FUNDAMENTOS DEL HARDWARE 1


TEMA 1. INTRODUCCION A LOS SISTEMAS INFORMATICOS

1- Definicion de un sisitema informatico:

Es un conjunto de dispositivos, con almenos una CPU, (Unidad Central de Proceso) que estaran fisica y logicamente conectados entre si a travez de canales, lo que se denomina modo local, o se comunicaran por medio de diversos dispositivos o medios de transporte, en el llamado modo remoto. Dichos elementos se integran por medio de una serie de componentes logicos o software coc los que puede llegar a interactuar uno o varios agentes externos, entre ellos el hombre.

Objetivo de un sistema informatico son:

·                     Dar soporte al procesado,
·                     almacenamiento,
·                     entrada y salida de datos

Elementos de un sistema informatico:

Todo sistema informatico debe disponer de dos elementos basicos:
Un sistema fisico o Hardware y un sistema logico o saftware, a los que hay que añadirle un tercero que es los recursos humanos, tambien es importante la documentacion (conjunto de manuales impresos o en formato digital que explican los procedimientos del sistema informatico)

USUARIO
APLICIONES INFO
SISTEMA OPERATIVO
HARDWARE

Todo sistema informatico se puede contemplar desde dos aspectos: su descripcion fisica ( como es fisicamente, analizando los componentes que lo constituyen ), y su descricpcion funcional ( funciones de sus componentes, como interactuan unos con otros). Estudiaremos las distintas arquitecturas de un computador en especial la arquitectura tradicional o clasica de un ordenador personal o PC, que toma como partida la historica arquitectura de Von Newman, Por otro lado estudiaremos la estructura fisica del sistema informatico o lo que comunmente se denomina Hardware comercial; es decir, veremos como son fisicamente, para que sirven, y que caracteristicas tienen los diferentes componentes actuales que componen un PC, integrados apartir de la placa basey recogidos dentro de un chasis, comunicandose con distintos dispositivos de entrada, salida o entrada-salida.
 
2- Evolucion historica desde un punto de vista fisico

Las computadoras entendidas como maquinas para procesar datos no son un invento reciente, sino que tienen detras un largo proceso evolutivo,
 
Por aquellos años estaba ya muy claro que el sistema binario, basado en 0 y 1, es el que daba soporte al ordenador. Se hacian necesarios dispositivos lectronicos que permitiesen almacenar esa información. A este tipo de dispositivos se les llamo dispositivos BIESTABLES  y la evolucion electronica de los mismos fue determinante en los siguientes pasos que se dierón, apartir de las segunda guerra mundial en los años 40, se dieron rapidos avances en el mundo de la electronica y la historia de los ordenadores, despega, apartir de aqui comienza una carrera que llega hasta nuestros dias.

Vamos a clasificar por distintas etapas llamadas generaciones  caracterizadas por los diferentes componentes que dan soporte a los biestables.

1ra Generacion 1940-1956, comprende los primeros grandes ordenadores basados en la arquitectura de Von Newman y surgen por una necesidad vital al considerarse un instrumento armamentistico durante la segunda guerra mundial.

Caracteristicas principales de estos ordenadores:

 a - Uo de la tecnologia basada en valvulas de vacio, tecnologia que sustituyo a los interruptores electromecanios para dar soporte a los biestables.
 b - Empleo de computadoras con fines militares y sientificos.
 c - Eran maquinas muy grandes y pesadas, muy lentas de tal forma que algunos programas implicaban dias de espera.
 d - Destacan de esta epoca maquinas como el ENIAC - Marck I - IBM 701: fue el primer gran computador basado en valvulas de vacio.

2da Generacion 1956 - 1963, Aparece el transistor en 1956, la funciones del transistor son similares a las de la valvula de vacio, pero con un ahorro significativo en tamaño y consumo.

Caracteristicas principales de esta generación:

a - Tecnologia basada en transistores.
b - Siguen siendo el campo cientifico el de mayor aplicacion, pero comienza su uso con fines comerciales. Aparece la serie IBM 7090, se comercializa para grandes empresas.
c - Empleo de los primeros perifericos.
d - Se llamaban supercomputadoras. Aparacen los primeros lenguajes de programación, y los famosos sistemas batch o de procesamiento por lotes.( permitian la ejecucion de un programasin el control o supervision directa del usuario ).

3ra Generación 1964 - 1971. Se caracteriza por la aparicion de los circuitos integrados. se trata de integrar en un solo chip todos los transistores y circuitos analogicos que ralizán las operaciones basicas de un ordenador, este descubrimiento produjo grandes cambios en cuanto al tamaño, velocidad, compatibilidad, etc.

Caracteristicas principales de esta generación:

a - Uso de la tecnología basada en la escala de integración pequeña o SSI, con decenas de transistores, para luego pasar a una escala de integracion media MSI, esta empleaba ciento de transistores integrados en cada chip.
b - Aparecen los discos flexibles magneticos creados por IBM y el monitor.
c- Aparecen nuevos lenguajes de programación.
d - Aparece el concepto de mini-ordenador y MAINFRAME
e - Aparecen lenguajes de alto nivel C - BASIC - PASCAL
f - Aparen Sistem/360

4 Generación desde 1971 al 1981  Se caracteriza por la popularizacion del microordenador, y de la computadora personal o domestica. La tecnología permite integrar mas circuitos en una pastilla o chip, pues nueva mente se reduce el espacio, el precio de las maquinas y eso conlleva a que sea mas ascequible.

Caracteristicas principales de esta generación:

a - Tecnología de alta escala de integración LSI q         ue empleaba miles de transistores en una sola pastilla.
b - Aparece el concepto de microprocesador, entendido como aquel circuito integrado que contiene algunos o todos los elementos hardware de la CPU
c - Proliferan los lenguajes de programación.
d - Muchas familias comienza a tener computadoras en su casa, como las famosas ZX-ESPECTRUM - COMMODORE 64 Y 128 - AMSTRAD CPC

5 Generación 1982 - 1991  El microprocesador sigue evolucionanado reduciendo su tamaño y permitiendo muchas mas operaciones y funcionalidades.

Caracteristicas principales de esta generación:

a - Tecnologia VLSI muy alta escala de integración.
b - Desarrollo y expancion de la tecnologia multimedia.
c - Desarrollo de la interfaz grafica del usuario
d - Las computadoras bajaron bastante los precios y empieza de uso en todos los ambitos.
e - Se extiende el uso de las redes.
f  - Aparece el concepto de la ley de MOORE, desarrollada por el co-fundador de INTEL Gordon C. Moore.

6 generación Desde 1992 hasta la actualidad: Se emplean tecnologías superiores de integración cómo ULSI (Ultra Large Scale integration), que emplea entre 100000 y 1 millón de transistores, también la GSI (Giga Large Scake Integration) que tiene mas de  millón de transistores.

En la actualidad la fabricación de las computadores esta basada en múltiples micro-procesadores que trabajan al mismo tiempo de forma que algunas maquinas pueden llegar a realizar mas de i billón de operaciones aritméticas por segundo.
Además se ha extendido la conectividad de las computadoras mediante el empleo de redes y cada vez crece mas el uso de aplicaciones soportadas por la propia red como Internet. Las redes de area mundial o WAM  (red de área amplia) , se han desarrollado pero seguirán creciendo desorbitadamente utilizando medios de comunicación como la fibra óptica y satélites con anchos de banda impresionantes.

 
Evolución Histórica desde el punto de vista funcional

Desde un punto de vista funcional los ordenadores, aparentemente no han evolucionado mucho ya que todavía sigue vigente el esquema de funcionamiento de la arquitectura de Von Neumann, con una serie de módulos funcionales comunes (elementos de entrada y salida, memoria principal y secundaria, procesador y buses, aunque si han existido grandes cambios en la forma de comunicarse y operar entre si.

El sistema informático ha evolucionado desde una primera situación en que todos los componentes del mínimo se encontraban centralizados en un mismo lugar y nos encontrábamos con sistemas aislados, hasta la situación actual en la que los componentes de un sistema se pueden encontrar repartidos en diferentes lugares físicos dando lugar a  sistemas conectados o en red que pueden llegar a colaborar entre si dando lugar a los llamados SISTEMAS DISTRIBUIDOS.

SISTEMAS DISTRIBUIDOS, la evolución e implantación ha pasado por diferentes fases, se pueden organizar de forma vertical o jerárquica y de forma horizontal.

-DISTRIBUCION VERTICAL: existen varios niveles como son,
o    Primer nivel o corporativo
o    Segundo nivel o departamental
o    Tercer nivel o puesto personal

En cada uno se usan distintos tipos de equipos con configuraciones también características.

- DISTRIBUCION HORIZONTAL,  Aquí todos los equipos tienen la misma categoría, no existe un equipo central o jefe en el primer nivel de la jerarquía. Suele existir un conjunto de ordenadores conectados que operan entre si sin que ninguno de ellos centralice la información.



                  

FUNCIONAMIENTO BASICO DE UN SISTEMA INFORMATICO

Un sistema informático maneja información de todo tipo, imagen, txt, numero, video, sonido, etc..Dándole entrada y salida o procesándola. Para ello utilizara mecanismos de representación, almacenamiento y presentación como veremos a continuación.
El ordenador en su funcionamiento trata de emular el comportamiento humano a la hora de representar una imagen, pero al ser una maquina digital cuyo soporte es la electrónica solo es capaz de representar información binaria por lo que los ordenadores necesitan codificar la información del mundo real al equivalente binario y utilizar mecanismos para su presentación.

Tera – Peta – Exa – Sseta – Yotta

Desde los inicio de la informática la forma de codificar la información ha sido un problema, fundamentalmente por la falta de acuerdo en los métodos de representación, no había un estándar, cada fabricante utilizaba sus propios métodos. Hoy en día existen numerosos estándares para representar la información.
Un estándar es un conjunto de especificaciones que regulan diferentes actividades. 

Como se representan los números: Los números se almacenan dependiendo del tipo de valor que sea: (natural – entero o real Naturales: Enteros positivos, Real: Parte decimal, Enteros: positivos . negativos sin decimal), Utilizando diferentes sistemas de representación numérica como es el caso del complemento a la Base en sus diferentes versiones C1- C2 para números enteros o el estándar IEE794 para números reales. 

Para la representación del texto:  Lo que se hace es codificar cada carácter de la cadena a almacenar empleando una seria de valores binarios con los que se corresponde de acuerdo a un determinado código. Código ASCII ( 7BITS – 128 caracteres), ASCII extendido ( 8 BITS caracteres 256) UNICODE (4bytes – se representan todos los símbolos).

Para la representación de imágenes: Una forma básica de representarlas en binario son las llamadas imágenes matriciales, rasterizadas o de mapa de bits, en las que se almacena la información de cada pixel ( cada unos del os puntos distinguibles en la imagen), con valores de tamaño dependiendo del numero de colores que admita la representación, lo que se denomina profundidad del color( numero de colores con los que se representa la imagen). 

Representación imágenes vectoriales: Las llamadas imágenes vectoriales o escalables se representan a través de vectores que son objetos formados matemáticamente como segmentos, polígonos, arcos y otras figuras, almacenándose distintos atributos matemáticos de los mismos (Ejemplo: Un circulo blanco se define por la posición de su centro, el tamaño de su radio, el grosor y color de la línea y el color de relleno). 

Representación del Audio: Es información por naturaleza analógica o continua, es una onda que transcurre durante un tiempo. Para almacenar ese sonido abra que representar de alguna forma esa onda para que después se pueda mandar la señal adecuada a dispositivos de salida de audio.

Para guardar el sonido de esa onda se toma el valor de la amplitud (Altura de la onda) en binario con un numero de bits, llamado calidad de muestreo y determinara la salida que determinara la calidad del mimos, habitualmente son 16 o 32 bits. Esta operación se hace cada cierto tiempo, tomándose u numero de puntos por segundo, llamada frecuencia se mide en hercios (puntos por segundos):
22Khz=22000puntos/seg

En telefonía se utilizan 8Khz,
En radio 22Khz
En un CD 44.1Khz
El sonido puede ser en mono o estereo, para sonido estereo se almacenan 2 ondas.
El tamaño de un sonido almacenado vendría dado por la séte formula:
TAMAÑO=NUMERO DE CANALES (mono o estereo) X CALIDAD DE MUESTRO (numero de bits) X FRECUENCIA X DURACION 

Ejemplo: Si tenemos 30 sg de sonido estereo con una calidad de 32bits y una frecuencia de 22Khz, el tamaño que ocupara será:
2X32X22000x30=42240000bits/8 5280000/1024=5156.26KB

Representación de Video: Tenemos que partir de la base que es un representación de imágenes y sonido en el tiempo.
Una película no es más que una serie de cuadros o imágenes desplegados unos tras otros  para crear la sensación de movimiento. Mediremos la cantidad de imágenes por segundo llamada FRAMES (FPS)

Ejemplo: Tenemos un video de 30sg, grabado a una resolución de 640X480 y 32bits de profundidad de color y a 30fps con sonido estereo de 32bits de calidad con frecuencia de 22Khz. Cuanto ocupa todo el video?

Sonido= 2 X 32 X 22000 X 30 = 5156.26KB/1024 = 5.03MB
Video=640 X 480 x 32 = 9830400bits/8=  1228800 /1024 = 1200KB
Numero total imágenes = 30 fps X 30 Segundos= 900 imágenes
La secuencia de imágenes ocupara = 1200KB X 900 imágenes=1080000KB/1024= 1504,68MB
TOTAL FICHERO = 5.03MB + 1.504,68MB=6.534,68MB

EJERCICIOS:
1-Si realizamos una foto con nuestra cámara digital de 10Mpx con una resolución de 3648X2736, suponiendo que la profundidad de color es de 24 bits y que no hay compresión. Que tamaño ocupara dicha imagen.

3648X2736X24=239542272/8 = 28.55MB

2- Nuestro móvil graba videos con una resolución de 320X200 con 16bits de color y 20FPS, el sonido es mono, con calidad de 16bits y 22Khz. Si el móvil tiene una tarjeta de memoria de 1GB, ¿cuanto tiempo de video cabe en el?

VIDEO 20X320X200X16 =2.44MB
SONIDO= 16X22000=352000/8=44000/1024=42.96/1024=0.041MB
TAMAÑO TOTAL DE VIDEO=2.44+0.041
1024MB/2.481=6.87MIN.

3- Si grabamos una conversación telefónica de 15min con calidad de 16bits, frecuencia de 8KHZ y en estereo. Cuanto ocuparía dicha conversación?

2X900X16X8000=230400000/8 = 28800000/1024 = 28125/1024= 27.46MB


ESTRUCTURA FUNCIONAL DE UN SISTEMA INFORMATICO
ARQUITECTURA DE VON NEUMANN ELEMENTOS FUNCIONALES DE UN SISTEMA INFORMATICO

El elemento central de un sistema informático, según esta arquitectura es la UCP – CPU (Unidad Central de Proceso), de forma que su arquitectura determina el comportamiento funcional de dicho sistema. El modelo básico de arquitectura empleado en los computadores digitales fue establecido en 1946 por John Von Neumann. Su aportación mas significativa fue la de construir una computadora con un programa almacenado ya que los computadores existentes hasta entonces trabajaban con programas cableados que se introducían manualmente modificando las conexiones entre las distintas unidades.
La idea de Von Neumann consistió en conectar permanentemente las unidades de las computadoras, siendo coordinado su funcionamiento por un elemento de control. Esta tecnología sigue estando vigente en la actualidad con pequeñas modificaciones y sigue siendo empleado por la mayoría de los fabricantes.

UNIDAD DE CONTROL, Denominada UC, dispone de un contador de programa (CP) y de un registro de instrucción (RI). Lo que hace es ir buscando instrucciones almacenadas en la RAM. Es un elemento ejecutorio.

UNIDAD ARITMETICO-LOGICA, UAL: Tiene diversos registros para llevar a cabo operaciones de tipo aritmético-lógico. Los más importantes son. El registro acumulador (AC) o el registro de estado (RE).

UNIDAD DE MEMORIA: Tiene el registro de palabra (RM) y el registro de dirección.

UNIDAD DE ENTRADA – SALIDA:

Este modelo era capaz de ejecutar una serie de instrucciones elementales que se denominan instrucciones maquina las cuales están almacenadas en memoria principal junto con el programa para poder ser leídas y ejecutadas. Analizando la arquitectura de Von Newmann observamos como cada elemento tiene una determinada función y es totalmente imprescindible y se comunica con los otros elementos del sistema para conseguir su objetivo que no es otro que procesar la información.

LA UNIDAD DE CONTROL: tiene como función leer una tras otra las instrucciones maquina almacenadas en la memoria principal y generar las señales de control necesarias para que toda la maquina funcionase y ejecutase las instrucciones leídas. Para conocer en todo momento la posición de memoria en la que esta almacenada la siguiente instrucción a ejecutar existe un registro llamado CONTADOR DE PROGRAMA que contiene dicha información.

UNIDAD ARITMTICO-LOGICA: Se emplea para llevar a cabo una serie de operaciones elementales como sumas, restas, operaciones lógicas AND, OR y NOT, incluso operaciones relacionales. Los datos sobre los que opera la ALU, provienen de la memoria principal y pueden estar almacenados de forma temporal en algunos registros de la propia ALU.
X    Y
AND (resultado)
OR
0    0
0
0
0    1
0
1
1    0
0
1
1    1
1
1

NOT
0
1
1
0

En computación juegan un papel fundamental las operaciones lógicas o booleanas, que se implementan mediante dispositivos electrónicos llamados puestas lógicas. Que son la base de la implementación de los circuitos de computación integrados en un chip que trabajan con bits.

LA MEMORIA PRINCIPAL: Esta formado por un conjunto de celdas o de posiciones de memoria de igual tamaño o numero de bits que se identifican de forma individual através de un numero llamado dirección y sobre las que se pueden realizar operaciones de lectura y escritura.

Cada celda almacena un conjunto de bits denominándose a cada uno de ellos PUNTO DE MEMORIA, que es el elemento básico de información y cuyos valores 0, 1, se corresponden con estados de tensión diferentes.
Las celdas se emplean para almacenar tanto datos como instrucciones maquina.

LA UNIDAD DE ENTRADA – SALIDA: Lleva a cabo la transferencia de información a través de canales asociados a dichas unidades externas que pueden estar formadas por memorias auxiliares o secundarias que sirven de soporte de almacenamiento de gran capacidad y otras llamadas periféricos que permiten la comunicación entre el sistema y el medio exterior mediante la carga de datos y programas en la memoria principal o la presentación de resultados, impresos, por monitos, etc.

BUSES: Son los canales a través de los cuales las instrucciones y los datos circulan entre las distintas unidades del ordenador.

PROGRAMA: Es un conjunto de instrucciones que son almacenadas secuencialmente en posiciones o direcciones sucesivas de memoria y que serán ejecutadas una detrás de otra.

El funcionamiento del ordenador consistirá pues en ir extrayendo sucesivamente instrucciones de la memoria principal, interpretarlas, extraer de memoria los datos empleados en la operación (LLAMADOS OPERANDOS), enviarlos a la ALU y hallar el resultado.

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

COMPONENTES

La unidad central de proceso (UCP – CPU), o procesador, es el componente central del ordenador, encargado de procesar la información y de dirigir la actividad de todo el sistema informático.
Está formado por la unidad de control que lee, interpreta y ejecuta las instrucciones del programa activo, una unidad aritmético-lógica que ejecuta las operaciones lógicas y aritméticas, y una zona de registros o de almacenamiento donde se guardan los datos que se están procesando.

Son también elementos característicos de la CPU: frecuencia de reloj (marca el ritmo de ejecución de instrucciones), la longitud de palabra de datos, tecnología empelada. ( RICC – CISC)

UNIDAD ARITMETICO LOGICA ALU: 

Ejecutara un conjunto de operaciones lógicas (AND, OR, NOT…) y aritméticas propias del ordenador. Se compone de:
-          Registro
-          Conjunto de circuitos lógicos encargados de realizar dichas operaciones.

UNIDAD DE CONTROL UC:

Se encarga de gobernar el ordenador. Para ello recibe e interpreta las instrucciones que se van a ejecutar.
Normalmente estas instrucciones se transforman en una serie de micro instrucciones  de bajo nivel dependientes de la arquitectura del procesador.
La unidad de control, dispondrá de una serie de circuiteria necearía para leer la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar, la localizara y la guardara en el registro de instrucción.
A partir de aquí hay dos posibilidades de UC.

A- UNIDAD DE CONTROL MICRO-PROGRAMADA: En estos casos las instrucciones están implementadas mediante una memoria llamada memoria de control que contiene microprogramas asociados a micro instrucciones.           
                     
Mediante un elemento llamado decodificador, transformara la información almacenada en el registro de instrucción en datos compresibles por otro componente llamado secuenciador encargado de analizar e interpretar la salida del descodificador y según su valor ejecutara un microprograma contenido en la memoria de control, que cuenta con las microinstrucciones necesarias para que se ejecute la instrucción. Son las más extendidas.






-          FRECUENCIA DE RELOJ: el ordenador funciona en modo síncrono, es decir, siguiendo una secuencia ordenada de operaciones en el tiempo. Para ello necesita de un reloj que se encarga de generar impulsos. De esta forma, marca el principio, la duración y el final de cada operación. Dicho numero de impulsos se mide en millones/segundo o MHz. La frecuencia de reloj determina la velocidad en la transferencia de un dato entre dos dispositivos conectados al mismo bus. Para la transferencia completa de un dato pueden ser necesarios varios ciclos de reloj, en cada uno de los cuales son ejecutadas las operaciones más elementales de dicha transferencia.

o    La frecuencia de reloj solo es útil para comparar prestaciones entre microprocesadores de una misma familia y un mismo fabricante, porque existen otros muchos factores que determinan la velocidad y rendimiento de una computadora.

o    El primer PC comercial usaba un procesador Intel 8080 a 2MHz, las actuales maquinas suelen oscilar entre los 2 y los 4 GHz.

-          LONGITUD DE LA PALABRA DE DATOS: determina la cantidad de información que es capaz de procesar simultáneamente la CPU en cada pulso de reloj. Se mide en bits. A mayor longitud de palabra mayor complejidad y circuiteria a emplear en la CPU pero mayor será la potencia de proceso.

-          EJECUCION DE INSTRUCIONES: toda instrucción maquina residente en memoria principal pasa por una serie de fases que van desde su captura, su interpretación y ejecución. Estas fases son:

§  Carga, búsqueda o lectura (fetch): la unidad de control envía a la memoria principal la dirección de la instrucción a ejecutar, que esta almacenada en el registro contador de programas PC o CP, y a continuación activa las señales de control necesarias para que esta le entregue la mencionada instrucción.
§  Descodificación (deco): la unidad de control recibe la instrucción, la analiza y en su caso, lee los operandos de la memoria principal, enviando su dirección y activando as correspondientes señales de control.
§  Ejecución: la ALU, bajo las órdenes de la unidad de control, realiza la operación sobre los operandos y si es necesario, se graba el resultado en la memoria principal o en un registro.
§  Incremento del contador de programa (IP puntero de instrucción): ahí que incrementar el contador de programas para que se pueda pasar a ejecutar la instrucción siguiente.

La forma de representación de una instrucción para ser almacenada en memoria se denomina FORMATO DE INSTRUCCIÓN. Dicho formato especifica el significado de cada uno de los bits que constituyen la inspección, denominándose longitud del formato al número de bits que la compone.
Para simplificar su decodificación la instrucción se divide en una serie de campos (cadenas de bits contiguos), estando referido cada campo a un tipo de información especifico.

El tipo de información que debe contener una instrucción es la siguiente:
1.     Operación
2.     Dirección de los operandos
3.     Dirección del resultado
4.     Dirección de la siguiente instrucción

Las instrucción maquina de un ordenador disponen de un campo denominado CODIGO DE OPERACIÓN (OPCODE), que especifica la operación que realiza la instrucción. Además la mayoría usan uno o varios campos donde se recogen el/los operandos, donde se incluye información a partir de la cual obtenerlos.
Existen muchos tipos de instrucciones según el tipo de operación a llevar a cabo: de transferencia de información, aritmético-lógica, de transferencias de control.
Cada instrucción se suele identificar por un nemotécnico que hace referencia a la función que realiza la instrucción (move-store-clear-pop-push).

DIRECCIONAMIENTO

También es interesante conocer las distintas formas que tienen las instrucciones de direccionar a los operandos que en ella se hace regencia, los tipos o modo de direccionamiento, siendo los mas representativos:
-Direccionamiento inmediato: se tiene el código de operación y continuación el operando. Forma par de la instrucción.

      directo : tenemos código de operación y la dirección donde encuentra en memoria
      indirecto – por registro – paginado – segmentado. BUSCAR DESCRIPCION DE ESTOS


ARQUITECTURAS DE PROCESADORES RISC Y CISC

El procesador es un complejo universo en si mismo y aunque los primeros modelos eran muy similares, con su evolución se han ido desarrollando distintos diseños que han afectado a numerosos elementos siendo de destacar las diferentes tendencias desarrolladas asociadas al juego de instrucciones que empleaban.
Podemos decir que frente a esta cuestión caben dos filosofías de diseño: las denominadas arquitecturas RISC y CISC.

CISC: (Complex Instruction Set Computer), ya se daba en los primeros diseños de CPU y se caracterizaba por disponer de un grupo amplio de instrucciones complejas y potentes. El ordenador era más potente a medida que era más amplio su repertorio de instrucciones.
Toman como principio la micro-programación, que significa que cada instrucción maquina es interpretada empleando un micro-programa localizado en una memoria situada en el circuito integrado del procesador. Las instrucciones son codificadas internamente y ejecutadas por una seria de micro-instrucciones que se almacenan en una memoria de control.

Esto era efectivo y muy practico, por que la memoria principal era mas lenta que la CPU y el tiempo de una instrucción podría ser de varios ciclos de reloj ya que cuando una instrucción podía ser procesada en un ciclo de reloj, no se podía continuar con la siguiente instrucción inmediatamente ya que todavía no estaba lista (al ser la memoria principal mucho mas lenta que la de control).
Buscando aumentar la velocidad de procesamiento, se descubrió que con una determinada arquitectura, la ejecución de programas compilados directamente con micro-instrucciones estando residentes en memoria externa al circuito resultaba más eficiente.

RISC: (Reduced Instruction Set Computer) A finales de los 70`s al aumentar las prestaciones de la memoria principal la consecuencia inmediata fue que ya no tenia que esperar la UC a esta, lo que permitió trabajar con instrucciones mucho mas simples que se completasen en un ciclo de reloj y acelerando la ejecución de las instrucciones. Esta arquitectura es conocida como RISC y esta formada por un conjunto de instrucción lo mas reducido posible, la mayoría completadas en un ciclo de reloj.
Debido a que se tiene un conjunto de instrucciones simplificado, estas se pueden implantar por Hardware directamente en la CPU, lo que elimina e micro-código y la necesidad de decodificar instrucciones complejas.

CISC
RISC
La microprogramación es una característica importante
Reduccion conjunto de intrucciones
Se requieren de varios ciclos de reloj
Arquitectura del tipo load-store (carga y almacena). Las únicas instrucciones que tienen acceso a la memoria son 'load' y 'store'; registro a registro, con un menor número de acceso a memoria.

Casi todas las instrucciones pueden ejecutarse dentro de un ciclo de reloj

Pipeline (ejecución simultánea de varias instrucciones)



- funciones adicionales

Unidad para el procesamiento aritmético de punto flotante.

Unidad de administración de memoria.

Funciones de control de memoria cache.

Implantación de un conjunto de registros múltiples.

Concepto PIPELINE:  Es el proceso según el cual, mientras una instrucción es ejecutada, otra está siendo interpretada por el ordenador y una más está siendo leída.
Indicar los parámetros que sirven para determinar la capacidad de proceso de una CPU.
Velocidad de procesador
Tamaño BUS de datos
Coste
Velocidad


MERORIA – FUNCIONES Y TIPOS

Es el elemento o unidad encargado de almacenar la información que necesita el ordenador, por tanto, las instrucciones que forman los programas y los datos que se emplean en su ejecución.

Se encuentra dividida en celdas que se identifican mediante una dirección y sobre las que se llevan a cabo operaciones de lectura y/o escritura, los grupos de celdas forman las llamadas palabras de memoria, Una palabra es el conjunto de bits que se pueden leer o memorizar en un instante dado y al numero de bits que forman este grupo se le denomina ancho de memoria o longitud de palabra.
El elemento básico de la memoria digital es el bi-estable: dispositivo electrónico capaz de almacenar un único bit.
Mediante agrupamiento de estos dispositivos en distintas variedades tecnológicas que determinan las características de las memorias (el coste por bit, el tiempo de acceso, y la capacidad o tamaño), se establece lo que se ha dado en llamar una jerarquía de memorias:

Históricamente han existido dos tipos de memorias que se diferencian principalmente por su velocidad y coste y son la memoria interna y la memoria externa o secundaria.

MEMORIA INTERNA:

Se compone de los 3 escalones superiores de la figura anterior: un conjunto de registros, la memoria cache y la memoria principal.
El procesador es el elemento principal del ordenador y por lo tanto interesa que las instrucciones y los datos con los que va a trabajar estén lo mas próximos a el.

      Los registros por lo tanto están integrados en la CPU y están formados por un conjunto de bi-estables que almacenan bloques de bits o palabras. Son capaces de realzar operaciones a la misma frecuencia que el procesador y su capacidad es muy pequeña

      La memoria Cache: Es un tipo de memoria intermedia entre el procesador y la memoria principal. Esta formada por circuitos integrados SRAM o RAM estáticos que suelen ser mas rápidos que los circuitos de DRAM o RAM dinámicos empleados en la memoria principal.

Los circuitos RAM estáticos: Son mas rápidos, mas caros y voluminosos, de menor capacidad y mayor consumo energético. Este tipo de memoria se emplea para mantener la información mas comúnmente usada por el procesador, evitando accesos continuos y mas lentos a memoria principal. Los microprocesadores actuales incluyen en su propio chip total o parcialmente su cache.

CACHE L1:
      Su tamaño varia de un procesador a otro, es reducido en comparación a la CACHE L2
      Integrada en el núcleo del procesador, trabaja a la misma velocidad que este.
      Suele estar dividida en 2 partes dedicadas, una para instrucciones y otra para datos.
CACHE L2:
      Integrada En el procesador pero no en el núcleo de este
      Tiene las mismas ventajas que la L1 pero mas lenta
      Tiene un tamaño mayor a la L1
      No esta dividida en zona de instrucciones y datos
CACHE L3:
      Incorporada en placa base.

Las distintas memorias se clasifican atendiendo a la posibilidad de lectura o escritura en las mismas. Hablamos de:

CLASIFICACION

1-     Memorias de solo lectura o programables: Son memorias no volátiles, es decir, no pierden la información en ausencia de alimentación. Son memorias de este tipo
·         ROM: (READ ONLY MEMORY)
                                          i.    Cantidad pequeña de memoria de solo lectura
                                         ii.    Almacena las instrucciones para iniciar el ordenador, es decir, en ella se guardan programas críticos tales como un pequeño programa que inicia la carga del SO.
                                        iii.    Es una memoria no VOLATIL
·         PROM (PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORIES)
                                          i.    Es un chip de memoria en el que se puede almacenar un programa, no se puede regrabar
·         EPROM (Memorias sólo de Lectura Reprogramables)
·         EEPROM (ELECTRICAL ERASABLE PROGRAMMABLE READ ONLY MEMORY)

MEMORIA DE LECTURA Y ESCRITURA: Hablamos de la memoria RAM. Es una memoria Volátil, que pierde la información en ausencia de alimentación eléctrica.

MEMORIA SECUNDARIA, EXTERNA O AUXILIAR

El gran inconveniente de la memoria principal es que a pesar de ser muy rápida posee una baja capacidad de almacenamiento, por lo que para guardar información de forma masiva se usan otros tipos de memoria: 

Las memoria secundarias o auxiliares.

La información guardada en estas permanece indefinidamente hasta que el usuario la borra de manera expresa (es lo que se denomina un almacenamiento no volátil).
Estos dispositivos tienen mucha mas capacidad que las memorias internas, pero, no podemos ejecutar programas desde esta memoria, es necesario pasar el programa completo a la memoria RAM para su ejecución.

CLASIFICACIÓN
Según diferentes criterios.

EN FUNCION DE LA TECNOLOGIA EMPLEADA

  • Tecnología magnética: Emplea un sustrato de plástico o aluminio cubierto de material magnetizable (oxido ferrico o de cromo). La información se graba en celdas que forman pistas. Cada celda puede estar sin magnetizar o magnetizada con dos posibles valores  0 y 1. Ejemplo: Disquetes, Discos Duros.
  • Tecnología Óptica: Usa energía lumínica para almacenar o leer información. Los 0 o 1 se representan por la presencia o ausencia de la señal luminosa. Ej. CD/DVD.
  • Tecnología Magneto Óptica: Las tecnología Magneto-Ópticos (MO) utilizan un laser óptico, un campo magnético y un fotodetector para registrar los datos sobre medias MO protegidas en cartridges plásticos. Este método tiene una cantidad de beneficios para el usuario entre los que se destaca su alta confiabilidad y durabilidad.  Los discos Magneto-ópticos están cubiertos con un material especial que puede ser magnetizado, pero sólo a una alta temperatura (150°C aproximadamente).
    Esto hace que la carga magnética no se vea afectada por la exposición campos magnéticos a temperaturas normales. Los datos grabados bajo tecnología magnética normal -como la de los discos rígidos, diskettes y drives de cinta- pueden ser fácilmente afectados por campos magnéticos imprevistos a temperaturas normales, provocando la pérdida de los datos.
http://www.ddmsa.com/prod/mo_tecnologia.html
·         Tecnología Flash: Las memorias Flash se han convertido en algo importante para aquellos productos que necesitan una pequeña cantidad de almacenamiento no volátil para datos y programas.
La mayoría de las aplicaciones actuales de memoria Flash en ordenadores, se centran en sustituir las EPROM y EEPROM (almacenamiento de código) en vez de almacenar datos.

Las memorias Flash quizás continúen utilizándose como almacén de BIOS, pero es muy probable que el empujón tan esperado de dichas memorias como almacenamiento de datos no provenga de los ordenadores. La memoria Flash es todavía tan nueva que no existe un único método de fabricación. Los fabricantes utilizan unos doce enfoques diferentes para fabricar y organizar las celdas de memoria Flash sobre una oblea de silicio.

NOR constituye la tecnología líder actual e Intel es su fabricante principal. Organiza las celdas de memoria en paralelo, con el drenaje de cada celda conectado a una línea de bits, agrupándose varias líneas de bits para constituir un grupo de E/S. NOR proporciona acceso aleatorio más rápido, pero su estructura en paralelo reduce la densidad de la memoria.

NAND es una tecnología utilizada por National Semiconductor, Samsung y otros fabricantes. Conecta las celdas en serie, con una puerta de selección para cada puerta de control inferior y conexiones en serie con las puertas de control de este grupo de puertas. NAND ofrece una velocidad de acceso aleatorio menos elevada, pero permite densidades mayores gracias a sus celdas de tamaño más pequeño.

http://www.pchardware.org/memorias/flash.php

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