Laboratorio

El objetivo de la clase: Breve repaso de cmo medimos la informacin en la

computadora Introducir algunos conceptos bsicos acerca de la

estructura fsica (hardware) de una computadora La pregunta: Es til preocuparse por la estructura interna de una

computadora? La respuesta Hay una gran cantidad de profesionales que requieren

conocer las computadoras con un cierto detalle Al menos, siempre es necesario conocer las

caractersticas de la computadora y los requerimientos (fsicos) de los programas que deben usarse

Consideremos los siguientes conceptos: Bit (BInary digiT) es la cantidad de informacin que

puede almacenarse en una variable binaria. No hay que confundir el bit con la variable ni con su valor: una variable binaria es la que puede tomar dos valores estables: 0 1, blanco o negro, si o no, etc La necesidad de codificar informaciones ms complejas

ha llevado a agrupar varios bits, apareciendo as las siguientes unidades

El byte es la cantidad de informacin que puede codificarse en 8 bits; representa por tanto 28=256 valores

La palabra se define en relacin con la maquina considerada, como la cantidad de informacin que la maquina puede manejar de una sola vez. Para evitar equvocos, se habla de palabras de 8 bits, 16 bits, 32 bits, etc

1 Kbyte = 210 bytes = 1.024 bytes 1 Mbyte = 1.048.576 bytes (220 = 1.0242)

21 = 222 = 423 = 824 = 1625 = 3226 = 6427 = 12828 = 25629 = 512210 = 1024

Consideramos una computadora como una unidad de produccin

Una unidad de produccin: adquiere materia prima la elabora finalmente, vende la materia elaborada

Una computador: toma algunos datos, los procesa finalmente, devuelve el resultado obtenido al

procesar la informacin

Comparemos a una computadora con una panadera. en la panadera se compra harina, levadura, (entrada

de datos) posteriormente se elaboran (procesamiento) para

producir pan finalmente, se vende (salida de datos) para comprar y vender se necesitan personas que se

relacionen con el exterior; en un computador esta labor se realiza mediante los perifricos

dentro de la panadera podemos encontrar dos zonas bien diferenciadas e indispensables: la primera es la zona de amasado junto con el horno, y la segunda es el almacn

en el computador el almacn lo representa la memoria y la zona de trabajo es la unidad central de proceso o UCP a su vez, la UCP, consta de la unidad de control o UC

(el encargado que controla los procesos de amasado y horneado) y la unidad aritmtica y lgica o UAL (zona de amasado y horno)

naturalmente, entre las distintas zonas deben existir pasillos de comunicacin para poder sincronizar las acciones de cada uno; en un computador esta informacin se enva y recibe a travs de los buses

En la memoria principal se guarda el conjunto de instrucciones (programa) que est siendo ejecutado, junto con los datos de entrada y de salida de la ejecucin

A la memoria la podemos estudiar desde dos puntos de vista un punto de vista fsico (distintos medios de

almacenamiento) un punto de vista lgico (de tratamiento de la

informacin)

Para acceder a cada palabra de memoria debemos poder referirnos a ellas

Esto se hace asignando una direccin numrica binaria a cada palabra a modo de direccin postal

La direccin de memoria determina una palabra de memoria, que es la que contiene la informacin

En la memoria se realizan operaciones elementales de lectura y escritura, que escriben o leen la informacin contenida en una sola palabra de memoria

Para las operaciones de lectura y escritura, los dispositivos de memoria disponen de dos registros: el de direccin (RD) el de intercambio de memoria (RIM).

El RD (registro de direccin) Indica la direccin de memoria que se quiere leer o

escribir Puesto que debe tener capacidad para albergar

cualquier direccin de memoria, es un registro de d bits siguiendo la notacin anterior

RIM (registro de intercambio de memoria) Alberga la palabra leda o que se va a escribir en

la direccin dada por el RD y, por lo tanto, tiene tantos bits como la longitud de palabra de memoria

La memoria est conectada con: la UCP y tambin con los perifricos a travs de los buses de direcciones, de datos y de control que describiremos ms adelante

El proceso de lectura o escritura se puede dividir en los siguientes pasos: 1) A travs del bus de direcciones llega un nmero

de direccin de memoria que se almacena en el RD 2) Simultneamente, por el bus de control, llega

una seal que indica si la operacin que debe realizarse es de lectura o de escritura

3) Si la operacin es de escritura: Por el bus de datos llega la palabra que se quiere

escribir. sta se almacena en el RIM y se escribe donde indique RD.

Si la operacin es de lectura: Se lee la informacin que se encuentra en la direccin

almacenada en el RD y se escribe en el RIM. 4) La memoria genera, por el bus de control, una

seal de control que indica el fin de la operacin

Podemos destacar vrios niveles de memria: 1) Memoria principal 2) Memoria secundaria 3) Memoria auxiliar Los 2 ltimos tipos de memorias los desarrollaremos en

otra clase Hemos dicho anteriormente que las memorias son

dispositivos de lectura y escritura Existe otros tipos de memorias de solo lectura,

que hace las veces de manual de comportamiento de la mquina que la contiene.

Las memorias de slo lectura reciben el nombre memorias ROM (Read Only Memory). Las computadoras vienen dotados con una

memoria de este tipo donde se almacena la rutina de arranque Otras aplicaciones de este tipo de memoria las

encontramos: lavarropas automticos juguetes electrnicos

Algunas variantes de la memoria ROM son: PROM (ROM programable al menos una sola vez

mediante dispositivos especiales) EPROM (PROM borrable, erasable PROM, se programan

mediante dispositivos que emiten rayos utravioletas) EEPROM (PROM elctricamente borrable. Se puede borrar

y escribir elctricamente) Las memorias de lectura y escritura toman el

nombre de RAM (Random Access Memory) Son memorias voltiles en el sentido de que necesitan la

alimentacin elctrica para conservar la informacin

Sabiendo la necesidad de contar con memorias cada vez ms rpidas y con ms capacidad se han ideado mtodos de optimizacin para la memoria principal. Encontramos estos aspectos: Memorias cach: son memorias de gran velocidad, del

tipo RAM, debido a su alto costo, suelen tener una capacidad muy pequea. En la actualidad esta memoria est integrada en el procesador, y su cometido es almacenar una serie de instrucciones y datos a los que el procesador accede continuamente, con la finalidad de que estos accesos sean instantneo

Tipos de memoria cach: Cach de 1er nivel (L1): Esta cach est integrada en

el ncleo del procesador, trabajando a la misma velocidad que este. La cantidad de memoria cach L1 vara de un procesador a otro (64k a 256k). Esta memoria esta dividida en dos partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos.

Cach de 2 nivel (L2): Integrada tambin en el procesador, aunque no directamente en el ncleo de este, tiene las mismas ventajas que la cach L1, aunque es algo ms lenta que esta. La cach L2 suele ser mayor que la cach L1 (llegando a 2 mb)

Cach de 3er nivel (L3): Es un tipo de memoria cach ms lenta que la L2, muy poco utilizada en la actualidad. Esta cach estaba incorporada a la placa base, no al procesador, y su velocidad de acceso era bastante ms lenta que una cach de nivel 2 o 1, ya que si bien sigue siendo una memoria de una gran rapidez (muy superior a la RAM, y mucho ms en la poca en la que se utilizaba), depende de la comunicacin entre el procesador y la placa base.

Memoria virtual: Se desarrolla con el propsito de poder hacer uso

de ms memoria de la que fsicamente se dispone La idea consiste en usar la memoria secundaria,

generalmente un disco duro, como memoria principal

Un usuario que dispone de memoria virtual tiene la impresin de estar trabajando con un mapa de direcciones de memoria (direcciones lgicas) mucho mayor del que fsicamente dispone (direcciones fsicas)

Existen otras tcnicas para mejorar la utilizacin de la memoria como son la paginacin y la segmentacin. Estas tcnicas utilizan programas de gestin de memoria que forman parte del sistema operativo (este tema se tratar en las siguientes clases)

La UCP representa el cerebro de la computadora y all es donde se procesa la informacin recibida, por lo que casi siempre nos referiremos a ella como el procesador

La UCP est formada por: unidad de control (UC) -> clasifica y organiza las

instrucciones recibidas (encargado) unidad aritmtica y lgica (UAL) ->ejecuta las

instrucciones (donde se amasa y cocina" la informacin)

Las tareas de la UC son Recibir la instruccin que se va a ejecutar Determinar su tipo (clculo aritmtico, lgico) Determinar si esa instruccin necesita argumentos

almacenados en la memoria Leer (en su caso) las direcciones de memoria que

contienen los argumentos de la instruccin Dar la orden correspondiente a la UAL

La tareas de la UAL son Ejecutar las instrucciones aritmticas y lgicas, una

vez que la UC ha determinado su tipo y ha ledo sus argumentos (si los hubiera)

Las instrucciones que llegan a la UAL son muy sencillas, y se reducen a un clculo aritmtico elemental (suma-resta-multiplicacin-divisin)

Un clculo lgico (and, or, etc)

La UC est dotada de unos cuantos registros internos de memoria que usa para almacenar datos elementales durante la ejecucin de una instruccin elemental

Esta memoria dispone de un cierto nmero de registros con un cometido particular, entre los que destacan el Registro de instruccin Contador de programa

El registro de instruccin Almacena aquella que est siendo ejecutada

El contador de programa Almacena la direccin de la siguiente instruccin

que debe ser ejecutada. Existen, adems, otros registros que

almacenan los resultados parciales de la ejecucin de una instruccin

El funcionamiento de la UC est regido por los impulsos de un reloj que sincroniza la realizacin de las distintas operaciones y determina la velocidad del procesador

Su frecuencia se mide en MHz (megaherzios, millones de ciclos por segundo)

Descripcin de los pasos de la unidad de control (UC) Leer el contador de programa Almacenar en el registro de instruccin el

contenido de la direccin de memoria que aparece en el contador de programa

Averiguar si la instruccin necesita argumentos y, en su caso, determinar sus direcciones de memoria

Leer los argumentos y almacenarlos en los registros internos

Ordenar a la UAL que ejecute el cmputo necesario

Descripcin de los pasos de la unidad de control (UC) Almacenar el resultado de la ejecucin Actualizar el contador de programa con la

siguiente instruccin por ejecutar La UC dispone de un dispositivo

denominado secuenciador que efecta esta descomposicin en pasos elementales

La unidad aritmtica y lgica es el horno donde se cocina la informacin; su tarea consiste en recibir instrucciones junto con sus argumentos y ejecutarlas, dando a cambio el resultado de su operacin

Esta unidad consta de Operadores que ejecutan fsicamente las instrucciones

recibidas Una serie de registros para almacenar informacin

mientras se ejecuta una instruccin Algunos sealizadores de estado que indican resultados

obtenidos al realizar un cmputo (resultado cero, overflow, o desbordamiento, ect)

Podemos considerar Perifricos de entrada, Perifricos de salida Perifricos de almacenamiento

Asimismo podemos distinguir entre perifricos locales y perifricos remotos, segn su conexin a la computadora

Perifrico local: El mouse, se encuentra cerca de la UCP conectado

mediante cables que hacen las veces de prolongador de los buses de la computadora

Perifrico remoto Una impresora del centro de operaciones, la conexin se

realiza a travs de una red de comunicaciones

Ejemplos de perifricos De entrada de datos

Teclado Mouse Sensores Escner

De salida de datos Pantalla o monitor Plotter Impresora

De entrada y salida de datos Modem (MOdulador, DEModulador) Placas de red

Perifricos de almacenamiento Aunque se trata en realidad de perifricos de

entrada y salida, suelen estudiarse aparte Los perifricos de almacenamiento son tambin

conocidos como memorias secundarias y memorias auxiliares

El primero de todos los dispositivos de almacenamiento magntico fue la unidad (lectora y grabadora) de cinta magntica, y posteriormente se desarrollaron las unidades de discos fijos (tambin llamados discos duros) y las unidades de discos flexibles

En una cinta magntica el acceso a la informacin es secuencial (tenemos que hacer correr la cinta hasta que aparezca la informacin que buscamos); esto hace que sea un medio muy lento

Los discos magnticos reciben este nombre por su forma y porque su superficie es magntica y son dispositivos de acceso directo -> no tenemos que recorrer toda la informacin que hay delante de la que necesitamos

Los discos magnticos necesitan organizarse lgicamente para poder albergar informacin de un modo ordenado; dar formato a un disco magntico es dotarlo de la organizacin lgica

La informacin se almacena siguiendo crculos, llamados pistas, que a su vez se dividen en sectores que contienen un cierto nmero de palabras (celdas)

Tipos de organizaciones de discos FAT (Tabla de Asignacin de Archivos, en ingls, File

Allocation Table (FAT) FAT32 fue la respuesta para superar el lmite de tamao

de FAT16 NTFS (New Technology File System) es un sistema de

archivos diseado especficamente para Windows NT (utilizado luego en Windows 2000, Windows XP, Windows Vista y Windows 7), con el objetivo de crear un sistema de archivos eficiente, robusto y con seguridad incorporada desde su base.

Es un sistema adecuado para las particiones de gran tamao requeridas en estaciones de trabajo de alto rendimiento y servidores.

Puede manejar discos de hasta 2 Terabytes.

Para indicar una direccin, se especifica la pista y el sector donde comienza la informacin, por lo cual una transferencia de datos a un disco siempre empieza en la primera palabra de un sector

Los componentes de una computadora (memoria y perifricos) intercambian informacin con la UCP, obviamente esta comunicacin se debe hacer mediante medios fsicos

La comunicacin entre los distintos componentes se realiza a travs de lneas que transportan informacin binaria

El transporte de informacin puede realizarse de dos modos: Comunicacin en serie:

La informacin se transmite un bit tras otro. El mouse es un ejemplo tpico de perifrico con comunicacin en serie

Comunicacin en paralelo: Se transmite la informacin a travs de varias lneas

simultneamente, de modo comparable a una autopista de varios carriles (lneas) por las que los vehculos (informacin binaria) fluyen simultneamente.

Se transmite de byte en byte. Un perifrico tpicamente comunicado en paralelo es la

impresora.

Las lneas de comunicacin se agrupan segn el tipo de informacin que transporten, y cada uno de estos conjuntos de lneas recibe el nombre de bus

Los buses de comunicacin pueden ser de tres clases: Bus de direcciones

A travs del cual la UC determina la direccin de memoria o dispositivo de E/S con el que se intercambia informacin

Bus de datos Por el que viajan los datos para ser almacenados en la

memoria Bus de control

Que, como su nombre indica, transporta informacin de control para la sincronizacin de todo el trabajo