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HARDWARE

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ORGANIZACIÓN DE LOS SISTEMAS DE COMPUTACIÓN

Memoria

E/S

CPU

Bus del Sistem

a

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SISTEMA DEL COMPUTADOR

Unidad de Control

Unidad Aritmética

Lógica

(ALU)

Registros Memoria

PrincipalDisco Impresora

Bus

Dispositivosde E/S

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UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO(CPU)

Registros Unidad Aritmético

Lógica

Unidad de Control

Interconexión interna de la CPU

Unidad Central de Procesamiento

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UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO(CPU)

La CPU (Unidad Central de Procesamiento) es el “cerebro” de una computadora.

Su función es ejecutar programas almacenados en la memoria principal buscando sus instrucciones y examinándolas para después ejecutarlas una tras otra.

Los componentes están conectados por un bus, que es una colección de alambres paralelos para transmitir direcciones, datos y señales de control.

Los buses pueden ser externos a la CPU, cuando la conectan a la memoria y a los dispositivos de E/S, pero también internos.

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UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO (CPU)

Unidad de Control

Unidad Aritmética

Lógica

(ALU)

Registros

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COMPONENTES DE LA CPU La CPU se compone de los siguientes

elementos: La Unidad de Control La Unidad Aritmética y Lógica Registros Interconexiones(Bus)

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Unidad de Control

Todos los recursos de la computadora son administrados desde la UC. Es por esta razón que se le considera como un policía dirigiendo el flujo del tránsito.

Es el centro lógico de la computadora. Transfiere los datos a la ALU para su procesamiento. Cada instrucción en el conjunto de instrucciones es

expresada en microcódigo, una serie de direcciones básicas que dice a la CPU cómo ejecutar operaciones más complejas.

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Unidad de Control

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Unidad Aritmética Lógica Todos los datos de la computadora se almacenan

como números, gran parte del procesamiento que tienen lugar involucra la comparación de números o la realización de operaciones matemáticas.

La computadora puede realizar sólo dos tipos de operaciones, operaciones aritméticas y operaciones lógicas.

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Operaciones Realizadas por la ALU

Operaciones Aritméticas

Operaciones Lógicas

+ suma = , = igual a , no igual a

- resta > > mayor que, no mayor que

x multiplicación < < menor que, no menor que

/ división >= >= mayor igual que, no mayor igual que

^ potencia <= <= menor igual que, no menor igual que

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Unidad Central de ProcesamientoUnidad de Control

UC

Es el centro lógico de la computadora.

Unidad Aritmética Lógica

ALU

Realiza operaciones aritméticas y lógicas necesarias para ejecutar las instrucciones enviadas por el usuario.

Registros Proporciona almacenamiento interno a la CPU. Dentro de la CPU existe un conjunto de registros que funciona como un nivel de memoria, por encima de la memoria principal.

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Los Registros proporcionan almacenamiento interno a la CPU.

Dentro de la CPU existe un conjunto de registros que funciona como un nivel de memoria, por encima de la memoria principal y de la caché en la jerarquía.

Los registros de la CPU son de dos tipos: Registros visibles para el usuario: Permiten al

programador de lenguaje de máquina o ensamblador minimizar las referencias a memoria principal cuando optimiza el uso de registros. Ejemplos: AX, BX, etc.

Registros

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Registros de control y de estado: Son utilizados por la unidad de control para controlar el funcionamiento de la CPU, y por programas privilegiados del sistema operativo para controlar la ejecución de programas. Ejemplos: PC (Program Counter), IR (Instruction Register).

Registros

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Memoria

MEMORIA

MEMORIA PRINCIPALO

INTERNA

MEMORIA SECUNDARIA

O

EXTERNA

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MEMORIA Es el órgano del computador capaz de almacenar información,

instrucciones y datos. Puede permitir dos tipos de operaciones sobre él: Lectura y escritura.

Físicamente, son pequeños chips conectados a la tarjeta principal de la computadora.

Almacena información vital para la operación de la computadora y para el procesamiento de los datos.

Se clasifica en:– Memoria Principal– Memoria Caché– Memoria Secundaria

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Memoria Principal Tipos de memoria principal:

– Memoria ROM (Read Only Memory)– Memoria RAM (Random Access Memory)

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Memoria Rom Sólo de lectura. Permanente (No volátil). Los datos no pueden cambiarse. Contiene toda la información

necesaria para iniciar la operación del computador.

Su contenido lo graba el fabricante.

Puede tener dos variantes:– PROM : No puede ser modificada – EPROM: chip que puede ser borrado

con luz ultra violeta.

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Memoria Ram De acceso aleatorio. Temporal (Volátil). Los datos pueden cambiarse. Durante el procesamiento, todos los programas y

datos deben ser transferidos a la memoria RAM, desde un dispositivo de entrada o de almacenamiento secundario.

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Memoria Ram Todos los datos e

instrucciones tiene una ubicación específica en la RAM, que se denomina dirección.

El contenido que se encuentra en cada dirección cambia constantemente, conforme se ejecutan diferentes programas y se procesan nuevos datos.

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Memoria Ram Módulos de memoria.

• Son placas que contienen los chips de memoria y que se conectan a la tarjeta principal de la computadora. Son las piezas que se adquieren, para ampliar la memoria RAM del computador.

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Memoria Caché

Alta velocidad. Puede residir en dos ubicaciones:

– Dentro de la CPU (Caché L1)– Entre la CPU y la memoria RAM (Caché

L2) Almacena datos e instrucciones que la

computadora usa frecuentemente. La CPU recupera datos e instrucciones

de la caché, con mayor rapidez que de la memoria RAM o de un dispositivo de almacenamiento secundario.

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MEMORIA CACHÉ

CPU Caché Memoria Principal

Transferencia de palabra Transferencia de bloques

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Memoria Flash Memoria no volátil y re-escribible

que funciona como una mezcla de RAM y disco duro.

A causa de su alta velocidad, durabilidad y bajos requerimientos, son ideales para cámaras digitales, teléfonos celulares, impresoras, palmPCs, pagers, etc.

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Memoria Secundaria o Externa Los dispositivos de almacenamiento secundario

son periféricos que sirven para almacenar información permanente de manera que se pueda recuperar de forma automática y eficiente.

La información contenida en un dispositivo de almacenamiento secundario se transfiere desde o hacia la CPU y la memoria principal a través de bloques o registro físicos de información.

Cada bloque tiene una cantidad fija de información.

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Memoria Secundaria o Externa Existen dos métodos de acceso de

información contenida en estos dispositivos:– Acceso Secuencial

Este tipo de acceso se da cuando para acceder un bloque concreto es necesario que la cabeza vaya leyendo uno a uno los bloques que haya desde el principio hasta el registros deseado.

– Acceso Directo Se da cuando la cabeza lectora puede situarse

directamente en un registro dado.

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MEMORIA SECUNDARIA La memoria secundaria conocida también como

externa, auxiliar, es no volátil. Esta es utilizada para almacenar programas y

archivos de datos y suelen ser visibles para el programador sólo en forma de archivos y registros.

Aquí encontramos dispositivos externos de almacenamiento masivo, de los cuales los más comunes son los discos y las cintas magnéticas. Comúnmente utilizamos los discos para obtener una ampliación de la memoria principal, por medio de la memoria virtual.

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Jerarquía de Memorias

Registros

Caché

Memoria Principal

Discos Magnéticos

Cinta Disco Óptico

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BUS

Un bus es un camino eléctrico común entre varios dispositivos.

Lo más característico es que es un medio de transmisión compartido.

No responde únicamente al establecimiento de un camino físico, sino que además conlleva una política de uso y acceso por parte de todos y cada uno de los elementos conectados a él.

Habitualmente un bus está compuesto de varias líneas dónde cada línea es capaz de transmitir señales binarias representando “1” ó “0”.

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BUS A continuación se describen los buses

genéricos presentes en las jerarquías.– Bus Local. – Bus del Sistema. – Bus de expansión. – Bus de alta velocidad.

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Bus LocalEs el que interconecta el procesador

(Unidad de control, unidad aritmético lógica y registros) con la memoria caché del procesador (Caché de Nivel 1), y un controlador local de E/S.

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Bus del Sistema

Permite conectar la Memoria principal a la Caché de nivel 1. Además se conecta con el adaptador para el bus de expansión.

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Bus de Expansión

Se utiliza para conecta los dispositivos periféricos al bus del sistema.

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Bus de Alta Velocidad

Permite conectar dispositivos de alta velocidad al bus del sistema a través de la caché.

39 Interfaz del Bus

Memoria Principal

ProcesadorCache/

adaptador Bus de sistema

Bus local

SCSI FireWire Gráficos Video LAN

Bus de alta velocidad

FAXInterfaz con el

bus de expansión

Modem Serie

Bus de expansión

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Tarjeta Madre

La tarjeta madre es el elemento principal de todo computador al que se conectan todos los demás aparatos y dispositivos.

En otras palabras, es un tablero de circuitos que conecta la CPU a todos los otros dispositivos de hardware.

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Tarjeta Madre En ella se encuentran anclados:

– el microprocesador– la memoria– las tarjetas de expansión– diversos chips como por ejemplo el BIOS

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Tarjeta de Expansión

Es el dispositivo que permite al usuario configurar o personalizar una computadora para realizar tareas específicas o para aumentar el rendimiento.

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Tarjeta de ExpansiónLa tarjeta madre tiene dos o

más ranuras de expansión, las cuales son extensiones del bus de la computadora que permiten que se le agreguen componentes nuevos al computador.

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Tarjeta de Expansión

Las tarjetas de expansión en la tarjeta madre se usan para tres propósitos:

– Dar acceso a dispositivos incorporados( como discos y unidades de disco), al bus de la computadora por medio de la tarjeta controladora.

– Proporcionar puertos E/S en la parte trasera de la computadora para dispositivos externos como monitores, módems externos, impresoras y ratón (para las computadoras que no tienen un puerto incorporado para ratón).

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Tarjeta de Expansión

– Dar acceso a la computadora a dispositivos para propósito especiales. Por ejemplo, una computadora puede reforzarse con una tarjeta aceleradora dispositivo autónomo que incrementa la velocidad de procesamiento por medio del acceso a la CPU y a la memoria de la computadora a través del bus.

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Tarjeta de Expansión

Entre estas tarjetas tenemos:– Gráficas– Sonido– Comunicación– Módem– Controladoras

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Tarjeta de Expansión Tarjeta Gráfica

– Actualmente existen chips para tarjetas gráficas muy potentes, la mayoría de las veces con potencia de cálculo superior a la del procesador principal, pero también muy diferentes entre sí.

– Hace algunos años, no se le prestaba en absoluto atención a la calidad de la tarjeta VGA. Después, tras la aparición de la SVGA, fue el punto de partida a la hora de mejorar estas tarjetas, ya que, junto con la evolución de la tecnología en los monitores, cada vez soportaban mayores resoluciones al incorporar memorias.

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Tarjeta de Expansión

Tarjeta de Sonido– Convierte los sonidos digitales en corriente

eléctrica que es enviada a las bocinas.

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Tarjeta de Expansión Tarjeta de Comunicación

– Los cables y ondas de radio pueden enlazar una red, pero cada computadora dentro de la red aún necesita hardware para controlar el flujo de información.

– El dispositivo que lleva a cabo esta función es la tarjeta de interfaz de red (network interface card: NIC).

– La NIC es un tipo de tarjeta de expansión –una tarjeta de circuito impreso que encaja dentro de una de las ranuras de expansión de la computadora y proporciona un puerto en la parte trasera de la PC, al cual se conecta el cable de la red-.

– La computadora también requiere un software de red, que le dice a la computadora cómo usar la NIC.

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Tarjeta de Expansión Módem

– Un MODEM es un acrónimo de MOdulador-DEModulador; es decir que es un dispositivo que transforma las señales digitales del computador, en señal telefónica analógica y viceversa.

– La velocidad es el mejor parámetro para definir a un MODEM, las cifras de medición son en bits por segundo.

– Al otro lado de la línea debe existir un MODEM que sea de la misma cantidad de bits por segundo, bps., y además del mismo tipo.

– La línea telefónica debe ser de alta calidad.

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Son también conocidos como periféricos los cuales son dispositivos de hardware que se conectan alrededor de un computador.

Existen dos tipos de dispositivos: Entrada Salida

Dispositivos de Entrada/Salida

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Dispositivos de Entrada Transmiten información desde el mundo

exterior al procesador y a la memoria del computador mediante la transformación de los datos en señales eléctricas codificadas (código binario). Así la CPU y la memoria reciben la información adecuada para su tratamiento

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El teclado es el principal dispositivo de entrada para introducir texto y números.

Es un dispositivo relativamente simple que consta de mas o menos 102 teclas, cada una de las cuales envía un código de carácter diferente a la CPU.

El teclado dispone de un conjunto de teclas agrupadas en 4 secciones: Teclado principal o alfanumérico Teclado numérico Teclas de Movimiento del Cursor Teclas de Función

TECLADO

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• Es un dispositivo de entrada que sirve para introducir la información gráfica o seleccionar coordenadas (x,y) de una pantalla.

• Dispone de unos pulsadores con los que el usuario envía ordenes a la computadora, relacionadas con el punto de selección en la pantalla.

• Los ratones detectan movimientos relativos.

• En la pantalla aparece un cursor que se mueve en el mismo sentido en el que se desplaza en ratón a través de una superficie, indicando el punto sobre el que se actuará.

Ratón

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Lápiz Óptico• Físicamente tiene la forma de una

pluma o lápiz, de uno de cuyos extremos sale un cable que se conecta al monitor.

• El otro extremo tiene una abertura por la que puede pasar la radiación luminosa de la pantalla. El lápiz contiene un pulsador, transmitiéndose información hacia el monitor únicamente en el caso de estar presionado.

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• Permiten al usuario señalar en forma directa la en la visualización de la computadora, por lo general para seleccionar de un menú de opciones en la pantalla.

• La mayor parte de las computadoras con pantallas sensibles al tacto usan sensores en la pantalla de la computadora o cerca de ella, que pueden detectar el tacto de un dedo, sintiendo ya sea la presión o el calor del dedo.

• Las pantallas sensibles al tacto son apropiadas en ambientes donde la suciedad o el clima inutilizarían los teclados y los dispositivos de señalamiento, y donde es importante una interfaz intuitiva y simple.

Pantallas Sensibles al Tacto

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• Es el dispositivo de entrada usado en forma más amplia después del teclado y el ratón.

• El tipo más común de códigos de barras es el modelo de cama plana, el cual se encuentra en los supermercados y tiendas por departamentos.

• Estos dispositivos convierten un código de barras, que es un patrón de barras impresas en productos, en un número emitiendo un rayo de luz con frecuencia un rayo láser, que refleja la imagen del código de barra.

Lector de Código de Barra

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• Es un sistema para digitalización de documentos basados en la exploración de documentos mediante procedimientos opto electrónicos.

• El escáner transforma la información contenida en una página en una señal eléctrica que es transmitida al computador.

• La página que lee un escáner siempre es una imagen gráfica, aunque el contenido sea una carta o un artículo de una revista. Es decir la salida que genera el escáner es siempre un archivo en formato gráfico(PCX,TIFF, BMP, etc.).

Escáner de Imágenes

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Dispositivos de Salida Transmiten información desde el procesador y

la memoria del computador al exterior mediante la transformación de señales eléctricas binarias en un lenguaje inteligible para los humanos.

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La forma más cómoda de recibir información es a través de la vista. Los monitores constituyen el sistema más cómodo y usual de captar las salidas de una computadora.

Un monitor esta constituido por dos elementos básicos:

Controlador de Video o Adaptador Gráfico

Pantalla de Video

Monitor

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Son los dispositivos mediante los cuales se puede escribir los datos que se producen con la ayuda del computador.

Existen varios tipos de impresoras:Impresora Matriz de PuntoImpresoras de BurbujasImpresoras Láser

Impresoras

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Estos dispositivos producen salidas en forma de planos, dibujos, mapas, esquemas e imágenes en general.

El plotter dispone de una o varias plumas que se mueven sobre la superficie del papel bajo el control del procesador.

Su uso se suele reservar para dibujos de gran tamaño o que requieran diversidad de colores.

Actualmente, se comercializan plotters con tecnología de inyección de tinta.

Plotters