Donde n representa el número de bits requeridos para representar un conjunto de valores.
Ejemplo: Para n = 2 bits, determine el conjunto de valores positivos y negativos que se
pueden representar. Solución:
m = 22 . Cuatro valares a representarse, los cuales comprenderán valores positivos y
negativos.
Orden de valores: -(22-1 - 1) =< K <= +(22-1 – 1)
-(21 - 1) =< K <= +(21 – 1)
-1 =< K <= +1
26
Entonces: m = {-1, -0, +0, +1). La notación signo magnitud hace diferencia entre +0 y -0.
Representación de valores:
Valores Positivos Valores Negativos
+0 0 0 -0 1 0+1 0 1 -1 1 1
bit de signo valor binario bit de signo valor binario
NOTACION COMPLETMENTO A UNO
Las consideraciones para representar valores con signo en CA1 son semejantes que las
consideradas en Notación signo magnitud.
a) El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 +
1 - b) Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits
requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la
representación de cantidades, números o valores.
c) El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la
siguiente expresión K.
-(2n-1 - 1) =< K <= +(2n-1 – 1)
d) Para realizar CA1 cambiamos ceros por unos y unos por ceros.
Ejemplo: Representar para n = 3 bits, el conjunto de valores con signo en CA1 .
Conjunto de valares, m= 23 = 8 valores positivos y negativos.
Orden de valores: -(23-1 - 1) =< K <= +(23-1 – 1)
-(22 - 1) =< K <= +(22 – 1)
-3 =< K <= +3
m = {-3, -2, -1, -0, +0, +1, +2, +3}. Se mantiene todavía en esta notación el -0 y el +0.
Representación binaria:
Valores Positivos Valores Negativos
+0 000 -0 111
. 001 . 101
. 010 . 101
27
+3 011 -3 100
Recuerde que para representar los valores negativos tenemos que hacer CA1, partiendo
de los valores positivos, y que el bit de orden superior nos indica el signo.
NOTACION COMPLEMENTO A DOS
Todos los sistemas de computación para representar valores negativos lo hacen en CA2.
En esta forma de representación de valores con signo, se elimina el problema de
diferenciar entre -0 y +0. El orden de valores es distinto en lo que se relaciona con los
valores negativos, específicamente en: -(2n-1 - 1), esta parte del orden de valores se
cambia a: -(2n-1 ). El resto de consideraciones se mantienen semejantes.
a) El bit de orden superior representa el signo (bit del extremo derecho). 0 +
1 - b) Como un bit se reserva o destina para el signo, los bits restantes de los n bits
requeridos; esto es, los n – 1 bits, son en los cuales se realizará la
representación de cantidades, números o valores.
c) El orden o conjunto de valores positivos y negativos, está determinado por la
siguiente expresión K.
-(2n-1 ) =< K <= +(2n-1 – 1)
d) Para realizar CA2 obtenemos el CA1 y adicionamos 1 al bit de orden inferior.
Ejemplo: Representar en CA2 el conjunto de valores con signo, para n = 4 bits.
m = 24 = 16 valores positivos y negativos a ser representados.
Orden de valores: -(24-1 ) =< K <= +(24-1 – 1)
-(23 ) =< K <= +(23 – 1)
-8 =< K <= +7 m= {-8, -7, -6, -5, -4, -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7}
Representación Binaria:
Valores Positivos CA1 CA2 Valores Negativos
0 0000 1111 +1 0000 0 Como se ve el cero es único.
1 0001 1110 +1 1111 -1
2 0010 1101 +1 1110 -2
3 0011 1100 +1 1101 -3
28
4 0100 1011 +1 1100 -4
5 0101 1010 +1 1011 -5
6 0110 1001 +1 1010 -6
7 0111 1000 +1 1001 -7
Hasta aquí se han representado 15 valores, falta representar el valor -8. Para representar
el -8 en 4 bits se procede de la siguiente manera: A un 8 sin signo se le hace
Complemento a dos, así:
8 sin signo: 1000
CA1: 0111
CA2: 0111 +1 = 1000.
-8 : 1000 Con lo cual completamos los 16 valores a representarse en CA2.
NOTACION DECIMAL CODIFICADO EN BINARIO BCD
Para la representación de valores con signo en BCD, se disponen de cuatro alternativas:
a) Mediante el uso de un bit para el signo: 0 +
1 - Ejemplo: representar el valor 4385 como positivo y negativo. Solución:
+4385: 0 0100 0011 1000 0101.
-4385: 1 0100 0011 1000 0101
Recuerde que en BCD, cada dígito decimal se representa en 4 bits.
b) Mediante 4 bits para el signo: C + D -
Ejemplo: representar el valor 241 como positivo y negativo. Solución: signo
C+241 : 1100 0010 0100 0001
D-241 : 1101 0010 0100 0001
c) Complemento a Nueve.
Ejemplo: representar : +537 y su correspondiente CA9.
+537: 0101 0011 0111
CA9: 999 – 537 = 462 : 0100 0110 0010
29
d) Complemento a Diez
Representar +810 y su correspondiente CA10.
+810: 1000 0001 0000
CA10: 999 – 810 = 189 + 1 = 190 : 0001 1001 1000
SUMAR EN COMPLEMENTO A DOS
Para sumar dos números positivos se debe observar las siguientes consideraciones:
a) Determinar el número de bits, en base al valor del resultado, porque constituye el
mayor valor de entre los parámetros involucrados en la operación, ya que sumandos y
resultado deben ser representados en binario.
b) Al número de bits calculados en el punto anterior, se debe adicionar un bit para el
signo.
Ejemplo: sumar en CA2, (+5) + (+6). Solución:
n = ln 11 = 2,397 = 3,458 n = 4 bits
ln 2 0,693
Más un bit para el signo: 4+1 = 5. Número de bits requeridos n = 5 bits.
00101 +500110 +601011 +11
Cuando se suman un positivo con un negativo o dos negativos, realmente se presenta el
caso de sumar en CA2, los valores negativos necesariamente deben ser representados en CA2, y
en cualquiera de los casos, se debe tener presente las siguientes consideraciones:
a) Al sumar en CA2, todo acarreo al final de la operación no se considera o se elimina.
b) Determinar el número de bits requeridos, en base al mayor valor absoluto de los tres factores,
sumandos y resultado.
c) Al número de bits calculados adicionar un bit para el signo.
d) Para poder realizar la operación, representar el o los sumandos negativos en CA2.
Ejemplo: sumar en CA2 (+4) + (-9). Solución:
El mayor valor absoluto de entre los sumandos y el resultado, es el sumando -9. Valor
absoluto = 9.
Número de bits requeridos: n = ln 9 = 2,197 = 3,170 n = 4 bits
ln 2 0,693
30
Más un bit para el signo: n= 4+1 = 5 bits.
Representar -9 en CA2: Para mejor comprensión partimos de un 9 sin signo:
9 sin signo: 1001.
9 positivo en 5 bits: 01001.
CA1: 10110
CA2: +1 10111
4 positivo en 5 bits: 00100
Podemos realizar la operación:
00100 +410111 -911011 -5
Un primer indicador de que la operación se haya realizado correctamente es observar el
bit de signo del resultado, en el presente caso, el bit de signo es 1, lo cual dice que el
resultado es negativo, como es de esperarse, y está obviamente representado en CA2.
Para determinar y comprobar que el valor absoluto del resultado haya sido calculado
correctamente, se tiene que restar al resultado un uno 1, y este nuevo resultado llevarlo a
CA1.
ADICION EN BCD
Cuando hablamos de decimal codificado en binario, BCD, no debemos olvidar que un
dígito decimal, siempre debe ser interpretado o representado mediante 4 dígitos binarios,
pues ésta es la manera correcta de tratar un BCD.
Complementariamente, debemos tener presente que en 4 dígitos, no solo se pueden
representar los 10 dígitos decimales, sino que en los 4 dígitos binarios, se pueden realizar
además 6 representaciones binarias, esto es, en total 16 representaciones, de 0000 a
1111 ( 0 a 15).
ADICION SIN SIGNO
Para mejor comprensión y facilidad, consideraremos y haremos diferencia entre los
siguientes casos:
a) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, no excede de 9, no existe acarreo (no
existe el tal llevo), y el BCD es correcto. Ejemplo: sumar en BCD: 6320 + 2649.
Solución:
31
decimal BCD
6320 0110 0011 0010 0000+2649 0010 0110 0100 1001
1000 1001 0110 10018 9 6 9 : interpretación o conversión al decimal.
b) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, es mayor o igual a 10 y menor o igual a 15.
En cada suma de dígito a dígito que exceda a 9, para que el resultado BCD sea
correcto, se debe adicionar seis (0110), para lograr el acarreo, correspondiente a las
6 representaciones que dan como resultado en éstos casos, y que no tienen
correspondencia a nivel de dígito en el sistema decimal.
B C D
decimal +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1+1 +1 +17531 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1
+7989 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1+1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0
+ 0 1 1 0 + 0 1 1 0 + 0 1 1 0 + 0 1 1 0 (+ 6 para acarreo)1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 : Resultado BCD.1 5 5 2 0
d) Cuando la suma (dígito a dígito) en BCD, es mayor o igual a 16 y menor a 19.
En éstos casos necesariamente existe acarreo, una vez producido el acarreo, se tiene
que sumar 6 para que el BCD sea correcto, caso contrario es errado.
Ilustración de un BCD errado. BCD decimal+1 1000 8
+1000 +8bcd errado 1 0000 10 errado
Corrección del ejemplo anterior:
BCD decimal+1 1000 8
+1000 +81 0000
+01101 01101 6 : conversión al decimal
32
Ejemplo 2: sumar en BCD (78 + 98). Solución:
+1 +1 +1 +1 +178 0 1 1 1 1 0 0 098 1 0 0 1 1 0 0 0
1 0 0 0 1 0 0 0 0+ 0 1 1 0 + 0 1 1 0 (+6)1 0 1 1 1 0 1 1 0 :resultado BCD1 7 6
ADICION CON SIGNO
Como estamos considerando el decimal codificado en binario, para la codificación de
valores negativos, éstos deben previamente ser representados en CA10, antes de
tratarlos como BCD.
Para la suma con signo, se debe observar las siguientes consideraciones:
a) Todo acarreo al final, luego de realizada la adición se desecha o se elimina.
b) Al sumar un positivo con un negativo, si no existe acarreo al final, el resultado es
negativo y debe ser complementado, y si existe acarreo el resultado es positivo.
c) Al sumar dos negativos, no interesa si existe o no acarreo, siempre se tendrá que
complementar, para hacer el resultado negativo.
Ejemplo 1: sumar en BCD (-463) + (+125):
El sumando -463 es negativo y debe ser complementado:
CA9: 999 – 463 = 536
CA10: 536 + 7 = 537
Ahora sumamos 537 + 125 en BCD: +1 +1 +1 +1 +1 +1 +1
537 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1125 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1
0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0+ 0 1 1 0
0 1 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 : no existió acarreo al final 6 6 2 y debe ser complementado.
CA9: 999 – 662 = 337.
CA10: 336 + 1 = 338. como esta en CA10 es un número negativo.
BCD: 0011 0011 1000 : Resultado.
33
REPRESENTACION DE BINARIOS PUNTO FLOTANTE
En los sistemas de numeración, el punto de las fracciones puede aparecer en cualquier
lugar dentro de la cantidad, característica que determina la denominación de punto
flotante.
Ejemplos:
1011101.0001101
0.0111010001101
10.111010001101
101110100011.01
FORMA EXPONENCIAL BINARIA NORMALIZADA
Para la representación interna punto flotante, en necesario que la escritura de valores
punto flotante estén estandarizados o normalizados, de acuerdo al siguiente principio:
Cualquier valor no nulo A, se puede escribir como un número igual a M multiplicado por su
base elevado a un exponente: A = M x 2n, donde el punto decimal aparecerá directamente
antes del primer dígito no nulo en M. A esta forma de representación de le denomina
Forma Exponencial Binaria Normalizada. Tanto la mantisa como el exponente pueden ser
positivos o negativos.
Los sistemas de computación almacenan y procesan valores en forma exponencial binaria
normalizada.
Ejemplos:
Valor Binario Forma Exponencial Binaria Normalizada
1010.1 0.10101 x 24 mantisa
0.000001101 0.1101 x 2-5 mantisa
-111.0011 -0.1110011 x 23 mantisa
La Representación Interna Punto Flotante, utiliza codificación binaria directa, lo cual
codifica un número completo como un todo; esto es, como una lista o cadena de bits. Esta
34
lista de bits, se almacena como una unidad de memoria llamada Palabra, y al número de
bits se le llama Longitud de la palabra.
Existen computadores que utilizan palabras de 32 o 64 bits.
ESTRUCTURA DE UNA PALABRA DE COMPUTADOR
Las localizaciones de memoria o palabra, están conformadas comúnmente en tres
campos o bloques de bits:
Precisión simple; 32 bits:
Signomantisa Exponente Mantisa
1 bit 7 bits 24 bits
Precisión doble; 64 bits:
Signomantisa Exponente Mantisa
1 bit 7 bits 56 bits
REPRESENTACION PUNO FLOTANTE
Para el procesamiento de valores decimales, éstos necesariamente deberán ser
representados como binarios de punto flotante, para lo cual se tiene que seguir el
siguiente procedimiento.
a) Transformar el decimal a binario.
b) El binario escribir en la forma Exponencial Binaria Normalizada.
c) Representar el Exponente en Complemento a Dos, o en la forma n+2t-1.
d) Representar el valor binario en una palabra de 32 o 64 bits.
REPRESENTACION DEL EXPONENTE
Para representar el exponente de un valor binario exponencial normalizado, existen dos
formas:
a) Complemento a dos.
b) En la forma n+2t-1, donde n es el exponente entero a representar, y t el número de
bits (7) requeridos para su representación.
Para los tipos de palabras de computador, el número de bits requeridos para representar
el exponente es 7, como es conocido este número de bits, se puede determinar el Orden
o conjunto de exponentes a representarse.
-2T-1 =< K < = 2T-1 – 1
35
-27-1 =< K < = 27-1 – 1
-64 =< K < = 63
Una cantidad elevada a la -64, representará una valor infinitamente pequeño, como una
cantidad elevada a un exponente 63 será un valor infinitamente grande.
RANGO DE EXPONENTES EN LA FORMA n+2t-1
Entones la descripción de los exponentes reales, y los correspondientes en la forma n+2t-1
serían los siguientes:
Exponente Real: -64 -63 -62 …. -1 0 1 …. 61 62 63
Exponentes: n+2t-1 0 1 2 63 64 65 125 126 127
Como se determinan los exponentes en la forma n+2t-1: como se determinó que el
exponente real -64 en la forma n+2t-1 es 0:
n = -64, exponente real.
n + 2t-1 = - 64 + 27-1 = -64 + 26 = -64 + 64 = 0
Procedemos de manera similar para el resto de exponentes.
Ejemplo: Mediante codificación binaria directa, represente el decimal 0.0452, en una palabra
de 32 bits. Con el exponente en CA2, y en la forma n+2t-1. En la conversión binaria,
trabajar hasta obtener tres dígitos significativos en el producto binario.
a) Convertir el decimal a binario: 0.045210 b2
0.0452x2 = 0.0904
0.0904x2 = 0.1808
0.1808x2 = 0.3616
0.3616x2 = 0.7236
0.3672x2 = 1.4472
0.4472x2 = 0.8944
0.8944x2 = 1.7888
0.7888x2 = 1.5776
Hemos llegado a obtener tres dígitos significativos en el producto binario:
36
b) (0.0452)10 = (0.00001011)2. Este binario escribimos en forma exponencial
normalizada:
0.000010112 = 0.1011x2-4
0.1011 x 2 -4
exponentebasemantisa
c) El exponente -4, representamos en CA2:
4 sin signo: 100
4 positivo en 7 bits: 0000100
CA1 : 11111011
CA2: 1111011 + 1 = 1111100 Exponente en la forma n+2n-1 :
n+27-1 = -4 +64 = 60
El valor del exponente en la forma 2n-1 es 60, este valor representamos en binario en los 7
bits destinados para el exponente.
60 : 0111100
d) Finalmente representamos el binario punto flotante, en un palabra de 32 bits, con las
dos formas de representación del exponente:
Con el exponente en CA2 :
Signomantisa Exponente Mantisa
0 1111100 10110 ……...…00
El punto virtual de las fracciones estaría ubicado en la frontera entre el exponente y la
mantisa, por esta razón la mantisa siempre se debe ajustar a la izquierda, y en este caso
los 20 bits restantes se completan con ceros, los que no altera su valor.
Representación con el exponente en la forma n+2n-1: Signomantisa Exponente Mantisa
0 0111100 10110 ……...…00
37
UNIDAD II
LA COMPUTADORA
INTRODUCCION
Las computadoras digitales ocupan un lugar sobresaliente en la sociedad moderna. Han
contribuido a muchos adelantos científicos, industriales y comerciales que sin ellas
habrían sido imposible de lograr.
Las computadoras se utilizan como medio de entretenimiento en el hogar, para
tratamientos médicos, predicción del clima, exploración del espacio, control de tráfico
aéreo, cálculos científicos, procesamiento de datos comerciales y otros numerosos
campos del quehacer humano.
La computadora digital es el ejemplo mejor conocido de un sistema digital. Característico
de este sistema es su manipulación de elementos discretos de información. La
información discreta está contenida en cualquier conjunto restringido a un número finito de elementos.
Ejemplos de cantidades discretas son los 10 dígitos decimales, las 26 letras de alfabeto,
las 52 cartas de la baraja y los 64 cuadrados de un tablero de ajedrez.
Las primeras computadoras digitales se utilizaron principalmente para realizar cálculos
numéricos. En este caso los elementos discretos que se utilizan son los dígitos. De esta
aplicación surgió el término computadora digital.
Las computadoras digitales emplean el sistema binario que tiene dos dígitos 0 y 1. A un dígito
binario se le conoce como bit. En las computadoras digitales, la información se representa como
grupos de bits. Mediante la aplicación de diversas técnicas de codificación, se puede hacer
que grupos de bits representen no solo números binarios, sino también cualquier otro
grupo de símbolos discretos. A través del uso prudente de disposiciones binarias para
formar códigos binarios, los grupos de bits se usan para elaborar conjuntos de
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instrucciones completos que se encarguen de efectuar cálculos con diversos tipos de
datos.
Una computadora (del latín computare -calcular-), también denominada como ordenador o computador, es una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos
en información útil.
Una computadora es una colección de circuitos integrados y otros componentes
relacionados que puede ejecutar con exactitud, sorprendente rapidez, y de acuerdo a lo
indicado por un usuario o automáticamente por otro programa, una múltiple variedad de
secuencias o rutinas de instrucciones que son ordenadas, organizadas y sistematizadas
en función a una amplia gama de aplicaciones prácticas y precisamente determinadas,
proceso al cual se le ha denominado con el nombre de programación y al que lo realiza se
le llama programador.
La computadora u ordenador, además de la rutina o programa informático, necesita de
datos específicos (a estos datos, en conjunto, se les conoce como "Input" en inglés) que
deben ser suministrados, y que son requeridos al momento de la ejecución, para
39
proporcionar el producto final del procesamiento de datos, que recibe el nombre de
"output". La información puede ser entonces utilizada, reinterpretada, copiada, transferida, o retransmitida a otra(s) persona(s), computadora(s) o componente(s) electrónico(s) local o remotamente usando diferentes sistemas de telecomunicación, pudiendo ser grabada, salvada o almacenada en algún tipo de dispositivo o unidad de almacenamiento
La característica principal que la distingue de otros dispositivos similares, como una
calculadora no programable, es que puede realizar tareas muy diversas cargando
distintos programas en la memoria para que el microprocesador los ejecute.
GENERACION DE LAS COMPUTADORAS
PRIMERA GENERACION
(1951-1958) Emplean bulbos `para procesar la información Almacenamiento interno es un tambor que gira rápidamente. UNIVAC I IBM lleva la batuta.
SEGUNDA GENERACION
(1959-1964)
40
Transistor.
Memoria utiliza redes de núcleos magnéticos.
TERCERA GENERACION
(1964-1971). Circuitos integrados (pastillas de cilicio). El descubrimiento en 1958 del primer Circuito Integrado (Chip) por el ingeniero
Jack S. Kilby. Flexibilidad de programas, estandarización de modelos.
41
CUARTA GENERACION
(1971 a 1981). Microprocesador , Chips de memoria, Microminiaturización. Chips de silicio. Memoria con núcleos magnéticos. Circuitos electrónicos. Procesadores Intel.
QUINTA GENERACION
(1982-1989). Grandes acontecimientos: en microelectrónica y computación SW: Sistemas
expertos, Inteligencia artificial, algoritmos genéticos. Proceso Paralelo diseñada por Seymouy Cray.Multiprocesamiento, caché, fibras
ópticas, telecomunicaciones.
42
SEXTA GENERACION
Arquitecturas combinadas Paralelo / Vectorial, con cientos de microprocesadores
vectoriales trabajando al mismo tiempo; se han creado computadoras capaces de realizar
más de un millón de millones de operaciones aritméticas de punto flotante por segundo
(teraflops); las redes de área mundial (Wide Area Network, WAN) seguirán creciendo
desorbitadamente utilizando medios de comunicación a través de fibras ópticas y
satélites, con anchos de banda impresionantes. Las tecnologías de esta generación ya
han sido desarrolladas o están en ese proceso. Algunas de ellas son: inteligencia /
artificial distribuida; teoría del caos, sistemas difusos, holografía, transistores ópticos,
etcétera.
FUNCIONAMIENTO DEL COMPUTADOR
Las instrucciones dentro del computador se representan mediante números. Por ejemplo,
el código para copiar puede ser 001. El conjunto de instrucciones que puede realizar un
computador se conoce como lenguaje de máquina o código máquina. En la práctica, no
se escriben las instrucciones para los ordenadores directamente en lenguaje de máquina,
sino que se usa un lenguaje de programación de alto nivel que se traduce después al
lenguaje de la máquina automáticamente, a través de programas especiales de traducción
(intérpretes y compiladores).
Algunos lenguajes de programación representan de manera muy directa el lenguaje de
máquina, como el lenguaje ensamblador (lenguajes de bajo nivel) y, por otra parte, los
lenguajes como Java, se basan en principios abstractos muy alejados de los que hace la
máquina en concreto (lenguajes de alto nivel).
Por lo tanto, el funcionamiento de un computador es en principio bastante sencillo. El computador trae las instrucciones y los datos de la memoria. Se ejecutan las
43
instrucciones, se almacenan los datos y se va a por la siguiente instrucción. Este
procedimiento se repite continuamente, hasta que se apaga el ordenador.
Los programas de ordenador son simplemente largas listas de instrucciones que debe
ejecutar el computador, a veces con tablas de datos. Muchos programas de computador
contienen millones de instrucciones que se ejecutan a gran velocidad; un computador
personal moderno (en el año 2003) puede ejecutar de 2000 a 3000 millones de
instrucciones por segundo.
Las capacidades extraordinarias que tienen los computadores no se deben a su habilidad
para ejecutar instrucciones complejas. Los computadores ejecutan millones de
instrucciones simples diseñadas por programadores. Hay programadores que desarrollan
grupos de instrucciones para hacer tareas comunes (por ejemplo, dibujar un punto en la
pantalla) y luego ponen dichos grupos de instrucciones a disposición de otros
programadores para que estos elaboren funciones o tareas más complejas.
44
UNIDAD III
ARQUITECTURA DE UNA COMPUTADORA
La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional
fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y una descripción
funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de
una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso
(CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria.
Las arquitecturas y los conjuntos de instrucciones se pueden clasificar considerando los siguientes aspectos:
Almacenamiento de operandos en la CPU: donde se ubican los operandos aparte
de la memoria.
Número de operandos explícitos por instrucción: cuantos operandos se expresan
en forma explicita en una instrucción típica. Normalmente son 0, 1, 2 y 3.
Posición del operando: Puede cualquier operando estar en memoria o deben estar
algunos o todos en los registros internos de la CPU. Como se especifica la
dirección de memoria (modos de direccionamiento disponibles)
Operaciones: Que operaciones están disponibles en el conjunto de instrucciones.
Tipo y tamaño de operandos y como se especifican.
ELEMENTOS BASICOS
La arquitectura concebida y publicada a principios de los años 1940 por Jhon von
Neumann pero que fue creada por John Presper Eckert y John William Mauchly, describe
una computadora en 4 secciones principales: la Unidad Lógica y Aritmética (ALU por sus
siglas del inglés: Arithmetic Logic Unit), la Unidad de Control, la Memoria, y los
Dispositivos de Entrada y Salida (E/S). Estas partes están interconectadas por un
conjunto de cables denominados Buses:
45
El procesador (también llamado Unidad central de procesamiento o CPU)
consta de:
La unidad lógica y aritmética o ALU es el dispositivo diseñado y construido para
llevar a cabo las operaciones elementales como las operaciones aritméticas (suma,
resta), operaciones lógicas (Y, O, NO), y operaciones de comparación o
relacionales. En esta unidad es en donde se hace todo el trabajo computacional.
La unidad de control sigue la dirección de las posiciones en memoria que
contienen la instrucción que el computador va a realizar en ese momento; recupera
la información poniéndola en la ALU para la operación que debe desarrollar.
Transfiere luego el resultado a ubicaciones apropiadas en la memoria. Una vez que
ocurre lo anterior, la unidad de control va a la siguiente instrucción (normalmente
situada en la siguiente posición, a menos que la instrucción sea una instrucción de
salto, informando a la computadora de que la próxima instrucción estará ubicada
en otra posición de la memoria).
46
Un típico símbolo esquemático para una ALU: A y B son operandos; R es la salida; F es la entrada de la unidad de control; D es un estado de la salida.
La memoria es una secuencia de celdas de almacenamiento numeradas, donde
cada una es un bit o unidad de información. La instrucción es la información necesaria
para realizar lo que se desea con el computador. Las «celdas» contienen datos que
se necesitan para llevar a cabo las instrucciones, con el ordenador. El número de
celdas varían mucho de computador a computador, y las tecnologías empleadas
para la memoria han cambiado bastante; van desde los relés electromecánicos,
tubos llenos de mercurio en los que se formaban los pulsos acústicos, matrices de
imanes permanentes, transistores individuales a circuitos integrados con millones
de celdas en un solo chip. En general, la memoria puede ser reescrita varios
millones de veces (memoria RAM); se parece más a una pizarra que a una lápida
(memoria ROM) que sólo puede ser escrita una vez.
Los dispositivos E/S sirven a la computadora para obtener información del mundo
exterior y/o comunicar los resultados generados por el computador al exterior. Hay
una gama muy extensa de dispositivos E/S como teclados, monitores, y unidades
de disco flexible o cámaras web.
47
UNIDAD IV
LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO CPU
CPU: La unidad central de procesamiento, CPU (por sus siglas del inglés Central
Processor Unit), o, simplemente, el procesador. Es el componente en una computadora
digital que interpreta las instrucciones y procesa los datos contenidos en los programas de
computadora. Los CPU proporcionan la característica fundamental de la computadora
digital, la programabilidad, y son uno de los componentes necesarios encontrados en las
computadoras de cualquier tiempo, junto con el almacenamiento primario y los
dispositivos de entrada/salida.
Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde
mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi
totalmente todos los tipos de CPU, y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente
a todos los microprocesadores.
Las primeras CPU fueron diseñadas a la medida como parte de una computadora más
grande, generalmente una computadora única en su especie. Sin embargo, este costoso
método de diseñar los CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecido
en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y
estandarizados adaptados para uno o muchos propósitos. Esta tendencia de
estandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos,
computadoras centrales, y microcomputadoras, y fue acelerada rápidamente con la
popularización del circuito integrado (IC), éste ha permitido que sean diseñados y
fabricados CPU más complejos en espacios pequeños (en la orden de milímetros). Tanto
la miniaturización como la estandarización de los CPU han aumentado la presencia de
estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicaciones
limitadas de máquinas de computación dedicadas. Los microprocesadores modernos
aparecen en todo, desde automóviles, televisores, neveras, calculadoras, aviones, hasta
teléfonos móviles o celulares, juguetes, entre otros.
48
CPU DE TRANSITORES Y DE CIRCUITOS INTEGRADOS
La complejidad del diseño de los CPU se incrementó a medida que varias tecnologías
facilitaron la construcción de dispositivos electrónicos más pequeños y confiables. La
primera de esas mejoras vino con el advenimiento del transistor. Los CPU transistorizados
durante los años 1950 y los años 1960 no tuvieron que ser construidos con elementos de
conmutación abultados, no fiables, y frágiles, como los tubos de vacío y los relés
eléctricos. Con esta mejora, fueron construidos CPUs más complejos y más confiables
sobre una o varias tarjetas de circuito impreso.
Durante este período, ganó popularidad un método de fabricar muchos transistores en un
espacio compacto. El circuito integrado (IC) permitió que una gran cantidad de
transistores fueran fabricados en una simple oblea basada en semiconductor o "chip". Al
principio, solamente circuitos digitales muy básicos, no especializados, como las puertas
NOR fueron miniaturizados en ICs.
Los CPU basadas en estos IC de "bloques de construcción" generalmente son referidos
como dispositivos de pequeña escala de integración "small-scale integration" (SSI). Los
circuitos integrados SSI, usualmente contenían transistores que se contaban en números
de múltiplos de diez. Construir un CPU completo usando ICs SSI requería miles de chips
individuales, pero todavía consumía mucho menos espacio y energía que diseños anteriores de
transistores discretos.
A medida que la tecnología microelectrónica avanzó, en los IC fue colocado un número
creciente de transistores, disminuyendo así la cantidad de ICs individuales necesarios
para un CPU completo. Los circuitos integrados MSI y el LSI (de mediana y gran escala
de integración) aumentaron el número de transistores a cientos, y luego a miles.
En 1964, IBM introducido su arquitectura de computador System/360, que fue usada en
una serie de computadores que podían correr los mismos programas con velocidades y
desempeños diferentes. Esto fue significativo en un tiempo en que la mayoría de las
computadoras electrónicas eran incompatibles una con la otra, incluso las hechas por el
mismo fabricante. Para facilitar esta mejora, IBM utilizó el concepto de microprograma, a
menudo llamado "microcódigo", que todavía ve un uso extenso en los CPU modernos . La
arquitectura System/360 era tan popular que dominó el mercado del mainframe por las
siguientes décadas y dejó una herencia que todavía es continuada por computadores
49
modernos similares como el IBM zSeries. En el mismo año de 1964, Digital Equipment
Corporation (DEC) introdujo otro computador influyente dirigido a los mercados científicos
y de investigación, el PDP-8. DEC introduciría más adelante la extremadamente popular
línea del PDP-11, que originalmente fue construido con ICs SSI pero eventualmente fue
implementado con componentes LSI cuando llegaron a ser prácticos. En fuerte contraste
con sus precursores hechos con tecnología SSI y MSI, la primera implementación LSI del
PDP-11 contuvo un CPU integrado por solamente cuatro circuitos integrados LSI .
Los computadores basados en transistores tenían varias ventajas distintas sobre sus
predecesores. Aparte de facilitar una creciente confiabilidad y un más bajo consumo de
energía, los transistores también permitían al CPU operar a velocidades mucho más altas
debido al corto tiempo de conmutación de un transistor en comparación a un tubo o relé.
Gracias tanto a la creciente confiabilidad como a la dramáticamente incrementada
velocidad de los elementos de conmutación que por este tiempo eran casi exclusivamente
transistores, fueron obtenidas frecuencias de reloj del CPU de decenas de megahertz.
Además, mientras que los CPU de transistores discretos y circuitos integrados estaban en
fuerte uso, comenzaron a aparecer los nuevos diseños de alto rendimiento como
procesadores vectoriales SIMD (Single Instruction Multiple Data) (Simple Instrucción
Múltiples Datos). Estos tempranos diseños experimentales dieron lugar más adelante a la
era de los supercomputadoras especializados, como los hechos por Cray Inc.
TRANSISTOR
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de
amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la
contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Actualmente se
los encuentra prácticamente en todos los enseres domésticos de uso diario: radios,
televisores, grabadores, reproductores de audio y vídeo, hornos de microondas,
lavarropas automáticos, automóviles, equipos de refrigeración, alarmas, relojes de cuarzo,
computadoras, calculadoras, impresoras, lámparas fluorescentes, equipos de rayos X,
tomógrafos, ecógrafos, reproductores mp3, celulares, etc.
El transistor consta de un sustrato (usualmente silicio) y tres partes dopadas
artificialmente que forman dos uniones bipolares, el emisor que emite portadores, el
colector que los recibe o recolecta y la tercera, que está intercalada entre las dos
primeras, modula el paso de dichos portadores (base). A diferencia de las válvulas, el
50
transistor es un dispositivo controlado por corriente y del que se obtiene corriente
amplificada. En el diseño de circuitos a los transistores se les considera un elemento
activo, a diferencia de los resistores, capacitores e inductores que son elementos pasivos.
Su funcionamiento sólo puede explicarse mediante mecánica cuántica.
De manera simplificada, la corriente que circula por el "colector" es función amplificada de
la que se inyecta en el "emisor", pero el transistor sólo gradúa la corriente que circula a
través de sí mismo, si desde una fuente de corriente continua se alimenta la "base" para
que circule la carga por el "colector", según el tipo de circuito que se utilice. El factor de
amplificación logrado entre corriente de base y corriente de colector, se denomina Beta
del transistor. Otros parámetros a tener en cuenta y que son particulares de cada tipo de
transistor son: Tensiones de ruptura de Colector Emisor, de Base Emisor, de Colector
Base, Potencia Máxima, disipación de calor, frecuencia de trabajo, y varias tablas donde
se grafican los distintos parámetros tales como corriente de base, tensión Colector
Emisor, tensión Base Emisor, corriente de Emisor, etc. Los tres tipos de esquemas
básicos para utilización analógica de los transistores son emisor común, colector común y
base común.
Distintos encapsulados de transistores.
MICROPROCESADORES
Desde la introducción del primer microprocesador, el Intel 4004, en 1970, y del primer
microprocesador ampliamente usado, el Intel 8080, en 1974. Esta clase de CPUs ha
desplazado casi totalmente el resto de los métodos de implementación de la Unidad
Central de Proceso. Los fabricantes de mainframes y minicomputadores de ese tiempo
lanzaron programas de desarrollo de ICs propietarios para actualizar sus más viejas
arquitecturas de computador, y eventualmente produjeron microprocesadores con
conjuntos de instrucciones que eran compatibles hacia atrás con sus más viejos
51
hardwares y softwares. Combinado con el advenimiento y el eventual vasto éxito del
ahora ubicuo computadora personal, el término "CPU" es aplicado ahora casi exclusivamente a los
microprocesadores.
Microprocesador Intel 80486DX2 en un paquete PGA de cerámica.
Los microprocesadores son CPUs fabricados con un número muy pequeño de ICs;
usualmente solo uno. El tamaño más pequeño del CPU, como resultado de estar
implementado en una simple pastilla, significa tiempos de conmutación más rápidos
debido a factores físicos como el decrecimiento de la capacitancia (La capacidad o
capacitancia es una propiedad de los capacitores de retener la energía electrostática )
parásita de las puertas (Una puerta lógica, o compuerta lógica, consiste en una red de
dispositivos interruptores que cumple las condiciones booleanas para el operador
particular. Son esencialmente circuitos de conmutación integrados en un chip).
La velocidad de un micro se mide en megahercios (MHz), hoy en día, todos los micros
modernos tienen 2 velocidades:
Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro internamente (200, 333, 450...
MHz).
Velocidad externa o de bus: la velocidad con la que se comunican el micro y la placa
base. Típicamente, 33, 60, 66, 100 ó 133 MHz. La cifra por la que se multiplica la
velocidad externa o de la placa para dar la interna o del micro es el multiplicador; por
ejemplo, un Pentium III a 450 MHz utiliza una velocidad de bus de 100 MHz y un
multiplicador 4,5x.
52
CIRCUITO INTEGRADO
Un circuito integrado (CI) o chip, es una pastilla muy delgada en la que se encuentra
una enorme cantidad (del orden de miles o millones) de dispositivos microelectrónicos
interconectados, principalmente diodos y transistores, además de componentes pasivos
como resistencias o condensadores. Su área es de tamaño reducido, del orden de un cm²
o inferior. Algunos de los circuitos integrados más avanzados son los microprocesadores,
que son usados en múltiples artefactos, desde computadoras hasta electrodomésticos,
pasando por los teléfonos móviles. Otra familia importante de circuitos integrados la
constituyen las memorias digitales.
Entre los circuitos integrados más avanzados se encuentran los microprocesadores, que
controlan todo desde computadoras hasta teléfonos móviles y hornos microondas. Los
chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de
importancia crucial para la moderna sociedad de la información. Mientras que el costo de
diseñar y desarrollar un circuito integrado complejo es bastante alto, cuando se reparte
entre millones de unidades de producción el costo individual de los CIs por lo general se
reduce al mínimo.
Con el transcurso de los años, los CIs están constantemente migrando a tamaños más pequeños
con mejores características, permitiendo que mayor cantidad de circuitos sean empaquetados
en cada chip. Al mismo tiempo que el tamaño se comprime, prácticamente todo se mejora (el
costo y el consumo de energía disminuyen y la velocidad aumenta). Aunque estas
ganancias son aparentemente para el usuario final, existe una feroz competencia entre los
fabricantes para utilizar geometrías cada vez más delgadas. Este proceso, y el esperado
proceso en los próximos años, está muy bien descrito por la International Technology
Roadmap for Semiconductors.
53
Detalle de un circuito integrado.
OPERACIÓN DEL CPU
La operación fundamental de la mayoría de los CPU, sin importar la forma física que
tomen, es ejecutar una secuencia de instrucciones almacenadas llamadas "programa".
El programa es representado por una serie de números que se mantienen en una cierta
clase de memoria de computador. Hay cuatro pasos que casi todos los CPU usan en su
operación: fetch, decode, execute, y writeback, (leer, decodificar, ejecutar, y escribir).
LEER: el primer paso, leer (fetch), implica el recuperar una instrucción, (que es representada por
un número o una secuencia de números), de la memoria de programa. La localización en
la memoria del programa es determinada por un contador de programa (PC), que almacena un número
que identifica la posición actual en el programa. En otras palabras, el contador de programa indica
al CPU, el lugar de la instrucción en el programa actual. Después de que se lee una
instrucción, el PC es incrementado por la longitud de la palabra de instrucción en términos
de unidades de memoria . Frecuentemente la instrucción a ser leída debe ser recuperada
de memoria relativamente lenta, haciendo detener al CPU mientras espera que la
instrucción sea retornada.
DECODIFICAR: La instrucción que el CPU lee desde la memoria es usada para
determinar qué deberá hacer el CPU. En el paso de decodificación, la instrucción es dividida en
partes que tienen significado para otras porciones del CPU. La manera en que el valor de
la instrucción numérica es interpretado está definida por la arquitectura del conjunto de
instrucciones (el ISA) del CPU . A menudo, un grupo de números en la instrucción, llamado
opcode, indica qué operación realizar. Las partes restantes del número usualmente
proporcionan información requerida para esa instrucción, como por ejemplo, operandos
54
para una operación de adición. Tales operandos se pueden dar como un valor constante
(llamado valor inmediato), o como un lugar para localizar un valor, que según lo
determinado por algún modo de dirección, puede ser un registro o una dirección de
memoria.
En diseños más viejos las porciones del CPU responsables de decodificar la instrucción
eran dispositivos de hardware fijos. Sin embargo, en CPUs e ISAs más abstractos y
complicados, es frecuentemente usado un microprograma para asistir en traducir instrucciones
en varias señales de configuración para el CPU. Este microprograma es a veces
reescribible de tal manera que puede ser modificado para cambiar la manera en que el
CPU decodifica instrucciones incluso después de que haya sido fabricado.
[Un conjunto de instrucciones o repertorio de instrucciones ó ISA (del inglés Instruction Set Architecture, Arquitectura del Conjunto de Instrucciones) es una especificación que detalla las instrucciones que una CPU de un ordenador puede entender y ejecutar, o el conjunto de todos los comandos implementados por un diseño particular de una CPU. El término describe los aspectos del procesador generalmente visibles a un programador, incluyendo los tipos de datos nativos, las instrucciones, los registros, la arquitectura de memoria y las interrupciones, entre otros aspectos.]
[En informática, un opcode (Operation Code) o Código de Operación, es la porción de una instrucción de lenguaje de máquina que especifica la operación a ser realizada. Su especificación y formato serán determinados por la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA) del componente de hardware de computador - normalmente un CPU, pero posiblemente una unidad más especializada. Una instrucción completa de lenguaje de máquina contiene un opcode y, opcionalmente, la especificación de unos o más operandos - sobre los que la operación debe actuar. Algunas operaciones tienen operandos implícitos, o de hecho ninguno. Algunas ISAs tiene instrucciones con campos definidos para los opcodes y operandos, mientras que otras (ej. la arquitectura Intel x86) tienen una estructura más complicada y de propósito específico].
[Registro: hardware, En arquitectura de ordenadores, un registro es una memoria de alta velocidad y poca capacidad, integrada en el microprocesador, que permite guardar y acceder a valores muy usados, generalmente en operaciones matemáticas. Los registros están en la cumbre de la jerarquía de memoria, y son la manera más rápida que tiene el sistema de almacenar datos. Los registros se miden generalmente por el número de bits que almacenan; por ejemplo, un "registro de 8 bits" o un "registro de 32 bits].
[Microcódigo: Un microcódigo o microprograma es un tipo particular de firmware utilizado en algunos microprocesadores de propósito general. Firmware o Programación en Firme, es un bloque de instrucciones de programa para propósitos específicos, grabado en una memoria tipo ROM, que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en la electrónica del dispositivo es en parte hardware, pero también es software, ya que proporciona lógica y se dispone en algún tipo de lenguaje de programación. Funcionalmente, el firmware es el intermediario (interfaz) entre las órdenes externas que recibe el dispositivo y su electrónica, ya que es el encargado de controlar a ésta última para ejecutar correctamente dichas órdenes externas.]
EJECUTAR: después de los pasos de lectura y decodificación, es llevado a cabo el paso
de la ejecución de la instrucción. Durante este paso, varias porciones del CPU son
conectadas de tal manera que ellas pueden realizar la operación deseada. Si, por
ejemplo, una operación de adición fue solicitada, una unidad aritmético lógica (ALU) será
conectada a un conjunto de entradas y un conjunto de salidas. Las entradas proporcionan
los números a ser sumados, y las salidas contendrán la suma final. El ALU contiene la
55
circuitería para realizar operaciones simples de aritmética y lógica en las entradas, como
adición y operaciones de bits.
ESCRIBIR: el paso final, la escritura (writeback), simplemente "escribe" los resultados
del paso de ejecución a una cierta forma de memoria. Muy a menudo, los resultados son
escritos a algún registro interno del CPU para acceso rápido por subsecuentes
instrucciones. En otros casos los resultados pueden ser escritos a una memoria principal
más lenta pero más barata y más grande. Algunos tipos de instrucciones manipulan el
contador de programa en lugar de directamente producir datos de resultado.
Después de la ejecución de la instrucción y la escritura de los datos resultantes, el
proceso entero se repite con el siguiente ciclo de instrucción, normalmente leyendo la
siguiente instrucción en secuencia debido al valor incrementado en el contador de programa. Si la
instrucción completada era un salto, el contador de programa será modificado para
contener la dirección de la instrucción a la cual se saltó, y la ejecución del programa
continúa normalmente. En CPUs más complejos, múltiples instrucciones pueden ser
leídas, decodificadas, y ejecutadas simultáneamente.
56
(Central Processor Unit)
o Aplicado usualmente a microprocesadores.
o Interpreta instrucciones y Procesa Datos.
o Controla y Coordina todas las operaciones del sistema.
o “Verdadero cerebro de la computadora”
o “Director de la orquesta”
COMPONENTES DE LA CPU
La Unidad Central de Procesamiento CPU, consta de la Unidad Lógica y Aritmética, y de
la Unidad de Control.
UNIDAD ARITMETICO LOGICA
Es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas y operaciones lógicas, entre dos
números. La mayoría de las ALU pueden realizar las siguientes operaciones:
Operaciones aritméticas de números enteros (, y a veces multiplicación y división,
aunque esto es más costoso).
Operaciones lógicas de bits (AND, NOT, OR,XOR).
Operaciones de desplazamiento de bits (Desplazan o rotan una palabra en un
número específico de bits hacia la izquierda o la derecha, con o sin extención de
signo). Los desplazamientos pueden ser interpretados como multiplicaciones o
divisiones por 2.
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Realiza operaciones elementales:
De tipo aritmético
o Sumas o restas
De tipo lógico
o Comparaciones
Elementos:
o Banco de registros.
o Circuitos operadores.
o Registro de resultado.
o Señalizador de estado
Un ingeniero puede diseñar una ALU para calcular cualquier operación, sin importar lo
compleja que sea; el problema es que cuanto más compleja sea la operación, tanto más
costosa será la ALU, más espacio usará en el procesador, y más energía disipará.
Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación
aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula
que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar
el pitido del temporizador. De hecho, un microprocesador moderno (y los mainframes)
58
pueden tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada
una de ellas con múltiples ALU.
Muchos otros circuitos pueden contener en el interior ALU: GPU (Unidad de procesamiento de
gráficos, es un procesador dedicado exclusivamente al procesamiento de gráficos, para aligerar la carga de trabajo del
procesador central en aplicaciones como los videojuegos y o aplicaciones 3D interactivas. De esta forma, mientras gran
parte de lo relacionado con los gráficos se procesa en la GPU, la CPU puede dedicarse a otro tipo de cálculos (como la
inteligencia artificial o los cálculos mecánicos en el caso de los videojuegos).como los que están en las
tarjetas gráficas NVidia y ATI, FPU como el viejo coprocesador numérico 80387, y
procesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonido
Sound Blaster, lectoras de CD y las TV de alta definición. Todos éstos tienen adentro
varias ALU poderosas y complejas.
Una ALU debe procesar números usando el mismo formato que el resto del circuito digital.
Para los procesadores modernos, este formato casi siempre es la representación de
número binario de complemento a dos. Las primeras computadoras usaron una amplia
variedad de sistemas de numeración, incluyendo complemento a uno, formato signo-magnitud, e incluso verdaderos sistemas decimales, con diez tubos por dígito.
Las ALUs para cada uno de estos sistemas numéricos tenían diferentes diseños, y esto
influenció la preferencia actual por el complemento a dos, debido a que ésta es la
representación que hace más fácil, para el circuito electrónico de la ALU, calcular
adiciones y sustracciones, etc.
COMPONENTES DE LA UNIDAD ARITMETICO LOGICA
La ALU se compone básicamente de: Circuito Operacional, Registros de Entradas, Registro Acumulador y un
Registro de Estados, conjunto de registros que hacen posible la realización de cada una de las
operaciones.
Circuito Operacional: contiene los circuitos electrónicos necesarios para la realización de las
operaciones con los datos procedentes de los Registros de Entradas, en los cuales se
almacenan los operandos y a través de un selector de operaciones comandadas por las
microordenes procendentes del secuenciador de la Unidad de Control, la misma que
concretará la operación correspondiente en ejecución.
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Compuesto de uno o varios circuitos electrónicos que realizan operaciones elementales aritméticas y lógicas (sumador, complementador, desplazador, etc)
Registro de Estados: Se trata de unos registros de memoria en los que se deja constancia
algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada y que habrán de ser tenidas en cuenta
en operaciones posteriores. Por ejemplo, en el caso de hacer una resta, tiene que quedar
constancia si el resultado fue cero, positivo o negativo. Cada modelo de procesador tiene sus
propios registros de estados pero los más comunes son:
Z = Zero . el resultado es cero.
N = Negative . el resultado es negativo.
V = Overflow . el resultado supera el número de bits que puede manejar la alu.
P = Parity . paridad del número de 1 en los datos.
I = Interrupt .
C = Carry . acarreo de la operación realizada.
60
Registro Acumulador: almacena los resultados de las operaciones ejecutadas por el Circuito
Operacional, también se encuentra conectado con los Registros de Entradas como una
realimentación para realizar las operaciones encadenadas, por supuesto que se
encuentra conectado con el bus de datos del sistema con el propósito de enviar los
resultados a la Memoria principal o (RAM) o a algún periférico.
La mayoría de las acciones de la computadora son realizadas por la ALU. La ALU toma
datos de los registros del procesador (memoria de alta velocidad y poca capacidad,
integrada en el microprocesador). Estos datos son procesados y los resultados de esta
operación se almacenan en los registros de salida de la ALU. Otros mecanismos mueven
datos entre estos registros y la memoria .
Una unidad de control controla a la ALU, al ajustar los circuitos que le dicen a la ALU qué
operaciones realizar.
Las entradas a la ALU son los datos con los que se harán las operaciones (llamados
operandos) y un código desde la unidad de control indicando qué operación realizar. Su salida es el resultado
del cómputo de la operación.
61
En muchos diseños la ALU también toma o genera como entradas o salidas un conjunto
de códigos de condición desde o hacia un registro de estado. Estos códigos son usados para
indicar casos como acarreo entrante o saliente, overflow, división por cero.
UNIDAD DE CONTROL
La Unidad de control es el "cerebro del microprocesador". Es la encargada de activar o
desactivar los diversos componentes del microprocesador en función de la instrucción que
el microprocesador esté ejecutando y en función también de la etapa de dicha instrucción
que se esté ejecutando.
La unidad de control (UC) interpreta y ejecuta las instrucciones almacenadas en la memoria principal y genera las señales de control necesarias para ejecutarlas.
COMPONENTES DE LA UNIDAD DE CONTROL
La unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controla y gobiernan todas las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de la instrucción). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:
Registro de contador de programas (CP)
Registro de Instrucciones (RI)
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Decodificador (D)
Reloj (R)
Generador de Señales o Secuenciador (S)
Registro de contador de programas (CP).También denominado registro de control de Secuencia (RCS), contiene permanentemente la dirección de memoria de la próxima
instrucción a ejecutar. Si la instrucción que se está ejecutando en un instante determinado
es de salto o de ruptura de secuencia, el RCS tomará la dirección de la instrucción que se
tenga que ejecutar a continuación; esta dirección la extraerá de la propia instrucción en
curso.
Como ya se dijo el primer paso para la ejecución de una instrucción, consiste en ir a
buscarla en memoria, el CP indica cual es la dirección de memoria donde se halla esa
instrucción. Una vez obtenida y antes de continuar con los siguientes pasos una señal de
control incrementa el CP en una unidad, por lo cual los programas deben estar escritos
(cargados) en posiciones consecutivas de memoria. El CP pasa la dirección al Registro
de Direcciones
Registro de Direcciones (RD). Contiene la dirección de memoria donde se encuentra la
próxima instrucción y esta comunicado con el Bus de Direcciones. El tamaño de este
registro determina el tamaño de la memoria que puede direccionar.( Si es de 32 bits se
puede direccionar 232 =4.294.967296 (4 GB posiciones de memoria). Con la dirección de
memoria, se transfiere a través el Bus de Datos desde la memoria central al Registro de
Datos en la UC la instrucción correspondiente. Esta transferencia se realiza mediante
señales de control. Una vez que la instrucción se encuentra en la UCP, el código de la
instrucción pasa al registro de instrucciones.
Registro de Instrucciones (RI).Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada
momento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (CO), acción de que se
trata, y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos. Pasa el
CO al decodificador.
Decodificador (D). Se encarga de extraer y analizar el código de operación de la
instrucción en curso (que está en el RI) y dar las señales necesarias al resto de los
elementos para su ejecución por medio del Generador de Señales.
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Generador de Señales(GS). En este dispositivo se generan órdenes muy elementales
(microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos del reloj, hacen que se vaya
ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI.
Reloj (R). Proporcionar una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes
(frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos
pasos de que consta cada instrucción.
CAMINO DE DATOS DEL PROCESADOR
El órgano aritmético de von Neumann, hoy en día, se denomina Camino de datos (
datapath). Desde la perspectiva del programador, el camino de datos contiene la mayor
parte del estado del procesador ( la información que se debe guardar cuando se suspende
la ejecución de un programa y después restaurar para que continúe ejecutándose). En
resumen los pasos que se siguen para ejecutar una instrucción son:
Lee de la memoria la instrucción que hay que ejecutar y la guarda en un registro
de instrucciones de la UCP.
Identifica la instrucción que acaba de leer
Comprueba si la instrucción necesita utilizar nuevos datos de memoria, si fuera
así, determina donde debe ir a buscarlos.
Busca los datos en la memoria y los trae en UCP.
Ejecuta la instrucción propiamente dicha.
El resultado de la misma puede ser que se almacene o invoque la necesidad de
tener que comunicarse con la memoria o con otro elemento externo a la propia
UCP.
Vuelve al primer paso para empezar una nueva instrucción.
64
UNIDAD V
TIPOS DE MICROPROCESADORES
TIPOS GENERICOS
CISC
Es una abreviación de "Complex Instrution set computer". Se refiere a los
microprocesadores tradicionales que operan con grupos grandes de instrucciones de
procesador (lenguaje de maquina). Los microprocesadores INTEL 80xxx estan dentro de
esta categoria (incluido el PENTIUM). Los procesadores CISC tienen un Set de
instrucciones complejas por naturaleza que requieren varios a muchos ciclos para
completarse.
RISC
Es una abreviación de "Reduced Instruction Set Code", a diferencia de los CISC, los
procesadores RISC tienen un grupo de o Set de instrucciones simples requiriendo uno o
pocos ciclos de ejecución. Estas instrucciones pueden ser utilizadas más eficientemente
que la de los procesadores CISC con el diseño de software apropiado, resultando en
operaciones más rápidas.
MICROPROCESADORE MODERNOS
Básicamente existen dos fabricantes de microprocesadores para el ordenador. Por un
lado está Intel, y su gama Pentium, y por otro, los AMD y sus Athlon. También existen
otros fabricantes como IBM con los PowerPC y otros mucho menos conocidos.
La velocidad de la CPU es lo que determina el rendimiento del chip y se mide en
megahertzios (MHz) o gigahertzios (GHz), y que 1 GHz = 1.000 MHz. También es muy
importante el núcleo, algo así como el nombre interno del procesador. Por ejemplo,
actualmente, el Pentium4 acumula alrededor de 5 nombres internos, que son Willamete,
Northwood, Prescott, Cedar Mill y Preslet. Se diferencian, por ejemplo, en tamaño de los
transistores (a menor tamaño, menos calor y más velocidad), tamaño de la memoria
caché interna o si son de uno solo o doble core (doble core son "dos micros" en el mismo
65
espacio físico, con lo cual su rendimiento es mucho mayor que uno solo). Con AMD
ocurre lo mismo, en el Athlon64 nos encontramos actualmente nombres como Palermo,
Venice, Manchester, San Diego, Toledo, Orleans, Windsor.
MICROPROCESADORE INTEL
Tienen dos posibles sockets: 478 y 775. Actualmente existen e el mercado, dentro del
nuevo socket 775, los siguientes modelos:
Intel Celeron D
Tienen muy poca memoria caché. Además, son sólo de 32 bits. Actualmente de 2'533 a
3'333 GHz. Hay de dos tipos, núcleo Prescott con 256 Kb de caché y núcleo Cedar Mill,
con 512 Kb. Los segundos son mejores.
Intel Pentium 4
Actualmente todos poseen extensiones EMT 64, por lo que son micros de 64 bits. Es
importante considerar que ya no indican el nº de GHz, sino un modelo. Por tanto, es muy
importante averiguar la velocidad real del micro. Está compuesto por 42 millones de
transistores, un 66 por ciento mayor que el Pentium III. El Pentium 4 utiliza un bus de 400
Mhz. Realmente es un bus de 100 Mhz, pero que con un sistema de funcionamiento
parecido al del bus AGP 4x permite multiplicar la cantidad de datos que se envían por el,
por 4, que permite un ancho de banda de comunicación con la placa base de 3.2 Gbits/s.
Existen dos cores:
66
o Prescott: de 531 / 3'0 GHz hasta 541 / 3'2 GHz, con 1024 kB de caché
o Cedar Mill: de 631 / 3'0 GHz hasta 661 / 3'6 GHz, con 2048 kB de caché. Es
evidente que los segundos son mejores, los que empiezan por "600".
Intel Pentium D
Similares a los anteriores pero de doble core. Es decir, que es como si estuvieras
comprando dos micros y los colocaras en el mismo espacio, duplicando (idealmente) el
rendimiento. Sólo se aprovechan al 100% si el software está optimizado, pero son muy
recomendables dada la facilidad con que permiten trabajar con varios programas a la vez.
También son micros de 64 bits. Existen dos cores:
o Smithfield: 805 y 2'666 GHz. Sólo 1024 Kb de caché por core. Muy malos,
dado que tienen sólo 533 MHz de bus.
o Presler, de 915 / 2'8 GHz hasta 960 / 3'6 GHz. 2048 kB de caché por core y
800 MHz de bus.
67
Intel Core 2 Duo
Con los procesadores Intel Core 2 Duo equipando sus portátiles y equipos de sobremesa
obtendrá al último arsenal de tecnologías ricas en rendimiento, incluyendo hasta 4 MB de
caché L2 compartida y un bus del sistema de hasta 1.066 MHz para equipos de
sobremesa y de hasta 667 MHz para portátiles.
También de doble core y 64 bits, pero emplean una arquitectura nueva (arquitectura
core), que es la base para los futuros micros de 4 y 8 cores en adelante. Aunque van a
una velocidad de GHz menor, su rendimiento es muchísimo más alto que los anteriores,
por lo que son mucho más rápidos que los Pentium D. Existen dos cores:
68
o Allendale, E6300 / 1'866 GHz y E6400 / 2'133 GHZ, con 1024 kB de caché
por core y 1066 MHz de bus.
o Conroe: E6600 / 2'4 GHz y E6700 / 2'6 GHz, con 2048 kB de caché por
core y 1066 MHz.
o Conroe XE: X6800EE / 2'93 GHz, con 2048 kB de caché por core y 1066
MHz. La versión más extrema de Intel. Actualmente el micro más rápido de
Intel para ordenadores de sobremesa (no servidores ni portátiles).
ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS DE
SOBREMESA
Número de modelo Caché Velocidad de reloj
Bus del sistema
Tecnología de virtualización Intel (Intel VT)±
Arquitectura 65 nm
X6800 (Extreme) L2 a 4 MB 2,93 GHz 1.066 MHz Sí
E6700 L2 a 4 MB 2,66 GHz 1.066 MHz Sí
69
E6600 L2 a 4 MB 2,40 GHz 1.066 MHz Sí
E6400 L2 a 2 MB 2,13 GHz 1.066 MHz Sí
E6300 L2 a 2 MB 1,86 GHz 1.066 MHz Sí
ESPECIFICACIONES DE PROCESADORES PARA EQUIPOS
PORTATILES
Número de modelo
Caché Velocidad de reloj
Bus del sistema
Tecnología de virtualización Intel (Intel VT)±
Arquitectura 65 nm
T7600 L2 a 4 MB 2,33 GHz 667 MHz Sí
T7400 L2 a 4 MB 2,16 GHz 667 MHz Sí
T7200 L2 a 4 MB 2 GHz 667 MHz Sí
T5600 L2 a 2 MB 1,83 GHz 667 MHz Sí
T5500 L2 a 2 MB 1,66 GHz 667 MHz
MICROPROCESADORES AMD
Al igual que ocurre con Intel, AMD también fabrica diferentes gamas de icroprocesadores:
los Sempron.
Con la tecnología AMD64, el procesador AMD Athlon 64 es totalmente compatible con el
software actual y permite realizar una transición sin obstáculos hacia las nuevas
aplicaciones de 64 bits. Asimismo, es posible ejecutar las aplicaciones de 32 y 64 bits de
manera simultánea y transparente, en la misma plataforma. La tecnología AMD64 permite
disfrutar de una nueva experiencia informática y de unas nuevas prestaciones, además de
70
un mayor rendimiento. La tecnología AMD64 permite beneficiarse al usuario final de las
últimas innovaciones, como son por ejemplo, la codificación en tiempo real, juegos más
realistas, interfaces de voz más precisas, efectos gráficos con calidad cinematográfica y
una sencilla edición de vídeo y audio.
Algo importante en AMD es su denominación de velocidad teórica, marcada con un
XXXX+ que no representa su velocidad en GHz. Por ejemplo, un Athlon64 3200+ con 512 kB de caché, va realmente a 2 GHz. Eso no implica que sean lentos, todo lo
contrario, se supone que ese 2 GHz equivale a un Pentium4 a 3,2 GHz (de ahí el 3200+).
Equivale realmente a un Pentium 4 2'8 ó 3 GHz. Por ello el valor acabado en el sigmo +
sirve para comparar los Athlon entre sí, pero no demasiado válido para compararlos con
los Pentium 4.
Hoy día existen hasta cuatro sockets de AMD. Los dos más antiguos, el socket A/462 y
el socket 754, y los más actuales los socket 939 y el nuevo socket AM2. La diferencia
está en que el primero emplea memoria ram DDR y el segundo DDR2, como la de los
Pentium4. Recuerda que los Sempron64, Athlon64 y Athlon 64 X2, como dice el nombre,
son todos de 64 bits.
71
AMD Athlon 64 es el primer procesador para PC de 64 bits, compatible con Windows.
Entre las avanzadas tecnologías del procesador AMD Athlon 64, se incluyen:
• La tecnología AMD64, que dobla el número de registros del procesador y aumenta
drásticamente la accesibilidad a la memoria del sistema
• Un mejor soporte para las instrucciones multimedia, incluyendo la tecnología
3Dnow! Professional y SSE2
• Un bus de sistema de hasta 2000 MHz, empleando la tecnología HyperTransport,
con un ancho de banda total del procesador al sistema, de hasta 14'4 Gbps.
• Un controlador de memoria integrado, con un ancho de banda máximo de
memoria, de hasta 6'4 Gbps, con soporte para PC3200, PC2700, PC2100 ó
PC1600 DDR SDRAM
• Ejecución nativa del software de 32 bits, lo que permite proporcionar un excelente
rendimiento con el software para PC de la actualidad, al mismo tiempo que realizar
una migración sencilla hacia el software de 64 bits.
72
La combinación de estas prestaciones e innovaciones, ofrece a los clientes el rendimiento
que necesitan, además de una extraordinaria flexibilidad. Los clientes podrán disfrutar de
un destacado rendimiento al ejecutar las aplicaciones actuales y prepararse para la nueva
generación de software, sin necesidad de actualizar ni cambiar su hardware. Para las
empresas clientes, esto amplía la vida útil de su sistema, simplifica la transición hacia la
nueva tecnología y reduce el coste total de propiedad.
TIPOS DE MICROPROCESADORES AMD
Athlon Sempron 64
Con socket AM2, con sólo 128 y 256 kB de caché y velocidades de 2800+ hasta 3600+.
Athlon 64 con Socket 939
aquí tenemos hasta 4 cores:
o Venice y Manchester. Dentro de los Venice existen desde 3000+ hasta
3800+. Los Manchester son el modelo doble core pero con uno de ellos
desactivado. Al igual que los Venice, tienen 512 kB de caché.
o Existen otras dos variantes con núcleos San Diego y Toledo, ambos 3700+
y con 1024 kB de caché. Son los mejores Athlon 64 de socket 939 con
diferencia, pues tienen más memoria caché, por lo que son los mejores
athlon 64 939.
Athlon 64 con Socket AM2.
En este caso tenemos sólo un núcleo, Orleans, con velocidades entre 3200+ y
3800+, con 512 kB de caché. No existen diferencias importantes frente al Venice del
Socket 939, salvo la intrínseca al socket (como ya hemos comentado, memoria RAM
DDR para el 939, DDR2 para el AM2).
Athlon 64 X2 con Socket 939.
Al igual que en los Intel, también tenemos esta opción con doble core de AMD, es
decir, dos micros en en el mismo espacio. Tenemos dos núcleos:
73
o Manchester, con velocidades de 3800+ hasta 4600+. Con 512 kB de caché
por core.
o Toledo, con velocidades de 4400+ hasta 4800+. Con 1024 kB. Son los
mejores doble core para socket 939.
Athlon 64 X2 con Socket AM2.
Tenemos un núcleo, Windsor, con velocidades desde 3600+ hasta 5200+, Ojo que
tienen cachés de distintas velocidades, entre 256 y 1025 kB. Por ejemplo, el 4200+ a
2,2 GHz y 512 kB, el 4400+ a 2,4 GHz y 1024 kB. Ambos van a la misma velocidad
real y, sólo por el aumento de caché, la velocidad "teórica" es mayor. Lo mismo pasa
con los dos modelos más exclusivos, el 5000+ a 2,6 GHz con 512 kB y el 5200+ a 2,6
GHz con 1024 kB.
Athlon 64 FX-62 con Socket AM2.
Doble core, 2'8 GHz de velocidad y 1024 kB de caché por core. Una de sus ventajas
es que tiene desbloqueado el multiplicador y es muy apto para técnicas de
overclocking (forzar el micro a que funcione más rápido de su velocidad teórica). Por
ello, es recomendable sólo a usuarios expertos.
TIPOS DE SOCKETS
Socket, con mecanismo ZIF (Zero Insertion Force). En ellas el procesador se inserta y
se retire sin necesidad de ejercer alguna presión sobre él. Al levantar la palanquita que
hay al lado se libera el microprocesador, siendo extremadamente sencilla su
extracción. Estos zócalos aseguran la actualización del microprocesador.
Antiguamente existía la variedad LIF (Low Insertion Force), que carecía de dicha
palanca.
Slot A / Slot 1 /Slot 2. Existieron durante una generación importante de PCs (entre
1997 y 2000 aproximadamente) reemplazando a los sockets. Es donde se conectan
respectivamente los primeros procesadores Athlon de AMD / los procesadores
Pentium II y primeros Pentium III y los procesadores Xeon de Intel dedicados a
servidores de red. Todos ellos son cada vez más obsoletos. El modo de insertarlos es
74
a similar a una tarjeta gráfica o de sonido, ayudándonos de dos guías de plástico
insertadas en la placa base.
En las placas base más antiguas el micro iba soldado, de forma que no podía
actualizarse. Hoy día esto no se ve en lo referente a los microprocesadores de PC.
SOCKETS DE OTAVA GENERACION
SOCKET 775
Nombre: Socket 775 o T
Pines: 775 bolas FC-LGA
Voltajes: VID VRM (0.8 - 1.55 V)
Bus: 133x4, 200x4, 266x4 MHz
Multiplicadores: 13.0x - 22.0x
Micros soportados: Celeron D (Prescott, 326/2'533 a 355/3'333 GHz, FSB533)
Celeron D (Cedar Mill, 352/3'2 a 356/3'333 GHZ, FSB533)
Pentium 4 (Smithfield, 805/2'666 GHZ, FSB 533)
Pentium 4 (Prescott, 505/2,666 a 571/3,8 GHZ, FSB 533/800)
Pentium 4 (Prescott 2M, 630/3'0 a 672/3,8 GHZ, FSB 533/800)
Pentium 4 (Cedar Mill, 631/3'0 a 661/3'6 GHz, FSB 800)
Pentium D (Presler, 915/2'8 a 960/3'6 GHZ, FSB 800)
Intel Pentium Extreme (Smithfield, 840, 3'2 GHz)
Pentium 4 Extreme (Gallatin, 3'4 - 3'46 GHz)
Pentium 4 Extreme (Prescott, 3.73 GHz)
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Intel Pentium Extreme (Presler, 965/3073 GHz)
Core 2 Duo (Allendale, E6300/1'866 a E6400/2133 GHz, FSB 1066)
Core 2 Duro (Conroe, E6600/2'4 a E6700/2'666 GHz, FSB 1066)
Core 2 Extreme (Conroe XE, X6800EE/2'933 GHZ)
Core 2 ??? (Millville, Yorkfield, Bloomfield)
Core 2 Duo ??? (Wolfdale, Ridgefield)
Core 2 Extreme ??? (Kentsfield, cuatro cores)
Notas: los núcleos Presler, Allendale y Conroe son dobles (doble core).
SOCKET 939
Nombre: Socket 939
Pines: 939 ZIF
Voltajes: VID VRM (1.3 - 1.5 V)
Bus: 200x5 MHz
Multiplicadores: 9.0x - 15.0x
Micros soportados:
Athlon 64 (Victoria, 2GHz+)
Athlon 64 (Venice, 3000+ a 3800+)
Athlon 64 (Newcastle, 2800+ a 3800+)
Athlon 64 (Sledgehammer, 4000+, FX-53 y FX-55)
Athlon 64 (San Diego, 3700+. FX-55 y FX-57)
Athlon 64 (San Diego)
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Athlon 64 (Winchester 3000+ a ???)
Athlon 64 X2 (Manchester, 3800+ a 4600+)
Athlon 64 X2 (Toledo, 4400+ a 5000+ y FX-60)
Athlon 64 X2 (Kimono)
Opteron (Venus, 144-154)
Opteron (Denmark, 165-185)
Sempron (Palermo, 3000+ a 3500+)
Notas: los núcleos X2 Manchester, Toledo y Denmark son dobles (doble core).
SOCKET AM2
Nombre: Socket AM2
Pines: 940 ZIF
Voltajes: VID VRM (1.2 - 1.4 V)
Bus: 200x5 MHz
Multiplicadores: 8.0x - 14.0x
Micros soportados: Athlon 64 (Orleans, 3200+ a 3800+)
Athlon 64 ??? (Spica)
Athlon 64 X2 (Windsor, 3600+ a 5200+, FX-62)
Athlon 64 X2 ??? (Brisbane)
Athlon 64 X2 ??? (Arcturus)
Athlon 64 X2 ??? (Antares)
Athlon 64 Quad ??? (Barcelona)
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Athlon 64 Quad ??? (Budapest)
Athlon 64 Quad ??? (Altair)
Opteron (Santa Ana, 1210 a 1216)
Sempron64 (Manila, 2800+ a 3600+)
Athlon 64 ??? (Sparta)
Notas: - Los núcleos Windsor y Santa Ana son dobles (doble core).
- Los Windsor traen entre 256 y 1024 Kb de caché, comparar modelos
78
UNIDAD VI
UNIDAD DE MEMORIA – MEMORIA CENTRAL
PROPOSITOS Y CONSIDERACIONES GENERALES
Las memorias de computadora proporcionan una de las principales funciones de la
computación moderna, la retención de información. Es uno de los componentes
fundamentales de todas las computadoras modernas que, acoplados a una Unidad
Central de Proceso, implementa lo fundamental del modelo de computadora de Von
Neumann, usado desde los años 1940.
En la actualidad, memoria suele referirse a una forma de almacenamiento de estado
sólido conocido como Memoria RAM (memoria de acceso aleatorio, RAM por sus siglas
en inglés Random Access Memory) y otras veces se refiere a otras formas de
almacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, se refiere a formas de
almacenamiento masivo como Discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético como
discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de
naturaleza más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque
son fundamentales para la arquitectura de computadores en general.
Si se elimina el almacenamiento, el aparato sería una simple calculadora en lugar de un
computadora. La habilidad para almacenar las instrucciones que forman un programa de
computadora y la información que manipulan las instrucciones es lo que hace versátiles a
las computadoras diseñadas según la arquitectura de programas almacenados.
Una computadora digital representa toda la información usando el sistema binario. Texto,
números, imágenes, sonido y casi cualquier otra forma de información puede ser
transformada en una sucesión de bits, o dígitos binarios, cada uno de los cuales tiene un
valor de 1 ó 0. la unidad de almacenamiento más común es el byte, igual a 8 bits. Una
determinada información puede ser manipulada por cualquier computadora cuyo espacio
de almacenamiento es suficientemente grande como para que quepa el dato
correspondiente o la representación binaria de la información. Por ejemplo, una
computadora con un espacio de almacenamiento de ocho millones de bits, o un
megabyte, puede ser usado para editar una novela pequeña.
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MEMORIA CENTRAL
La memoria primaria está directamente conectada a la unidad central de proceso de la
computadora. Debe estar presente para que la CPU funcione correctamente. El
almacenamiento primario consiste en tres tipos de almacenamiento:
Los registros del procesador son internos de la unidad central de proceso.
Contienen información que las unidades aritmético-lógicas necesitan llevar a la
instrucción en ejecución. Técnicamente, son los más rápidos de los
almacenamientos de la computadora, siendo transistores de conmutación
integrados en el chip de silicio de la CPU que funcionan como "flip-flop"
electrónicos.
La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en muchas
unidades centrales de proceso para mejorar su eficiencia o rendimiento. Parte de la
información de la memoria principal se duplica en la memoria caché. Comparada
con los registros, la caché es ligeramente más lenta pero de mayor capacidad. Sin
embargo, es más rápida. Aunque de mucha menor capacidad que la memoria
principal. También es de uso común la memoria caché multi-nivel - la "caché
primaria" que es más pequeña, rápida y cercana al dispositivo de procesamiento; la
"caché secundaria" que es más grande y lenta, pero más rápida y mucho más
pequeña que la memoria principal.
La memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que
operan. La unidad aritmético-lógica puede transferir información muy rápidamente
entre un registro del procesador y localizaciones del almacenamiento principal,
también conocidas como "direcciones de memoria". En las computadoras
modernas se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del
estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de un "bus de
memoria" (como se ve en el diafragma) y de un "bus de datos". Al bus de memoria
también se le llama bus de dirección o bus frontal, (Front Side Bus) y ambos buses son
"superautopistas" digitales de alta velocidad. Los métodos de acceso y la velocidad
son dos de las diferencias técnicas fundamentales entre memoria y dispositivos de
almacenamiento masivo. (Nótese que, con el tiempo, los avances tecnológicos
harán que se superen todos los tamaños y capacidades de almacenamiento
mostrados en el diagrama).
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La memoria central, es la parte de la unidad central de proceso de una computadora
donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para que un determinado
proceso pueda ser realizado.
La memoria central está constituida por una multitud de celdas o posiciones de memoria,
numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora esté
conectada, la información necesaria.
Por otra parte, es una memoria de acceso directo, es decir, puede accederse a una de
sus celdas conociendo su posición. Para esta memoria el tiempo de acceso es más corto
que para las memorias auxiliares, por tanto, los datos que manejan los procesos deben
residir en ella en el momento de su ejecución.
Es importante no confundir los términos celda o posición de memoria con el de palabra de
computadora, ya que esta última es el conjunto de posiciones de memoria que pueden
introducirse o extraerse de la memoria de una solo vez (simultáneamente).
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La memoria central tiene asociados dos registros para la realización de operaciones de lectura o escritura, y
un dispositivo encargado de seleccionar una celda de memoria en coda operación de acceso sobre la
misma:
• Registro de dirección de memoria (RDM). Contiene la dirección de memoria
donde se encuentran o va a ser almacenada la información (instrucción o dato),
tanto si se trata de una lectura como de una escritura de o en memoria central,
respectivamente.
• Registro de intercambio de memoria (RIM). Si se trata de una operación de
lectura, el RIM es quien recibe el dato de la memoria señalado por el RDM, para su
posterior envío a uno de Los registros de la UAL. Si se trata de una operación de
escritura, la información a grabar tiene que estar en el RIM, para que desde él se
transfiera a la posición de memoria indicada por el RDM.
• Selector de memoria (SM). Es el dispositivo que, tras una orden de lectura o
escritura, conecta la celda de memoria cuya dirección figure en el RDM con el RIM,
posibilitando la transferencia de Los datos en un sentido o en otro.
La memoria central suele ser direccionable por octeto o byte; por tanto, una celda o
posición de memoria contiene 8 bits. Una de Las características fundamentales de una
computadora es su capacidad de memoria interna (memoria central), la cual se mide en
un múltiplo del byte denominado Kilobyte, Kbyte, Kb o simplemente K, y que equivale a
1 024 bytes (1 024 = 2'°). Otro múltiplo utilizado ampliamente en Los últimos tiempos es el
Gigabyte, como el Megabyte o simplemente Mega, que equivale a 1 024 * 1 024 Bytes;
es decir, a 1 048 576 bytes.
Unidades de almacenamiento:
Bit: unidad básica de almacenamiento, contiene un cero o un uno.
Byte = 8 bits.
Kilobyte (Kb) = 210 bytes = 1024 bytes.
Megabyte = 220 bytes.
Gigabyte = 230 bytes.
Terabyte = 240 bytes.
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TIPOS DE INSTRUCCIONES
Nos referiremos en este apartado a instrucciones del lenguaje máquina. Son aquellas que
puede ejecutar directamente el hardware de la computadora.
Las instrucciones máquina se pueden clasificar por la función que desempeñan en:
• Instrucciones de transferencia de datos. • Instrucciones de ruptura de secuencia. • Instrucciones aritméticas y lógicas. • Instrucciones declarativas. • Etcétera.
O por su contenido, teniendo en cuenta que todas ellas tienen en primer lugar lo que se
llama código de operación (CO), que indica qué operación se debe realizar por el
procesador, y aquellas en Las que su misión sea hacer alguna operación con
determinados dates; llevarán, además, implícita o explícitamente dichos dates, que
denominaremos operandos.
Instrucciones de tres operandos
También se denominan instrucción es de tres direcciones. En primer lugar constan de un
código de operación al que siguen tres operandos, de Los cuales, Los dos primeros son
los operandos y el tercero es la dirección donde se depositará el resultado. Este formato
de instrucción es el más cómodo de trabajar, pero es el que precise mayor número de
bits. Esquema siguiente.
Código de operación Operando1 Operando2 Operando3
Instrucciones de dos operandos
Constan de un código de operación, seguido de dos operandos, de Los cuales uno de
ellos actúa además como receptor del resultado. También se denominan instrucciones de
dos direcciones. En el siguiente esquema se ve la Instrucción de dos operandos.
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Código de operación Operando 1 Operando2
Instrucciones de un operando
También denominadas instrucciones de una dirección. Son Las que se utilizan
generalmente en máquinas cuya arquitectura funciona con filosofía de acumulador.
El acumulador es un registro especial, en el que se encuentra uno de Los operandos para
este tipo de instrucciones y donde además se guarda el resultado. En la instrucción se
encuentra el código de operación seguido del segundo operando
Código de operación Operando 1
Instrucciones sin operandos
También denominadas instrucciones sin ninguna dirección. Este tipo de instrucciones se
utilizan generalmente en computadoras cuya arquitectura tiene filosofía de pila.
Una pila está formada por dates almacenados en orden consecutivo en la memoria,
existiendo un registro especial denominado puntero de pila que nos indica la dirección del
último dato introducido en ella. Cuando un dato es sacado de ella, el puntero de pila
decrece, apuntando al dato que está a continuación en la pila hacia el fondo de la misma
y que será aquel dato que se introdujo en primer lugar. Cuando se trata de introducir un
dato en ella el puntero toma la dirección de memoria siguiente en orden ascendente y se
introduce en dicha dirección.
Estas instrucciones sólo llevan código de operación, de tal forma que cuando se trata de
una operación, se sacan Los operandos de la pila (previamente introducidos) y el
resultado se introduce en la misma.
código de operación
Una computadora en su lenguaje máquina puede tener instrucciones de las anteriores,
según sea su arquitectura.
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METODOS DE DIRECCIONAMIENTO
Se habla de direccionamiento en una instrucción al modo de indicar en la misma el lugar
donde está situado el dato que va a intervenir en ella. Los direccionamientos utilizados en
Las instrucciones son Los siguientes:
• Direccionamiento inmediato: en él, el dato a utilizar se halla en la propia
instrucción, en el acumulador o en la pila.
• Direccionamiento directo: en este caso la instrucción contiene la dirección de
memoria central donde se encuentra el dato.
• Direccionamiento indirecto: la instrucción contiene la dirección de memoria
central donde se encuentra la dirección de memoria que contiene el dato.
• Direccionamiento indexado: en el la dirección de memoria central donde se
encuentra el dato, se obtiene sumándole a la dirección que lleva la instrucción una
cantidad, que se encuentra en un registro especial llamado índice.
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UNIDAD VII
TIPOS DE MEMORIA
Zócalos de Memoria o Bancos de Memoria
Las memorias se agrupan en módulos que se conectan en la placa base de la
computadora:
SIMM: Single in line Memory Module 30 Pines.
SIMM 72 Pines.
DIMM: Dual In-line Memory Module, Hasta 168 Pines.
RIMM: Rambus in line Memory Module, 184 pines.
MEMORIAS RAM
(Random Access Memory), o memória de acesso aleatório. Se compone de uno o más chips y se utiliza como memoria de trabajo para programas y datos. Se trata de una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información.
Son volátiles, es decir, pierde su contenido al desconectar la energía eléctrica; pero hay memorias (como la memoria RAM flash), que no lo son porque almacenan datos.
Se dividen en: Estáticas (SRAM, Static Random Access Memory), y Dinámicas (DRAM, Dynamic Random Access Memory).
Dinámicas, DRAM: La lectura es destructiva, es decir que la información se pierde al leerla, para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus celdas, operación denominada refresco.
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TIPOS DE MEMORIA DRAM
DRAM (Dynamic Random Access Memory o RAM Dinámica): Es la memoria de
trabajo, también llamada RAM, esta organizada en direcciones que son
reemplazadas muchas veces por segundo. Esta memoria llegó a alcanzar
velocidades de 80 y 70 nanosegundos (ns), esto es el tiempo que tarda en vaciar
una dirección para poder dar entrada a la siguiente, entre menor sea el número,
mayor la velocidad, y fué utilizada hasta la época de los equipos 386.
FPM (Fast Page Mode): El nombre de esta memoria procede del modo en el que
hace la transferencia de datos, que también es llamado paginamiento rápido. Era el
tipo de memoria normal para las computadores 386, 486 y los primeros Pentium,
llegó a fabricarse en velocidades de 60ns y la forma que presentaban era en
módulos SIMM de 30 pines, para los equipos 386 y 486 y para los equipos Pentium
era en SIMM de 72 pines.
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Módulo SIMM de 30 pines.
Módulo SIMM de 72 pines.
EDO (Extended Data Output): Esta memoria fue una innovación en cuestión de
transmisión de datos pudiendo alcanzar velocidades de hasta 45ns, dejando
satisfechos a los usuarios. La transmisión se efectuaba por bloques de memoria y
no por instrucción como lo venía haciendo las memorias FPM. Se utiliza en equipos
con procesadores Pentium, Pentium Pro y los primeros Pentium II, además de su
alta compatibilidad, tienen un precio bajo y es una opción viable para estos equipos.
Su presentación puede ser en SIMM ó DIMM.
SDRAM (Synchronous DRAM): Esta memoria funciona como su nombre lo indica,
se sincroniza con el reloj del procesador obteniendo información en cada ciclo de
reloj, sin tener que esperar como en los casos anteriores. La memoria SDRAM
puede aceptar velocidades de BUS de hasta 100Mhz, lo que nos refleja una muy
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buena estabilidad y alcanzar velocidades de 10ns. Se presentan en módulos DIMM,
y debido a su transferencia de 64 bits, no es necesario instalarlo en pares.
RDRAM (Rambus DRAM): Esta memoria tiene una transferencia de datos de 64
bits que se pueden producir en ráfagas de 2ns, además puede alcanzar taza de
tranferencia de 533 Mhz con picos de 1.6Gb/s. Muy pronto alcanzará dominio en el
mercado, ya que se estará utilizando en equipos con el nuevo procesador Pentium
4. Es ideal ya que evita los cuellos de botella entre la tarjeta gráfica AGP y la
memoria del sistema, hoy en día se pueden encontrar éste tipo de memorias en las
consolas NINTENDO 64. Será lanzada al mercado por SAMSUNG e HITACHI.
Otros tipos de memoria RAM
BEDO (Burst Extended Data Output): Fue diseñada para alcanzar mayores
velocidades de BUS. Trabaja de igual forma que la SDRAM, ó sea, la transferencia
de datos se hace en cada ciclo de reloj, pero esta memoria lo hace en ráfagas
(burst), haciendo que los tiempos de entrega desaparezcan casi totalmente.
DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM ): Esta memoria tendrá el mismo aspecto
que un DIMM, pero la diferencia estará en que tendrá más pines, pasando de 168
pines del actual DIMM a 184 pines, además de tener sólo una muesca en la tableta.
Viendo un poco de voltaje, la DDR trabajará con tan sólo 2.5V, siendo ésta una
reducción del 30% respecto a los actuales 3.3V de la SDRAM. Trabajará a
velocidades de 200Mhz.
Módulo de tipo DIMM de 184 pines y 64 bits
DDR2 SDRAM: Son una evolución de los módulos DDR SDRAM. Se trata de
módulos del tipo DIMM, en este caso de 240 contactos y 64bits. Tienen unas
velocidades de bus de memoria real de entre 100MHz y 266MHz. La principal
característica de estos módulos es que son capaces de realizar cuatro accesos
por ciclo de reloj (dos de ida y dos de vuelta), lo que hace que su velocidad de
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bus de memoria efectiva sea el resultado de multiplicar su velocidad de bus de
memoria real por 4. Esto duplica la velocidad en relación a una memoria del tipo
DDR, pero también hace que los tiempos de latencia sean bastante más altos
(pueden llegar a ser el doble que en una memoria DDR). El consumo de estas
memorias se sitúa entre los 0 y 1.8 voltios, es decir, casi la mitad que una
memoria DDR.
Módulo DDR2 tipo DIMM con 240 pines y 64 bits
VRAM: Es como la memoria RAM normal, pero la diferencia radica en que podrá
ser accedida al mismo tiempo por el monitor y el procesador de la tarjeta de video,
se podrá leer y escribir en ella al mismo tiempo.
SGRAM (Synchronous Graphic RAM): Ofrece las mismas capacidades de la
memoria SDRAM pero para las tarjetas gráficas, se utiliza en las nuevas tarjetas
gráficas aceleradoras 3D.
TIPOS DE MEMORIA ROM
Significa "memoria de sólo lectura": una memoria de semiconductor destinada a ser leída
y no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella y que conserva intacta la
información almacenada, incluso en el caso de que se interrumpa la corriente (memoria
NO volatil).
Generalmente usada para almacenar programas que realizan tareas de arranque de la
máquina y de diagnósticos. La mayoría de los computadores personales contienen una
pequeña cantidad de ROM que almacena programas críticos tales como aquellos que
permiten arrancar la máquina (BIOS CMOS).
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EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory): Se utiliza para corregir
errores de última hora en la ROM, el usuario no la puede modificar y puede ser
borrada exponiendo la ROM a una luz ultravioleta.
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Esta memoria
puede ser borrada y volver a ser programada por medio de una carga eléctrica,
pero sólo se puede cambiar un byte de información a la vez.
MEMORIA FLASH: La memoria flash es una forma evolucionada de la memoria
EEPROM que permite que múltiples posiciones de memoria sean escritas o
borradas en una misma operación de programación mediante impulsos eléctricos,
frente a las anteriores que sólo permite escribir o borrar una única celda cada vez.
Por ello, flash permite funcionar a velocidades muy superiores cuando los sistemas
emplean lectura y escritura en diferentes puntos de esta memoria al mismo tiempo.
Las capacidades de almacenamiento de estas tarjetas que integran memorias flash
comenzaron en 128 MB pero actualmente se pueden encontrar en el mercado
tarjetas de hasta 32 GB. La velocidad de transferencia de estas tarjetas, al igual que
la capacidad de las mismas, se ha ido incrementando progresivamente. La nueva
generación de tarjetas permitirá velocidades de hasta 30 MB/s. Las aplicaciones
más habituales son:
o El llavero USB que, además del almacenamiento, suelen incluir otros
servicios como radio FM, grabación de voz y, sobre todo como reproductores
portátiles de MP3 y otros formatos de audio.
o Las PC Card
o Las tarjetas de memoria flash que son el sustituto del carrete en la fotografía
digital, ya que en las mismas se almacenan las fotos.
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SISTEMA BASICO DE ENTRADA SALIDA BIOS
(Basic Input Output System, Sistema de entrada / salida básico) es una memoria ROM,
EPROM o FLASH-Ram la cual contiene las rutinas de más bajo nivel que hace posible
que el ordenador pueda arrancar, controlando el teclado, el disco y la disquetera permite
pasar el control al sistema operativo.
Además, la BIOS se apoya en otra memoria, la CMOS (llamada así porque suele estar
hecha con esta tecnología), que almacena todos los datos propios de la configuración del
ordenador, como pueden ser los discos duros que tenemos instalados, número de
cabezas, cilindros, número y tipo de disqueteras, la fecha, hora, etc, así como otros
parámetros necesarios para el correcto funcionamiento del ordenador.
Esta memoria está alimentada constantemente por una batería, de modo que, una vez
apaguemos el ordenador no se pierdan todos esos datos que nuestro ordenador necesita
parafuncionar.
Ahora todas las placas suelen venir con una pila tipo botón, la cual tiene una duración de
unos 4 ó 5 años (aunque esto puede ser muy variable), y es muy fácil de reemplazar.
Antiguamente, las placas traían una pila corriente soldada en la placa base, lo que
dificultaba muchísimo el cambio, además de otros problemas como que la pila tuviera
pérdidas y se sulfataran ésta y la placa.
Además, la BIOS contiene el programa de configuración, es decir, los menús y pantallas
que aparecen cuando accedemos a los parámetros del sistema, pulsando una secuencia
de teclas durante el proceso de inicialización de la máquina.
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Actualmente el interfase es mucho mas amigable (las BIOS marca AMI, se gestionan con
ventanas y con el ratón) y dan muchas facilidades, como la auto detección de discos
duros.
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UNIDAD VIII
UNIDADES DE ENTRADA SALIDA
Son todos aquellos aparatos que entregan los resultados del proceso de información o
reciben los datos para trasmitirlos a la memoria de la máquina. Se les conoce también con
el nombre de dispositivos periféricos, y los más importantes son: el teclado, el monitor y la
impresora. Su variedad es creciente y también su grado de complejidad.
La entrada y salida de información desde y hacia la memoria de la computadora se realiza
mediante aparatos que actúan como interfaces entre el hombre y la máquina. Son los
puentes que unen al usuario con la computadora. Existen dispositivos para dar salida a la
información, como el monitor; otros brindan entrada a los datos, como el teclado o el
mouse; algunos tienen la doble función de enviar y recibir información, como el módem.
Todos ellos enriquecen el funcionamiento de la computadora y hacen que la ejecución de
los programas sea más atractiva y eficiente.
A estos dispositivos también se les llama dispositivos Periféricos.
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UNIDADES DE ENTRADA
TECLADO: Un teclado se compone de una serie de teclas agrupadas en funciones que
podremos describir: Teclado alfanumérico (letras, números, símbolos ortográficos,
enter, etc), Teclado de Función ( F1, ESC), Teclado Numérico (parte derecha del
teclado alfanumérico, operadores + -), y Teclado Especial (flechas de función).
MOUSE: este periférico se le llamó así por su parecido con este roedor. Suelen estar
constituidos por una caja con una forma más o menos anatómica en la que se encuentran
dos botones que harán los famosos clicks de ratón siendo transmitidos por el cable al
puerto PS/II o al puerto de serie (COM1 normalmente).
Existen modelos modernos en los que la transmisión se hace por infrarrojos eliminando
por tanto la necesidad de cableado. Otros presentan la bola en la parte superior de la caja
no estando por tanto en contacto con la alfombrilla y teniendo que ser movida por los
dedos del usuario aunque se origina el mismo efecto.
ESCANER: Es un dispositivo utiliza un haz luminoso para detectar los patrones de luz y
oscuridad (o los colores) de la superficie del papel, convirtiendo la imagen en señales
digitales que se pueden manipular por medio de un software de tratamiento de imágenes
o con reconocimiento óptico de caracteres. Un tipo de escáner utilizado con frecuencia es
el flatbed, que significa que el dispositivo de barrido se desplaza a lo largo de un
documento fijo. En este tipo de escáneres, como las fotocopiadoras de oficina, los objetos
se colocan boca abajo sobre una superficie lisa de cristal y son barridos por un
mecanismo que pasa por debajo de ellos. Otro tipo de escáner flatbed utiliza un elemento
de barrido instalado en una carcasa fija encima del documento.
LECTOR DE CODIGO: Lector de código de barras: dispositivo que mediante un haz de
láser lee dibujos formados por barras y espacios paralelos, que codifica información
mediante anchuras relativas de estos elementos. Los códigos de barras representan datos
en una forma legible por el ordenador, y son uno de los medios más eficientes para la
captación automática de datos.
MICROFONO: Periférico por el cual transmite sonidos que el ordenador capta y los
reproduce, los salva, etc. Se conecta a la tarjeta de sonido.
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CAMARA DE FOTOS DIGITAL: Toma fotos con calidad digital, casi todas incorporan una
pantalla LCD (Liquid Cristal Display) donde se puede visualizar la imagen obtenida. Tiene
una pequeña memoria donde almacena fotos para después transmitirlas a un ordenador.
CAMARA DE VIDEO: Graba videos como si de una cámara normal se tratara, pero las
ventajas que ofrece en estar en formato digital, que es mucho mejor la imagen, tiene una
pantalla LCD por la que ves simultáneamente la imagen mientras grabas. Se conecta al
PC y este recoge el video que has grabado, para poder retocarlo posteriormente con el
software adecuado.
WEBCAM: Es una cámara de pequeñas dimensiones. Sólo es la cámara, no tiene LCD.
Tiene que estar conectada al PC para poder funcionar, y esta transmite las imágenes al
ordenador. Su uso es generalmente para videoconferencias por internet, pero mediante el
software adecuado, se pueden grabar videos como una cámara normal y tomar fotos
estáticas.
LAPIZ OPTICO: dispositivo señalador que permite sostener sobre la pantalla un lápiz que
está conectado al ordenador y con el que es posible seleccionar elementos u opciones (el
equivalente a un clic de mouse o ratón), bien presionando un botón en un lateral del lápiz
óptico o presionando éste contra la superficie de la pantalla.
JOYSTICK: dispositivo señalador muy conocido, utilizado mayoritariamente para juegos
de ordenador o computadora, pero que también se emplea para otras tareas.
DISPOSITIVOS DE SALIDA
MONITOR: es la pantalla en la que se ve la información suministrada por el ordenador. En
el caso más habitual se trata de un aparato basado en un tubo de rayos catódicos (CRT)
como el de los televisores, mientras que en los portátiles es una pantalla plana de cristal
líquido (LCD). Características:
Resolución (RESOLUTION): Se trata del número de puntos que puede representar
el monitor por pantalla, en horizontal x vertical. Así, un monitor cuya resolución
máxima sea 1024x 768 puntos puede representar hasta 768 líneas horizontales de
1024 puntos cada una, probablemente además de otras resoluciones inferiores,
como 640x480 u 800x600.
Refresco de Pantalla: Se puede comparar al número de fotogramas por segundo de
una película de cine, por lo que deberá ser lo mayor posible. Se mide en HZ
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(hertzios) y debe estar por encima de los 60 Hz, preferiblemente 70 u 80. A partir de
esta cifra, la imagen en la pantalla es sumamente estable, sin parpadeos
apreciables, con lo que la vista sufre mucho menos.
Tamaño de punto (DOT PITCH): Es un parámetro que mide la nitidez de la imagen,
midiendo la distancia entre dos puntos del mismo color; resulta fundamental a
grandes resoluciones. En ocasiones es diferente en vertical que en horizontal, o se
trata de un valor medio, dependiendo de la disposición particular de los puntos de
color en la pantalla, así como del tipo de rejilla empleada para dirigir los haces de
electrones.
DISPOSITIVOS DE ENTRADA SALIDA
DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO
Son dispositivos que sirven para almacenar el software del ordenador. Se basa en dos
tipos de tecnologías: la óptica y la magnética. La magnética se basa en la histéresis
magnética de algunos materiales y otros fenómenos magnéticos, mientras que la óptica
utiliza las propiedades del láser y su alta precisión para leer o escribir datos.
DISCO DURO: Un disco duro es un soporte de almacenamiento mas o menos perdurable.
Tiene tecnología magnética. Son habituales desde que salió el 286. Un disco duro está
compuesto de numeroso discos de material sensible a los campos magnéticos, apilados
unos sobre otros. Su giro posee una velocidad tan alta (unas 4.000 rpm), que es
recomendable instalarle un ventilador para su refrigeración.
Dispositivos de entrada-salida. Difiere de los flexibles en la capacidad, la velocidad de
acceso en el hecho de que no es transportable (removible), sino que está conectado (en
la mayoría de los casos) al interior del ordenador. Las capacidades de los tiempos de
acceso de los discos duros son diversos, en cuanto a la capacidad varían entre 20 Mb
(actualmente desfasados), 40 Mb, 60 Mb, 80 Mb, 120 Mb, 170 Mb hasta los 550, 720, 200
GigaByte o más. Los tiempos de acceso también varían y se miden en milisegundos.
o Los discos duros generalmente utilizan un sistema de grabación magnética digital.
Contiene una serie de platos metálicos apilados girando a gran velocidad. Sobre
estos platos se sitúan los cabezales encargados de leer o escribir los impulsos
magnéticos.
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o Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de
aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez.
o El cabezal (dispositivo de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados
verticalmente que se mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez.
o En la punta de dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al
movimiento del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del
disco.
Hay varios conceptos para referirse a zonas del disco:
o Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.
o Cara: Cada uno de los dos lados de un plato
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o Cabeza: Número de cabezales;
o Pista: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.
o Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están
alineadas verticalmente (una de cada cara).
o Sector :Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo,
siendo el estándar actual 512 bytes, las pistas exteriores pueden almacenar más
sectores que en las interiores.
o Así, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumenta el
número de sectores en las pistas exteriores, y usa más eficientemente el disco
duro.
o LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consiste en dividir el disco
entero en sectores y asignar a cada uno un único número. Este es el que
actualmente se usa.
CD-ROM: La palabra CD-ROM viene de Compact Disc-Read Only Memory. Disco
compacto de solo lectura. Es un soporte óptico. Sistema de almacenamiento de
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información en el que la superficie del disco está recubierta de un material que refleja la
luz. La grabación de los datos se realiza creando agujeros microscópicos que dispersan la
luz (pits) alternándolos con zonas que sí la reflejan (lands). Se utiliza un rayo láser y un
fotodiodo para leer esta información. Su capacidad de almacenamiento es de unos
650 Mb de información (equivalente a unos 74 minutos de sonido grabado).
DVD: El DVD (también conocido como "Digital Versatile Disc" o "Disco Versátil Digital", debido a su popular uso en películas algunos lo llaman Disco de Video Digital) es un
formato de almacenamiento óptico que puede ser usado para guardar datos, incluyendo
películas con alta calidad de vídeo y audio. Se asemeja a los discos compactos en cuanto
a sus dimensiones físicas (diámetro de 12 u 8 centímetros), pero están codificados en un
formato distinto y a una densidad mucho mayor. A diferencia de los CD, todos los DVD
deben guardar los datos utilizando un sistema de archivos denominado UDF (Universal
Disk Format).
DISQUETERA: Por malo y anticuado que sea un ordenador, siempre dispone de al
menos uno de estos aparatos. Su capacidad es totalmente insuficiente para las
necesidades actuales, pero cuentan con la ventaja que les dan los muchos años que
llevan como estándar absoluto para almacenamiento portátil.
DISCOS OPTICOS: Dispositivo de entrada-salida. Estos dispositivos utilizan tecnología
láser para grabar los datos. Tienen una gran capacidad de almacenamiento de la orden
de Gigabytes (1 Gigabyte=1024Mb- unos mil millones de bytes).
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UNIDAD IX
BUSES DE UN SISTEMA DE COMPUTACION
INTRODUCCION
EI bus representa básicamente una serie de cables mediante los cuales pueden cargarse
datos en la memoria y desde allí transportarse a la CPU. Por así decirlo es la autopista de los datos dentro del
PC ya que comunica todos los componentes del ordenador con el microprocesador. El
bus se controla y maneja desde la CPU.
El bus es el medio de interconexión entre los diferentes subsistemas de un sistema. El
procesador y la memoria principal se han de comunicar con los dispositivos de
entrada/salida, además de estar interconectados entre sí. En definitiva, el bus nos permite
tener todos los subsistemas conectados sin la necesidad de tener líneas dedicadas para cada uno de
ellos.
Un bus es un conjunto o está constituido por varias líneas de comunicación, cada una de
1 bit. Un bus puede tener 8, 16, 32, y hasta 64 líneas. Así, un bus de 32 líneas enviará 32 bits,
es decir, el doble de información en el mismo tiempo, que un bus de 16 líneas. Al bus se pueden
conectar varios dispositivos.
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TIPOS DE BUSES
Existen tres tipos de buses del sistema:
BUS DE DATOS
Lleva los datos que es necesario enviar de un elemento a otro, puede ser bidireccional
(los datos pueden ir en uno u otro sentido). Existe un bus de datos interno, integrado
dentro del microprocesador, utilizado para transferir datos entre la UAL, Unidad de conrol,
y los diferentes registro (ejemplo: entre el microprocesador y la memoria) y uno externo,
entre la computadora y sus periféricos (ejemplo: Computadora e impresora).
Las transacciones entre el procesador y la memoria principal se realizan a través del bus
del sistema. Los dispositivos de entrada/salida se comunican entre sí a través de un bus
dedicado que recibe el nombre de bus de entrada/salida, entre los dispositivos del hardware: de
Entrada como el Teclado, el Escáner, el Ratón, etc.; de salida como la Impresora, el
Monitor o la tarjeta de Sonido; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Diskette o la
Memoria-Flash. Esta organización libera tráfico entre el procesador y la memoria,
separando las transacciones de entrada/salida.
Estas transferencias que se dan a través del Bus de Datos son gobernadas por varios
dispositivos y métodos, de los cuales el Controlador PCI, "Peripheral Component
Interconnect", Interconexión de componentes Periféricos, es uno de los principales. Su
trabajo equivale, simplificando mucho el asunto, a una central de semáforos para el tráfico
en las calles de una ciudad.
El tamaño de un bus de datos, está determinado por su número de líneas, y es el valor que define
el número de bits del microprocesador, equivalente al número de bits que puede tratar a la
vez la UAL.
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Ejemplo: si un bus de datos tiene un ancho de 8 bits, y las instrucciones son de 16 bits, la
CPU debe acceder al módulo de memoria dos veces por cada ciclo de instrucción.
BUS DE DIRECCIONES
Muchos de los elementos de una computadora así como las posiciones de memoria
tienen una dirección única dentro del sistema. De esta dirección se puede leer un dato o
en esta dirección podemos escribir un dato.
El bus de direcciones es utilizado para comunicar el microprocesador con las celdas de
memoria RAM. Cuando el microprocesador quiere leer el contenido de una celda de
memoria, envía por el bus de direcciones la dirección de la celda que desea leer,
recibiendo el dato o contenido de la celda a través del bus de datos.
El tamaño del bus de direcciones define la cantidad de memoria RAM que puede
gestionar o acceder el microprocesador.
Ejemplo: si en el caso hipotético que un computador tuviera un bus de direcciones de
únicamente 2 líneas, solo podría tener 4 direcciones para acceder a 4 celdas de memoria.
Si cada celda de memoria es de 8 bits, la cantidad total de memoria que puede
direccionar o usar será de 4 bytes o 32 bits.
Las cuatro direcciones son: 00 01 10 y 11.
En general, la cantidad máxima de memoria que puede utilizar el microprocesador,
depende de la fórmula 2n, donde n representa el número de líneas del bus de direcciones.
El "ancho de canal" explica la cantidad de bits que pueden ser transferidos
simultáneamente. Así, el Bus de datos transfiere 8 bytes a la vez.
Para el Bus de Direcciones, el "ancho de canal" explica así mismo la cantidad de
ubicaciones o Direcciones diferentes que el microprocesador puede alcanzar. Esa
cantidad de ubicaciones resulta de elevar el 2 a la 32 potencia. "2" porque son dos las
señales binarias, los bits 1 y 0; y "32 potencia" porque las 32 pistas o líneas del Bus de
Direcciones son, en un instante dado, un conjunto de 32 bits.
Así, el Canal de Direcciones del Microprocesador para una PC-ATX puede "direccionar"
más de 4 mil millones de combinaciones diferentes para el conjunto de 32 bits de su Bus.
Cuanto más líneas haya disponibles, mayor es la dirección máxima y mayor es la
memoria a la cual puede dirigirse de esta forma. En el bus de direcciones original habían
103
ya 20 direcciones, ya que con 20 bits se puede dirigir a una memoria de 1 MB y esto era
exactamente lo que correspondía a la CPU.
PROCESADOR Bus de direcciones Bus de datos
8086 20 16
8088 20 8
80186 20 16
80188 20 8
80286 24 16
80386 SX 32 16
80386 DX 32 32
80486 DX 32 32
80486 SX 32 32
PENTIUM 32 64
PENTIUM PRO 32 64
BUS DE CONTROL
Son hilos que transportan señales de control, dan la información del estado de ciertos
componentes, la dirección del flujo de la información, controlan el momento
(temporización) en que suceden ciertos eventos de manera que no haya choques de
datos, transmiten señales de interrupción, etc.
Ejemplo: Si la CPU quiere leer unos datos de memoria para después enviarlo a la
impresora o la pantalla, primero pone en el bus de direcciones la dirección del dato en
memoria, lo lee (lo obtiene a través del bus de datos), después pone en el bus de
direcciones la otra dirección (la de pantalla o impresora) y escribe (con ayuda del bus de
datos). Quién controla todo este proceso es el bus de control.
104
CONEXIONES DEL HARDWARE
Para funcionar, el hardware necesita unas conexiones materiales que permitan a los
componentes comunicarse entre sí e interaccionar. Un bus constituye un sistema común
interconectado, compuesto por un grupo de cables o circuitos que coordina y transporta
información entre las partes internas de la computadora.
El bus de una computadora consta de dos canales: uno que la CPU emplea para localizar
datos, llamado bus de direcciones, y otro que se utiliza para enviar datos a una dirección
determinada, llamado bus de datos. Un bus se caracteriza por dos propiedades: la cantidad
de información que puede manipular simultáneamente (la llamada 'anchura de bus') y la
rapidez o velocidad con que puede transferir dichos datos.
Una conexión en serie es un cable o grupo de cables utilizado para transferir información
entre la CPU y un dispositivo externo como un mouse, un teclado, un módem, un
digitalizador y algunos tipos de impresora.
Este tipo de conexión sólo transfiere un dato de cada vez, por lo que resulta lento. La
ventaja de una conexión en serie es que resulta eficaz a distancias largas.
Una conexión en paralelo utiliza varios grupos de cables para transferir simultáneamente
más de un bloque de información.
La mayoría de los digitalizadores e impresoras emplean este tipo de conexión. Las
conexiones en paralelo son mucho más rápidas que las conexiones en serie, pero están
limitadas a distancias menores de 3 m entre la CPU y el dispositivo externo.
Lista de buses PC
• Tarjetas internas o PCI o AGP, exclusivo de tarjetas gráficas. o PCI-Express sustituye tanto a PCI como a AGP como nuevo estándar. o ISA. o VESA (Existencia efímera y sustituido por PCI). o bus MCA (propiedad de IBM y también de existencia efímera(al igual que
VESA)). o Ranura AMR o Ranura CNR Estas dos ranuras no han tenido mucho éxito.
• Conexión exterior o USB. o Firewire (IEEE 1394).
105
ESTRUCTURAS DE INTERCONEXION DE UN SISTEMA DE
COMPUTACION
Por su particular importancia se considera la estructura de interconexión tipo bus.
EL BUS XT Y EL BUS ISA (AT)
Cuando en 1980 IBM fabricó su primer PC, este contaba con un bus de expansión
conocido como XT que funcionaba a la misma velocidad que los procesadores Intel 8086
y 8088 (4.77 Mhz). El ancho de banda de este bus (8 bits) con el procesador 8088
formaba un tandem perfecto, pero la ampliación del bus de datos en el 8086 a 16 bits dejo en
entredicho este tipo de bus, pareciendo los denominados cuellos de botella.
Con la introducción del AT apareció un nuevo bus en el mundo del PC, que en relación
con el bus de datos tenía finalmente 16 bits (BUS ISA: Industry Standard Arquitectura,
funcionando a 8.33 Mhz ), pero que era compatible con su antecesor. La única diferencia
fue que el bus XT era síncrono y el nuevo AT era asíncrono. Las viejas tarjetas de 8 bits
de la época del PC pueden por tanto manejarse con las nuevas tarjetas de 16 bits en un
mismo dispositivo. De todas maneras las tarjetas de 16 bits son considerablemente más
rápidas, ya que transfieren la misma cantidad de datos en comparación con las tarjetas de
8 bits en la mitad de tiempo (transferencia de 16 bits en lugar de transferencia de 8 bits).
BUS MICRO CANAL – MCA
Vistas las limitaciones que tenía el diseño del bus ISA en IBM se trabajó en un nueva
tecnología de bus que comercializó con su gama de ordenadores PS/2. El diseño MCA
(Micro Channel Arquitecture) permitía una ruta de datos de 32 bits, más ancha, y una
velocidad de reloj ligeramente más elevada de 10 Mhz, con una velocidad de
transferencia máxima de 20 Mbps frente a los 8 Mbps del bus ISA.
Bajo MCA, la CPU no es más que uno de los posibles dispositivos dominantes del bus a
los que se puede acceder para gestionar transferencias. La circuitería de control, llamada
CAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado control del bus
para determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos que
dominan el bus.
106
Es cierto que el progreso conlleva un precio: La nueva arquitectura de IBM es totalmente
incompatible con las tarjetas de expansión que se incluyen en el bus ISA. Esto viene
derivado de que los conectores de las tarjetas de expansión MCA eran más pequeños
que las de los buses ISA. De esto se pueden sacar dos conclusiones. Por un lado el coste
de estas tarjetas era menor y por otro ofrecía un mayor espacio interior en las pequeñas
cajas de sobremesa.
EISA ( Extended ISA)
El principal rival del bus MCA fue el bus EISA, también basado en la idea de controlar el
bus desde el microprocesador y ensanchar la ruta de datos hasta 32 bits. Sin embargo
EISA mantuvo compatibilidad con las tarjetas de expansión ISA ya existentes lo cual le
obligo a funcionar a una velocidad de 8 Mhz (exactamente 8.33). Esta limitación fue a la
postre la que adjudico el papel de estándar a esta arquitectura, ya que los usuarios no
veían factible cambiar sus antiguas tarjetas ISA por otras nuevas que en realidad no
podían aprovechar al 100%.
Su mayor ventaja con respecto al bus MCA es que EISA era un sistema abierto, ya que
fue desarrollado por la mayoría de fabricantes de ordenadores compatibles PC que no
aceptaron el monopolio que intentó ejercer IBM. Estos fabricantes fueron: AST, Compaq,
Epson, Hewlett ackard, NEC, Olivetti, Tandy, Wyse y Zenith.
Esta arquitectura de bus permite multiproceso, es decir, integrar en el sistema varios
buses dentro del sistema, cada uno con su procesador. Si bien esta característica no es
utilizada más que por sistemas operativos como UNIX o Windows NT.
En una máquina EISA, puede haber al mismo tiempo hasta 6 buses principales con
diferentes procesadores centrales y con sus correspondientes tarjetas auxiliares.
En este bus hay un chip que se encarga de controlar el tráfico de datos señalando
prioridades para cada posible punto de colisión o bloqueo mediante las reglas de control
de la especificación EISA. Este chip recibe el nombre de Chip del Sistema Periférico
Integrado (ISP). Este chip actúa en la CPU como un controlador del tráfico de datos.
107
VESA LOCAL BUS
Al contrario que con el EISA, MCA y PCI, el bus VL no sustituye al bus ISA sino que lo
complementa. Un PC con bus VL dispone para ello de un bus ISA y de las
correspondientes ranuras (slots) para tarjetas de ampliación. Además, en un PC con bus
VL puede haber, sin embargo, una, dos o incluso tres ranuras de expansión, para la
colocación de tarjetas concebidas para el bus VL, casi siempre gráficos. Solamente estos
slots están conectados con la CPU a través de un bus VL, de tal manera que las otras
ranuras permanecen sin ser molestadas y las tarjetas ISA pueden hacer su servicio sin
inconvenientes.
La especificación VL-Bus como tal, no establece límites, ni superiores ni inferiores, en la
velocidad del reloj, pero una mayor cantidad de conectores supone una mayor
capacitancia, lo que hace que la fiabilidad disminuya a la par que aumenta la frecuencia.
En la práctica, el VL-BUS no puede superar los 66 Mhz. Por este motivo, la especificación
VL-BUS original recomienda que los diseñadores no empleen más de tres dispositivos de
bus local en sistemas que operan a velocidades superiores a los 33 Mhz. A velocidades
de bus superiores, el total disminuye: a 40 Mhz solo se pueden incorporar dos
dispositivos; y a 50 Mhz un único dispositivo que ha de integrarse en la placa. En la
práctica, la mejor combinación de rendimiento y funciones aparece a 33 Mhz.
Tras la presentación del procesador Pentium a 64 bits, VESA comenzó a trabajar en un
nuevo estándar (VL-Bus versión 2.0). La nueva especificación define un interface de 64
bits pero que mantienen toda compatibilidad con la actual especificación VL-BUS. La
nueva especificación 2.0 redefine además la cantidad máxima de ranuras VL-BUYS que
se permiten en un sistema sencillo. Ahora consta de hasta tres ranuras a 40 Mhz y dos a
50 Mhz, siempre que el sistema utilice un diseño de baja capacitancia.
BUS PCI
Visto lo anterior, se puede ver que el bus del futuro es claramente el PCI de Intel. PCI
significa: interconexión de los componentes periféricos (Peripheral Component
Interconnect) y presenta un moderno bus que no sólo está meditado para no tener la
relación del bus ISA en relación a la frecuencia de reloj o su capacidad sino que también
la sincronización con las tarjetas de ampliación en relación a sus direcciones de puerto,
108
canales DMA e interrupciones se ha automatizado finalmente de tal manera que el
usuario no deberá preocuparse más por ello.
El bus PCI es independiente de la CPU, ya que entre la CPU y el bus PCI se instalará
siempre un controlador de bus PCI, lo que facilita en gran medida el trabajo de los
diseñadores de placas. Por ello también será posible instalarlo en sistemas que no estén
basados en el procesador Intel si no que pueden usar otros, como por ejemplo, un
procesador Alpha de DEC. También los procesadores PowerMacintosh de Apple se
suministran en la actualidad con bus PCI.
Las tarjetas de expansión PCI trabajan eficientemente en todos los sistemas y pueden ser
intercambiadas de la manera que se desee. Solamente los controladores de dispositivo
deben naturalmente ser ajustados al sistema anfitrión (host) es decir a su correspondiente
CPU.
Como vemos el bus PCI no depende del reloj de la CPU, porque está separado de ella
por el controlador del bus. Si se instalara una CPU más rápida en su ordenador. No
debería preocuparse porque las tarjetas de expansión instaladas no pudieran soportar las
frecuencias de reloj superiores, pues con la separación del bus PCI de la CPU éstas no
son influidas por esas frecuencias de reloj. Así se ha evitado desde el primer momento
este problema y defecto del bus VL.
El bus PCI emplea un conector estilo Micro Channel de 124 pines (188 en caso de una
implementación de 64 bits) pero únicamente 47 de estas conexiones se emplean en una
tarjeta de expansión.
La ventaja de la velocidad de este sistema de bus es que este hardware puede participar
del continuo incremento de velocidad de los procesadores.
PUERTOS
Las diferencias entre los distintos puertos son sus principios de funcionamientos
(características y capacidades), sus conectores y los dispositivo que pueden conectarse a
uno u otro. A continuación se describen estas características para los distintos puertos.
109
PUERTO PARALELO
El funcionamiento del puerto paralelo se basa en la transmisión de datos simultáneamente
por varios canales, generalmente 8 bits. Por esto se necesitan 8 cables para la
transmisión de cada BIT, mas otros tantos cables para controles del dispositivo, el numero
de estos dependerá del protocolo de transmisión utilizado.
La interfase del puerto paralelo cuenta con masas, línea de datos, entradas de dialogo y
salidas de dialogo.
El puerto físico es el LPT1. Su conector es del tipo DB-25 el cual cuenta con 25 pines
El PC puede manejar hasta dos puertos mas aparte del LPT1 estos son el LPT2 y el LPT3
mediante la utilización de una placa de expacion para puerto paralelo.
La desventaja de este puerto es que no puede transmitir datos a distancias mayores de 4
o 5 metros.(para mayores distancias se usan amplificadores de línea).
PUERTO SERIE
Este puerto es de entrada y salida de datos para MODEM, mouse, etc. La transmisión
de datos se realiza por una sola línea full duplex, es decir que puede enviar y recibir
información simultáneamente.
Pero debido a que la PC internamente trabaja con buses de hasta 128 bits es necesaria la
existencia de un bloque el cual esta formado por un circuito integrado que se encarga de
la conversión serie / paralelo y viceversa, este integrado esta presente en todas las PC y
se llama UART.
Los puertos físicos del puerto serie son el COM 1 utilizado generalmente para
comunicarse con el mouse y el COM 2 utilizado generalmente para comunicarse con el
MODEM. Los conectores que utiliza este puerto son el DB-9 macho (mouse) DB-25
macho (periféricos externos)
El método de transmisión / recepción, para el protocolo de transmisión de datos, sólo se
tienen en cuenta dos estados de la línea, 0 y 1, también llamados Low y High. Cuando no
se transmite ningún carácter, la línea esta High. Si su estado pasa a Low, se sabe que se
transmiten datos. Por convenio se transmiten entre 5 y 8 bits, pero la BIOS sólo soporta
una anchura de datos de 7 u 8 bits. Durante la transmisión, si la línea está Low, se envía
un 0 y si está High indica un BIT a uno. Se envía primero el BIT menos significativo,
siendo el más significativo el último en enviarse.
110
A continuación se envía un BIT de paridad para detectar errores. Finalmente se mandan
los bits de stop, que indican el fin de la transmisión de un carácter. El protocolo permite
utilizar 1, 1,5 y 2 bits de stop.
PUERTO UNIVERSAL SERIAL BUS USB
Desde que nació la PC., por motivos de compatibilidad, algunas de sus características
han permanecido inalterables al paso del tiempo. Si bien es cierto que estos conectores
todavía hoy cumplen su función correctamente en casos como la conexión de un teclado,
un ratón o un modem, se han quedado ya desfasados cuando tratamos de conectar
dispositivos más rápidos como por ejemplo una cámara de video digital.
USB nace como un estándar de entrada / salida de velocidad media-alta que va a permitir
conectar dispositivos que hasta ahora requerían de una tarjeta especial para sacarles
todo el rendimiento. Pero además, USB nos proporciona un único conector para solventar
casi todos los problemas de comunicación con el exterior, pudiéndose formar una
auténtica red de periféricos de hasta 127 elementos.
Mediante un par de conectores USB que ya hoy en día son estándar en todas las placas
base, y en el espacio que hoy ocupa un sólo conector serie de 9 pines nos va a permitir
conectar todos los dispositivos que tengamos, desde el teclado al modem, pasando por
ratones, impresoras, altavoces, monitores, scaners, camaras digitales, de video, plotters,
etc... sin necesidad de que de que nuestro PC disponga de un conector dedicado para
cada uno de estos elementos, permitiendo ahorrar espacio y dinero.
JUMPERS
La función de los jumpers es la de puentiar pines para setear configuraciones como
pueden ser habilitar o deshabilitar placas VGA on boar, setear el voltaje de alimentación
de las memorias DIMMs, setear la velocidad y factor de multiplicación del micro
procesador en la placa madre y seteos especiales en algunas placas de expansión de
diversos tipos o realizar tareas especificas como el borrado de la memoria CMOS RAM.
111
TARJETA MADRE – MAIN BOARD
112
EJERCICIOS Y CUESTIONARIO
Sistemas de Numeración:
Defina el rango de dígitos, y describa el conjunto de dígitos para un Sistema de
Numeración de base 5.
Defina el rango de dígitos y describa el conjunto de dígitos para un Sistema de
Numeración de base 13.
Conversión de Sistemas de Numeración.
Conversión de cualquier base a base 10. Convertir.
(101110.01)2 a b10.
(90DEA.B3)16 a b10.
(5312.042)6 a b10
(MARIO.LUIS)32 a b10. Primero defina cuales son los dígitos del sistema en base 32.
(123.02)4 a b10.
Conversión de base diez a cualquier base. Convertir:
(1234.8)10 a b4.
(1234.8)10 a b2.
(987.65)10 a b16.
(9075.13)10 a b32.
(234.8)10 a b12.
113
Conversión de base x a base y. Convertir:
(90DEA.B3)16 a b32.
(1110111.11)2 a b8.
(5312.042)6 a b12.
(312.02)4 a b8.
(1110111.11)2 a b16.
Calculo del número de bits requeridos para representar un valor.
Para un conjunto de 28 valores, determine:
o El número de bits requeridos para este conjunto de valores.
o Cual es el mayor valor decimal a representarse
o Cual es el mayor valor binario a representarse.
Para n= 8 bits, determine:
o El rango de valores a representarse.
o Describa el conjunto de valores.
Para m = 35 valores. Determine:
o El conjunto real de valores m. o El mínimo valor binario del conjunto.
o El máximo valor binario.
Representación binaria, octal y hexadecimal.
o Represente o codifique el octal (10762.3)8 en binario.
o Codifique o represente el hexadecimal (CARLOS.109)16 en binario.
114
Conversión entre bases múltiplos de una base binaria. Convertir:
(90DEA.B3)16 a b32.
(312.02)4 a b8.
(6420.35)8 a b16.
(LUIS.6)16 a b4.
Representación decimal codificado en binario.
Represente el decimal (9075)10 en: o Ponderación: 8 4 2 1.
o Ponderación: 4 2 2 1.
o Exceso de la base en tres.
El siguiente BCD: 1001 0011 1000 0101, esta representado en Exceso de la base
en tres. Determine:
o El valor decimal real representado.
o El valor decimal real, represente en ponderaciones 8 4 2 1 y 4 2 2 1.
El siguiente BCD: 1111 0010 0000 0101, está representado en ponderación 4 2 2
1. Represente:
o En exceso de la base en tres.
o En ponderación 8 4 2 1.
Bid de Verificación.
Si un computador opera en paridad par, determine el bit de paridad para el
siguiente conjunto de caracteres:
bp zona carácter? 0101 0000? 0010 1010? 0011 1001? 0101 0111
Aritmética Binaria.
Sumar en binario los siguientes valores: o (1011101) + 10001).
115
o (1101101110) + (101001110).
o (10001) + (10100). Que valor debemos sumar a 10001 para que su resultado sea 101110.
Los valores de las compras de cuatro artículos son: $84, $155, $482, y $28.
Determine el valor del pago total en binario.
Resta Binaria.
El resultado de restar un número binario a 110111 es 100101, determine ese
número.
Restar los siguientes valores:
o (1100001) – (101110).
o (10101011) – (1110111).
o (1111) – (1000).
Producto Binario.
Realice los siguientes productos binarios:
o (1100011) x (100011).
o (110110111001) x (10001101).
Si el divisor es 11, el cociente es 11 y el residuo es 10. Determine el dividendo.
Determine el área del triángulo, si su base es 110010 y su altura es 10100.
Si el lado de un cuadrado es 11, determine su área.
División Binaria.
Encuentre el valor de las siguientes divisiones:
o (1000011) / (10).
o (1111011011) / (111).
o (101010110) / (101).
o (1000000) / (10000).
Compruebe las divisiones anteriores. (Dividendo = (divisor x cociente)+residuo.
Determine el factor por el que hay dividir a 1011000 para que su cociente sea
1000.
Determine la velocidad, si el valor del espacio 100000000 y el valor del tiempo es
1000. Las unidades de las magnitudes pueden ser cualquiera.
116
Complemento a la base menos uno.
Determine el complemento a la base menos uno de los siguientes valores:
o (9ABC)13.
o (DEFA3)16.
o (107052)8.
o (GALO912)26.
Complemento a la base.
Determine el complemento a la base de los siguientes valores:
o (CAFE35)16.
o (1011011101)2.
o (1234567)8.
o (43210)5.
Binarios punto fijo con signo
En Notación Signo Magnitud:
Para n = 3 bits. Determine:
o El rango K de valores a ser representados.
o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos.
En Notación Complemento a Uno:
Para n = 2 bits. Determine:
o El rango K de valores a ser representados.
o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos.
En Notación Complemento a Dos:
Para n= 5 bits. Determine.
o El rango K de valores a ser representados.
o Represente o escriba el conjunto de valores positivos y negativos.
117
Notación Decimal codificado en Binario
Representar +9806, y -9806.
o Mediante el uso de un bit para el signo.
o Mediante el uso de 4 bits para el signo.
Representar +9806 y su correspondiente complemento.
o En Complemento a nueve.
o En Complemento a diez.
Sumar en Complemento a dos
Realice las siguientes operaciones en Complemento a dos.
o (-56) + (-124).
o (-1587) + (+587).
o (+891) + (-596).
o (-457) + (-785).
Adición en BCD
Adición sin signo.
Realice las siguientes operaciones.
o (1234) + (4321).
o (60957) + (9354)
o (8193) + (9285)
Adición con signo.
Encuentre los resultados de las siguientes operaciones.
o (-423) + (-205)
o (+5482) + (-160).
o (-101) + (-202).
Representación de Binarios Punto Flotante
Representar en forma exponencial binaria normalizada los siguientes valores.
o (111111101.000000101)
118
o (0.00000000001101)
o (101.1110101) Mediante codificación binaria directa, represente en una palabra de 32 bits, con el
exponente en CA2 y en la forma n+2t-1, los siguientes valores.
o (-0.0815)10.
o (123.45)10.
o (-0.000259)10.
o (0.00099)10.
CUESTIONARIO
UNIDAD II
Formule el propósito principal del uso de un computador.
Mencione otras aplicaciones (4) o campos de actividad, en las que se utilizan los
computadores, en la actualidad.
Mencione cual es la capacidad de ejecución, de un computador moderno.
Mencione cual es la diferencia básica y fundamental, entre las generaciones
segunda y tercera, de los computadores.
UNIDAD III
Cual es la Unidad del computador, que transfiere los datos entre la memoria y la
CPU, para su proceso.
Si el computador tiene que realizar una operación de comparación, que unidad del
computador, realiza ésta tarea.
Antes de ser procesados los datos y las instrucciones, en qué componente del
computador, se encuentra o reside esta información.
Señale el literal que identifica, lo que tiene que realizar un computador:
a) Memoria.
b) Operando.
c) Celda de memoria.
d) Instrucción.
119
e) Procesador.
Para que sirven los dispositivos de E/S.
UNIDAD IV
Cual es la función principal de una CPU.
A que se debe el nombre de microprocesador.
A las siguientes afirmaciones, conteste con Verdadero o Falso.
o Los transistores se caracterizan porque consumen menos energía y espacio:
o Los términos CPU y microprocesador, tienen igual significado:
o Los CPU, son componentes exclusivos de los computadores:
o El chip, es un gran conjunto de transistores:
Escriba el significado de los siguientes términos:
o LSI:
o MSI:
o ICs:
o SSI:
En qué unidades se mide la velocidad de un microprocesador.
Cual es la diferencia entre velocidad interna y velocidad externa, en un
computador.
Cual es la forma de presentación de los ICs.
Cuales son las principales características que se mejoran, cuando mayor cantidad
de ICs se empaquetan en un chjp.
Indique cuales son los pasos generales cuando la CPU ejecuta un programa.
La CPU en la fase de lectura realiza las siguientes tareas. Ordene en el orden
lógico en que la CPU, realiza éstas tareas.
120
o El PC es incrementado por la longitud de palabra de instrucción.
o La localización de la instrucción en memoria es realizada mediante un
número.
o Toma o recupera una instrucción de la memoria.
o El componente encargado de recuperar de localizar la instrucción en
memoria es el Contador de Programa (PC).
Cuales son las operaciones más comunes que realiza la ALU.
La ALU procesa números, que tipo de representación (tratadas en Unidad I) usa
para dichos números.
Que indican los siguientes Registros de Estado.
o V:
o Z:
o C:
Que funciones desempeña el Registro Acumulador.
Si un supuesto Bus de direcciones, tiene 5 bits, para direccionar las celdas de
memoria RAM, indique:
o Cuantas direcciones puede generar este bus.
o Escriba las direcciones.
UNIDAD V
Establezca las diferencias entre microprocesadores CISC y RISC.
Que es lo que determina el rendimiento de la CPU.
Que características establecen la diferencia entre los modelos de
microprocesadores.
Mencione para un socket 775 tres tipos de micros soportados, en las familias
INTEL Y AMD.
121
UNIDAD VI
Exprese 2.097.152 bits en Kbytes.
Exprese 32 Gbytes en Mbytes y en bytes.
Establezca la diferencia entre Direccionamiento Directo e Indirecto.
Establezca la diferencia entre Memoria Principal y Disco Duro.
Indique que contiene el RDM.
Indique que contiene RIM.
En que componente de la memoria principal, se encuentra la dirección de un dato
que va a ser procesado.
Para una instrucción de tres operandos, indique que contienen cada uno de los
operandos.
UNIDAD VII
Describa la función del Sistema BIOS.
Que tipo de memoria es un USB.
Indique que contiene una memoria ROM.
Indique la diferencia entre memoria RAM y ROM.
UNIDAD IX
Cual es el componente que controla a un Bus.
Mediante que elemento, están comunicados o conectados todas las unidades o
componentes de un computador.
Conteste Verdadero o Falso, a las siguientes declaraciones.
o Un bus representa un bit.
o Un bus representa un conjunto de líneas de comunicación.
o Por cada línea de comunicación viaja un bit.
122
o Los periféricos de Entrada / Salida se comunica a través del Bus Interno.
A través de que Bus se comunican los diferentes dispositivos de Entrada / Salida.
Explique cual de los siguientes Buses, tiene mayor capacidad y porqué, Bus de 26
líneas, y un Bus de 24 líneas.
Que es lo que particularmente caracteriza a un Bus.
Establezca la diferencia entre, conexión en Paralelo y conexión en Serie.
BIBLIOGRAFIA
Textos:
Ingeniería Computacional. M. Morris Mano.
Organización de Computadores un Enfoque Estructuradol
Andrew S. Tanenbaum.
Arquitectura de Computadores. John I. Hennssy – David A. Patterson.
Arquitectura de Computadores . Nicholas Carter.
Direcciones electrónicas:
o http://www.monografias.com/trabajos33/dispositivos/dispositivos.shtml
o http://www.todo-programacion.com.ar/archives/2005/04/la_unidad_centr.html
o http://www.monografias.com/trabajos/bus/bus.shtml.
http://bioinfo.uib.es/~joemiro/teach/infAl/ciclo5/guardia.PDF
o http://www.unicrom.com/Cmp_estructura1.asp
o http://webs.uvigo.es/redes/ffi/complementos/perifericos/Partes%20de%20un%20co
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