ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA INTERNA DE LA CPU

ORGANIZACIÓN Y ARQUITECTURA INTERNA DE LA CPU

Diagrama de bloques

Los bloques funcionales básicos son: la unidad de procesamiento central (CPU), la memoria principal, y el procesador de Entrada - Salida.

Unidad de proceso central: esta es la responsable de la interpretación y ejecución de instrucciones contenidas en la memoria principal, las comunicaciones entre la CPU y la memoria principal se realizan a través de 2 canales funcionalmente distintos: el de direcciones y el de datos.

Para introducir en la memoria, una instrucción especifica, la CPU envía a dicha memoria la dirección de la instrucción por el canal de direcciones y recibe por el mismo medio la instrucción que está en esa dirección.

Parte de la instrucción es utilizada por la CPU para identificar la operación. Esta parte se llama código de operación de la instrucción. La información restante se utiliza para determinar la o las localidades de los datos con los cuales se va a efectuar la operación.

La CPU puede dividirse funcionalmente en 3 subunidades, la unidad de control, dedicada a los ciclos de búsqueda y ejecución, la ULA que desempeña funciones aritméticas como por ejemplo, suma y resta, de lógica por ejemplo AND, OR y un conjunto de registros dedicados al almacenamiento de datos en la CPU y a ciertas funciones de control.

Registro e instrucciones de la CPU

Registros

Instrucciones

Aritmética y Lógica

Movimientos

de datos

Operaciones de datos en bloque

Instrucciones de control de programa

Instrucciones Instrucciones de Entrada-Salida

Operaciones de datos en bloques:

Son aquellas que se efectúan con un conjunto de operandos y no con un solo operando. También dentro de esta instrucción se encuentra la de control del programa. Esto hace posible que un programa se adapte a la secuencia inherente al ciclo de maquina de la computadora. En otras palabras, se pueden pasar por alto secciones de instrucciones como resultado de la activación de un código de condiciones o como resultado directo del diseño del programa.

 Instrucciones de control del programa

 Instrucciones de Entrada - salida:

Desde el punto de vista de la programación para el acceso a la memoria o a un periférico simplemente se requiere el mismo conjunto de instrucciones. Estos sistemas se denominan sistemas de Entrada - Salida mapeados por memoria.

Unidad Central de Proceso (CPU)

 

Imagen: Vista arriba y abajo vista de un microprocesador de Intel

En general una computadora tiene cuatro partes principales, La unidad de aritmética y lógica (ALU), una unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada y salida (I/O).

El ALU, los registros internos y los I/O mas básicos, se conocen más generalmente como Unidad Central de Proceso o CPU.

Un microprocesador es el cerebro y el corazón de un computador. Puede haber variedad, como Pentium, K6, Power PC, Sparc o cualquiera de las muchas otras marcas y tipos de microprocesadores, pero todos ellos realizan más o menos lo mismo de la misma manera.

Un microprocesador incorpora casi todas las funciones de una unidad central de procesamiento, fabricado en un solo chip. El primer microprocesador Intel 4004 se introdujo en 1970 y fue utilizado para las calculadoras electrónicas, utilizando código binario decimal (BCD), en palabras y aritmetica de 4 bits . Otros usos de microprocesadores incorporados de 4- y 8 bits, para la automatización de muchos procesos también . Los microprocesadores 8-bits llevó a los primeros microordenadores de uso general en 1970. Eran capaz de sumar y restar. Un microprocesador usa técnicas de la lógica digital que permiten a un computador realizar su trabajo, asi se trate de jugar un juego o la ejecución de un programa de software.

Medios de Acceso Otros Elementos

En este tema se dan a conocer los puertos de la computadora, y saber para que funcionan cada uno de ellos y con esto tener los medios para accesar a otros elementos o componentes de las computadoras..

Empezamos recordando los elementos de la Unidad de Control

• Contador de Programa (CP): también denominado registro de control de secuencia (RCS), contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.

• Registro de instrucción (RI): Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará el código de operación (CO) y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos.

• Decodificador(D): Se encarga de extraer el código de operación de la instrucción en curso (que esta en el RI), lo analiza y emite las señales necesarias al resto de elementos para su ejecución a través del secuenciador.

• Reloj ®: Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos o ciclos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción.

• Secuenciador (S): genera ordenes muy elementales (microórdenes) que, sincronizadas por impulsos de reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI.

Antes de continuar, recordar que este trabajo esta enfocado al desarrollo de las COMPETENCIAS DIGITALES apropiadas para este siglo, algunas de ellas que se consideran necesarias para empezar este trabajo son:

1.- Audio de este tema, solo click en el siguiente icono para escucharlo:

2.- Traduccion del tema a otros lenguajes, solo seleccionar el lenguaje apropiado y click en el:

Las razones para el uso de estas dos tecnologias son sencillas, la primera es para cubrir necesidades propias de personas con capacidades diferentes que navegan por internet, aunque tambien muchas personas aprecian y entienden mejor con un refuerzo auditivo del tema.

Las tecnologias de traduccion de lenguajes, tales como las que se estan demostrando en este tema, primero ya son cada vez mas sencillas de incorporar a una amplia gama de trabajos. Ademas de que cada vez son mejores las capacidades de traduccion de estas herramientas automatizadas, muchas de ellas son auxiliadas por la intervencion de personas, y por ultimo el internet es una tecnologia que toca todo el planeta y es necesario facilitar la comunicacion de ideas entre todas las culturas del mundo.

Por ultimo, mas competencias digitales necesarias para vivir, entender y participar con exito en este siglo, se explican y se piden mas abajo de este tema.

Se recomienda la siguiente lectura para su tratamiento usando COMPETENCIAS DIGITALES, mismas que se explican, ejemplifican y se describen al finalizar este tema.

Puertos:

Un puerto es el lugar donde el CPU se comunica con otros dispositivos, existen de varios tipos, hay puertos de entrada, de salida y ambos. Además estos pueden ser seriales o paralelos.

Puertos de entrada:

Estos puertos recogen datos de algún dispositivo externo, externo se refiere a estar fuera del CPU, no del gabinete. Existen muchos dispositivos periféricos que se conectan a un puerto de entrada, por ejemplo tenemos al teclado y al ratón, también están los lápices ópticos, los lectores de código se barras, etc.

Puertos de salida:

Son todos aquellos por donde el CPU envía datos a otros dispositivos, por ejemplo están la salida de video y de sonido.

Puertos de entrada / salida:

Estos son una clase de puertos por donde el CPU puede enviar y recibir información. Son muy importantes, ya que entre estos se encuentran las memorias del CPU como son la RAM, ROM, los floppys y discos duros. Estos puertos pueden ser usados para controlar dispositivos, tales como las impresoras y los quemadores externos, por ejemplo.

Nosotros vamos a hablar acerca de los puertos que se encuentran fuera del gabinete, hablaremos de los puertos de teclado, ratón, impresoras, etc. La computadora por si misma no seria capaz de realizar operaciones útiles para nosotros si no podemos comunicarnos con ella, necesita dispositivos periféricos por donde pueda darnos mensajes y nosotros podamos enviarle órdenes. Ahora bien, existen infinidad de dispositivos que sirven de extensión a la computadora, muchos son para fines muy específicos y no se pueden abarcar, entre los dispositivos que son de uso común se encuentra la impresora, el teclado, el ratón y el monitor.

Puerto serial:

El puerto serial es aquel que envía y recibe los datos BIT por BIT, entre los puertos seriales se puede mencionar el puerto de teclado, o el puerto del MODEM.

Puerto paralelo:

Este tipo de puerto transmite la información byte por byte, o sea que transmite ocho bits al mismo tiempo, de forma paralela. un puerto paralelo por excelencia pues es el puerto para impresora

Se puede observar que un puerto de entrada puede ser paralelo o serial, lo mismo que un puerto de entrada o de entrada / salida.

A cada puerto la bios le asigna una dirección de memoria para que pueda trabajar, dependiendo de que clase de puerto sea se le asigna un determinado espacio exclusivo para él. Por medio de estas localidades de memoria el sistema puede enviarles o recibir información, es una especie de memoria de intercambio para la transmisión de dados de un lugar a otro. A esto se le llama espacio de localidades de memoria y se realiza dentro del primer kilo bite de la memoria principal. Existen otras asignaciones de memoria en otras capas superiores de memoria pero estas son hechas por el sistema operativo y por los demás programas, pero estas asignaciones son para fines específicos de los demás programas.

Los puertos no solo se limitan a recibir la información, o enviarla, según sea el caso. El puerto provee la corriente eléctrica necesaria para el funcionamiento del dispositivo y revisa el estado de este.

Puerto PS/2

El conector PS/2 o puerto PS/2 toma su nombre de la serie de ordenadores IBM Personal System/2 en que es creada por IBM en 1987, y empleada para conectar teclados y ratones. Muchos de los adelantos presentados fueron inmediatamente adoptados por el mercado del PC, siendo este conector uno de los primeros.

Puerto USB

El USB puede conectar los periféricos como ratón, teclados, escáneres, cámaras digitales,teléfonos celulares, reproductores multimedia, impresoras, discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos y componentes de red. Para dispositivos multimedia como escáneres y cámaras digitales, el USB se ha convertido en el método estándar de conexión. Para impresoras, el USB ha crecido tanto en popularidad que ha empezado a desplazar a los puertos paralelos porque el USB hace sencillo el poder agregar más de una impresora a un ordenador personal.

Puertos seriales

Los puertos seriales son aquellos que transmiten y reciben información bit a bit, tales como: el puerto serial, el puerto infrarrojo.

En teoría un enlace serial podría requerir de sólo dos cables, una línea de señal y una tierra, para mover la señal serial de una locación a otra. Pero en la práctica esto no funciona correctamente al paso del tiempo ya que algunos bits pueden perder el nivel de la señal, alterando el resultado final. Un bit faltante en la terminal de recepción puede provocar que todos los bits siguientes sean cambiados o recorridos, resultando en datos incorrectos al convertirlos de regreso a una señal paralela. Por lo tanto, para conseguir una comunicación serial confiable se deben de prevenir estos errores de bit que pueden emerger en varias formas distintas.

Puertos Paralelos

Los puertos paralelos pueden ser usados para conectar una multitud de componentes periféricos:

Impresoras

Escaners

Quemadores de CD

Discos duros externos

Iomega Zip removable drives

Adaptadores de Red

Los puertos paralelos fueron desarrollados originalmente por IBM como una forma de conectar una impresora a la PC. Cuando IBM estaba en el proceso de diseño de la PC, la compañía quería que la computadora trabajara con impresoras ofrecidas por Centronics, una empresa líder en fabricante de impresoras en ese tiempo. IBM decidió no usar el mismo puerto de interfase que Centronics usaba en sus impresoras.

Conectores RCA

El conector RCA es un tipo de conector eléctrico común en le mercado audiovisual. El nombre RCA deriva de La Radio Corporation Of America, que introdujo el diseño en 1940.Forma:

El cable tiene un conector macho en el centro, rodeado de un pequeño anillo metálico (a veces con ranuras), que sobresale. En el lado del dispositivo, el conector es un agujero cubierto por otro aro de metal, más pequeño que el del cable para que éste se sujete sin problemas.

Puertos VGA

El puerto VGA es el puerto estandarizado para conexión del monitor a la PC.

Características:Su conector es un HD 15, de 15 pines organizados en 3 hileras horizontales.

Es de forma rectangular, con un recubrimiento plástico para aislar las partes metálicas.

Ubicación en el sistema informatico:

En la parte posterior de los monitores y en la parte trasera del PC, cerca del puerto de S-video.

SCSI

Utilizan CCS (CommandCommon Set). Es un conjunto de comandos para acceder a los dispositivos que los hacen más o menos compatibles.

SCSI 1, SCSI2 y SCSI 3.1(SPI) conectan los dispositivos en paralelo. SCSI 3.2(Firewire), SCSI 3.3(SSA) y SCSI 3.4(FC-AL) conectan los dispositivos en serie.

Hacen falta terminadores (jumpers, por BIOS, físicos) en el inicio y fin de la cadena.

Número máximo de dispositivos: La controladora cuenta como un dispositivo (identificador 7, 15) BUS Dispositivos Identificadores Conector 8 bits 7 Del 0 al 6 50 pins 16 bits 15 Del 0 al 14 68 pins.

A cada puerto el bios le asigna una dirección de memoria para que pueda trabajar,