COMPUNET: junio 2011

UNIDAD 1

MODELOS DE ARQUITECTURA DE COMPUTO

CLASICAS:

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las Arquitecturas modernas.

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman)

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este.

Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código maquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros programas). Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la misma memoria para datos y para el código del programa.

Arquitectura Harvard

Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos. Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en 8 bits en una memoria aparte

SEGMENTADAS:

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en variasunidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones. Para comprender mejor esto, supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en otra etapa de ejecución de la instrucción.

En un procesador con segmentación del cause, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad de ejecución. Estas pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute. Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía proviene el nombre en ingles: Pipelining o entubamiento.

MULTIPROCESAMIENTO:

Cuando se desea incrementar el desempeño más haya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación

Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera:

–SISO – (Single Instruction, Single Operand) computadoras independientes
–SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand ) procesadores vectoriales
–MISO – (Multiple Instruction, Single Operand ) No implementado
–MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand ) sistemas SMP, Clusters

ANALISIS DE LOS COMPONENTES

CPU:

La Unidad Central de Proceso es el lugar donde se realizan las operaciones de cálculo y control de los componentes que forman la totalidad del conjunto del sistema informático.

Las CPU de las actuales computadoras son microprocesadores construidos sobre un cristal de silicio semiconductor donde se crean todos los elementos que forman un circuito electrónico (transistores, etc.) y las conexiones necesarias para formarlo.

El microcircuito se encapsula en una pastilla de plástico con una serie de conexiones hacia el exterior, en forma de patillas metálicas, que forman su nexo de unión al resto del sistema informático. Estas pastillas de plástico, con una multitud de patillas de conexión metálicas, reciben el nombre de chips.

El microprocesador central de una computadora se divide en:
• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).
• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic Control Unit o ALU en inglés).

• Registros.

ARQUITECTURAS:

Existen dos tipos más comunes:

CISC: Su sistema de trabajo se basa en la microprogramación. Consiste en

hacer que cada instrucción sea interpretada por un miniprograma.

RISC: Microprocesador con un conjunto de instrucciones muy reducidas en

contraposición. Se basan en estructuras simples y por lo tanto su

complejidad total de la CPU es menor.
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.

TIPOS

Supercomputadoras: Una supercomputadora es el tipo de computadora

más potente y más rápida que existe en un momento dado. Estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica.

Macrocomputadoras: o Mainframes Las macrocomputadoras son

también conocidas como Mainframes. Los mainframes son grandes,

rápidos y caros sistemas que son capaces de controlar cientos de usuarios simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida.

Minicomputadoras En 1960 surgió la minicomputadora, una versión más

pequeña de la Macrocomputadoras. Al ser orientada a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un Mainframe, y esto ayudo a reducir el precio y costos de mantenimiento.

Microcomputadoras o PC´s: Las microcomputadoras o Computadoras

Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Un microprocesador es “una computadora en un chip”, o sea un circuito integrado independiente. Las PC´s son computadoras para uso personal y relativamente son baratas y actualmente se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares.

CARACTERISTICAS

Dentro de las características más importantes se encuentran las siguientes:

· Memoria
· Unidad aritmética lógica
· Unidad o procesador de control
. Memoria principal (interna o central)

Se almacenan datos y programas, hay dos operaciones que se hacen en la memoria (lee y escribe) entonces se dice que es donde almacena, se lee y se escribe.

Es un conjunto de células numeradas y dos registros especiales con los que

realiza las transacciones.

El registro de dirección que indica el número de la célula afectada y el de intercambio que contiene la información leída o la que hay que escribir en la célula de cuestión.

La memoria central o simplemente memoria (interna o principal) se utiliza para almacenar información. En general, la información almacenada en memoria puede ser de dos tipos: las instrucciones de un programa y los datos con los que se operan las instrucciones.

Por ejemplo: Para que un programa se pueda ejecutar (correr, rodar, funcionar,…), debe ser situado en la memoria, en una operación denominada carga (load) del programa.

La memoria central de una computadora es una zona de almacenamiento organizada en centenares o millares de unidades de almacenamiento individual celdas.

La unidad elemental de memoria se llama byte (octeto). Un byte tiene la capacidad de almacenar un carácter de información, y esta formado por un conjunto de unidades más pequeñas de almacenamiento denominadas bits, que son dígitos binarios (0 ó 1). Generalmente se acepta que un byte contiene ocho bits.

FUNCIONAMIENTO

Dentro de las características más importantes se encuentran las siguientes:

· Memoria
· Unidad aritmética lógica
· Unidad o procesador de control
. Memoria principal (interna o central)

Se almacenan datos y programas, hay dos operaciones que se hacen en la memoria (lee y escribe) entonces se dice que es donde almacena, se lee y se escribe.

Es un conjunto de células numeradas y dos registros especiales con los que

realiza las transacciones.

El registro de dirección que indica el número de la célula afectada y el de intercambio que contiene la información leída o la que hay que escribir en la célula de cuestión.

Por ejemplo: Para que un programa se pueda ejecutar (correr, rodar, funcionar,…), debe ser situado en la memoria, en una operación denominada carga (load) del programa.

La memoria central de una computadora es una zona de almacenamiento organizada en centenares o millares de unidades de almacenamiento individual celdas.

MEMORIA

ARQUITECTURA

ARQUITECTURA DE LA MEMORIA (ROM)

La arquitectura (estructura) interna de un CI-ROM es muy compleja y no
necesitamos conocer todos sus detalles. Sin embargo es constructivo observar
un diagrama simplificado de la estructura interna. Existen cuatro partes
básicas: decodificador de renglones, arreglo de registros y buffer de salida

•

Arreglo de registros

El arreglo de registros almacena los datos que han sido programados en la ROM. Cada registro contiene un número de celdas de memoria que es igual al tamaño de la palabra. En este caso, cada registro almacena una palabra de 8 bits. Los registros se disponen en un arreglo de matriz< cuadrada que es común a muchos circuitos de semiconductor. Podemos especificar la posición de cada registro como una ubicada en un reglón y una columna específicos.

Las 8 salidas de datos de cada registro se conectan a un canal de datos interno que corre atreves de todo el circuito. Cada registro tiene dos entradas de habilitación (E); ambas tienen que ser altas a fin de que los datos del registro sean colocados en el canal.

•

Decodificadores de direcciones.

El código de dirección aplicado A3, A2, A1, A0, determina que registro será habilitado para colocar su palabra de datos en 8 bits en el canal. Los bits de dirección A1, A0, se alimentan de un decodificador uno de 4 que activa una línea de selección de renglón, y los bits de dirección A3, A2, se alimentan de un segundo decodificador uno de cuatro que activa una línea de selección de columna. Solamente un registro estará en el renglón y la columna seleccionados por las entradas de difracción, y estará habilitado.

ARQUITECTURA DE LA MEMORIA (RAM)

Como sucede con la ROM, es útil pensar que la RAM consta de varios registros,
cada uno de los cuales almacenan una sola palabra de datos y tiene una
dirección única. Las RAMS comúnmente vienen con capacidades de palabras de
1K, 4K, 8K, 16K, 64K, 128K, 256K, y 1024K, y tamaños de palabras de 1, 4, u 8

Operación de lectura.
El código de dirección selecciona un registro del circuito de memoria para leer
o escribir. A fin de leer el contenido de registro seleccionado, la entrada
lectura/escritura (R/-W)* debe ser un 1. Además, la entrada (CS) selección de CI
debe ser activada (un 0 de este caso). La combinación de R/-W es igual a 1 y
CS es igual a 0 habilita los buffers de salida de manera que el contenido de
registro seleccionado aparecerá en las cuatro salidas de datos. R/-W igual a 1
también deshabilita los buffers de entrada de manera que las entradas de
datos no afecten la memoria durante la operación de lectura

•

Operación de escritura

Para escribir una nueva palabra de cuatro bits en el registro seleccionado se requiere que R/-W igual a 0 y CS igual 0. Esta combinación habilita los buffers de entrada de manera que la palabra de cuatro bits aplicada a las entradas de datos se cargara en el registro seccionado. R/-W igual a 0 también deshabilita los buffers de salida que son de tres estados, de manera que las salidas de datos se encuentran en el estado de alta-z, durante una operación de escritura. La operación de escritura, desde luego, destruye la palabra que antes estaba almacenada en la dirección.

ARQUITECTURA DE LA MEMORIA (EPROM)

•

ROM programable y borrable

Una EPROM puede ser programada por el usuario y también puede borrarse y reprogramarse tantas veces como desee. Una vez programada, la EPROM es una memoria no volátil que contendrá sus datos almacenados indefinidamente. El proceso para programar una EPROM implica la aplicación de niveles de voltaje especiales (comúnmente en un orden de 10 a 25 volts) a las entradas adecuadas del circuito en una cantidad de tiempo especificada (por lo general

50 minutos) por la localidad de dirección. El proceso de programación generalmente es efectuado por un circuito especial de programación que esta separando del circuito en el cual la EPROM eventualmente trabajara. El proceso de programación completo puede llevar barios minutos para un microcircuito EPROM.

En una EPROM las celdas de almacenamiento son transistores MOSFET que tienen una compuerta de cilicio sin ninguna conexión eléctrica (es decir, una compuerta flotante). En un estado normal, cada transistor esta apagado y cada celda guarda un 1 lógico un transistor puede encenderse mediante la aplicación de un curso de programación de alto voltaje, el cual inyecta electrones de alta energía en la región formada por la compuerta flotante. Estos electrones permanecen en esta región una vez que ha finalizado el pulso ya que no existe ninguna trayectoria de descarga.

TIPOS DE MEMORIA

RAM: Siglas de Random Access Memory, un tipo de memoria a la que se puede acceder de forma aleatoria; esto es, se puede acceder a cualquier byte de la memoria sin pasar por los bytes precedentes. RAM es el tipo más común de memoria en las computadoras y en otros dispositivos, tales como las impresoras.

Hay dos tipos básicos de RAM:
•DRAM (Dynamic RAM), RAM dinámica
•SRAM (Static RAM), RAM estática

Los dos tipos difieren en la tecnología que usan para almacenar los datos. La
RAM dinámica necesita ser refrescada cientos de veces por segundo, mientras
que la RAM estática no necesita ser refrescada tan frecuentemente, lo que la
hace más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos
son volátiles, lo que significa que pueden perder su contenido cuando se
desconecta la alimentación.

En el lenguaje común, el término RAM es sinónimo de memoria principal, la
memoria disponible para programas. En contraste, ROM (Read Only Memory)
se refiere a la memoria especial generalmente usada para almacenar
programas que realizan tareas de arranque de la máquina y de diagnósticos. La
mayoría de los computadores personales tienen una pequeña cantidad de ROM
(algunos Kbytes). De hecho, ambos tipos de memoria ( ROM y RAM )permiten
acceso aleatorio. Sin embargo, para ser precisos, hay que referirse a la
memoria RAM como memoria de lectura y escritura, y a la memoria ROM como
memoria de solo lectura.
Se habla de RAM como memoria volátil, mientras que ROM es memoria no-
volátil.

Tipos de memoria RAM

•

VRAM:

Siglas de Vídeo RAM, una memoria de propósito especial usada por los adaptadores de vídeo. A diferencia de la convencional memoria RAM, la VRAM puede ser accedida por dos diferentes dispositivos de forma simultánea. Esto permite que un monitor pueda acceder a la VRAM para las actualizaciones de la pantalla al mismo tiempo que un procesador gráfico suministra nuevos datos. VRAM permite mejores rendimientos gráficos aunque es más cara que la una RAM normal

•

SIMM:

Siglas de Single In line Memory Module, un tipo de encapsulado consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, y que se inserta en un zócalo SIMM en la placa madre o en la placa de memoria. Los SIMMs son más fáciles de instalar que los antiguos chips de memoria individuales, y a diferencia de ellos son medidos en bytes en lugar de bits. El primer formato que se hizo popular en los computadores personales tenía 3.5″ de largo y usaba un conector de 32 pins. Un formato más largo de 4.25″, que usa 72 contactos y puede almacenar hasta 64 megabytes de RAM es actualmente el más frecuente. Un PC usa tanto memoria de nueve bits (ocho bits y un bit de paridad, en 9 chips de memoria RAM dinámica) como memoria de ocho bits sin paridad. En el primer caso los ocho primeros son para datos y el noveno es para el chequeo de paridad

•

DIMM:

Siglas de Dual In line Memory Module, un tipo de encapsulado, consistente en una pequeña placa de circuito impreso que almacena chips de memoria, que se inserta en un zócalo DIMM en la placa madre y usa generalmente un conector de 168 contactos.

•

DIP:

Siglas de Dual In line Package, un tipo de encapsulado consistente en almacenar un chip de memoria en una caja rectangular con dos filas de pines de conexión en cada lado.

SRAM

Siglas de Static Random Access Memory, es un tipo de memoria que es más rápida y fiable que la más común DRAM (Dynamic RAM). El término estática viene derivado del hecho que necesita ser refrescada menos veces que la RAM dinámica.

Los chips de RAM estática tienen tiempos de acceso del orden de 10 a 30 nanosegundos, mientras que las RAM dinámicas están por encima de 30, y las memorias bipolares y ECL se encuentran por debajo de 10 nanosegundos

Un bit de RAM estática se construye con un --- como circuito flip-flop que permite que la corriente fluya de un lado a otro basándose en cual de los dos transistores es activado. Las RAM estáticas no precisan de circuiteria de refresco como sucede con las RAMs dinámicas, pero precisan más espacio y usan mas energía. La SRAM, debido a su alta velocidad, es usada como memoria caché

•

DRAM

Siglas de Dynamic RAM, un tipo de memoria de gran capacidad pero que precisa ser constantemente refrescada (re-energizada) o perdería su contenido. Generalmente usa un transistor y un condensador para representar un bit Los condensadores debe de ser energizados cientos de veces por segundo para mantener las cargas. A diferencia de los chips firmware (ROMs, PROMs, etc.) las dos principales variaciones de RAM (dinámica y estática) pierden su contenido cuando se desconectan de la alimentación. Contrasta con la RAM estática.

Algunas veces en los anuncios de memorias, la RAM dinámica se indica erróneamente como un tipo de encapsulado; por ejemplo “se venden DRAMs, SIMMs y SIPs”, cuando deberia decirse “DIPs, SIMMs y SIPs” los tres tipos de encapsulado típicos para almacenar chips de RAM dinámica. Tambien algunas veces el término RAM (Random Access Memory) es utilizado para referirse a la DRAM y distinguirla de la RAM estática (SRAM) que es más rápida y más estable que la RAM dinámica, pero que requiere más energía y es más cara

SDRAM

Siglas de Synchronous DRAM, DRAM síncrona, un tipo de memoria RAM dinámica que es casi un 20% más rápida que la RAM EDO. SDRAM entrelaza dos o más matrices de memoria interna de tal forma que mientras que se está accediendo a una matriz, la siguiente se está preparando para el acceso. SDRAM-II es tecnología SDRAM más rápida esperada para 1998. También conocido como DDR DRAM o DDR SDRAM (Double Data Rate DRAM o SDRAM), permite leer y escribir datos a dos veces la velocidad bús

•

FPM:

Siglas de Fast Page Mode, memoria en modo paginado, el diseño más comun de chips de RAM dinámica. El acceso a los bits de memoria se realiza por medio de coordenadas, fila y columna. Antes del modo paginado, era leido pulsando la fila y la columna de las líneas seleccionadas. Con el modo pagina, la fila se selecciona solo una vez para todas las columnas (bits) dentro de la fila, dando como resultado un rápido acceso. La memoria en modo paginado tambien es llamada memoria de modo Fast Page o memoria FPM, FPM RAM, FPM DRAM. El término “fast” fué añadido cuando los más nuevos chips empezaron a correr a 100 nanoseconds e incluso más

EDO

Siglas de Extended Data Output, un tipo de chip de RAM dinámica que mejora el rendimiento del modo de memoria Fast Page alrededor de un 10%. Al ser un subconjunto de Fast Page, puede ser substituida por chips de modo Fast Page. Sin embargo, si el controlador de memoria no está diseñado para los más rápidos chips EDO, el rendimiento será el mismo que en el modo Fast Page.

EDO elimina los estados de espera manteniendo activo el buffer de salida hasta que comienza el próximo ciclo. BEDO (Burst EDO) es un tipo más rápido de EDO que mejora la velocidad usando un contador de dirección para las siguientes direcciones y un estado ‘pipeline’ que solapa las operaciones

•

RAM Estática o SDRAM

Que no necesita ser restaurada, por lo que se vuelve más rápida pero también más costosa que la DRAM. La SDRAM surgió junto con los microprocesadores Pentium II, pero son utilizadas también para Pentium III, AMD K6, K6–2, K6–3, Athlon, Durony demás variantes. Pueden funcionar a 66, 100 o a 133 MHz En términos prácticos, es buena para la mayoría de los usos de empresa o domésticos, y es más fácil de utilizar

•

MEMORIA ROM

ROM es el acrónimo de Read-Only Memory (memoria de sólo lectura). Es una memoria de semiconductor no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella, y que conserva intacta la información almacenada, incluso en el caso de interrupción de corriente (memoria no volátil). La ROM suele almacenar la configuración del sistema o el programa de arranque del ordenador.

FUNCIONAMIENTO

La memoria RAM es en la que se depositan los programas para arrancar. La
memoria ROM o cache es la que tienes en este momento activa es la que
ocupa lo ejecutado, lo presente una vez que cambies de pantalla y no puedas
volver a ella sin volver a cargarla quiere decir que ya no está presente que no
la tienes en cache. La memoria flash BIOS es la que contiene activa o
desactivamente la placa madre y sus componentes se mantienen por una pila
de reloj en la placa madre .
La memoria principal o RAM (acrónimo de Random Access Memory, Memoria de
Acceso Aleatorio) es donde el ordenador guarda los datos que está utilizando
en el momento presente.
Se llama de acceso aleatorio porque el procesador accede a la información que
está en la memoria en cualquier punto sin tener que accederá la información
anterior y posterior. Es la memoria que se actualiza constantemente mientras
el ordenador está en uso y que pierde sus datos cuando el ordenador se apaga.

Proceso de carga en la memoria RAM:

Cuando las aplicaciones se ejecutan, primeramente deben ser cargadas en memoria RAM. El procesador entonces efectúa accesos a dicha memoria para cargar instrucciones y enviar o recoger datos. Reducir el tiempo necesario para acceder a la memoria, ayuda a mejorar las prestaciones del sistema. La diferencia entre la RAM y otros tipos de memoria de almacenamiento, como los disquetes o discos duros, es que la RAM es mucho más rápida, y se borra al apagar el ordenador.

Es una memoria dinámica, lo que indica la necesidad de “recordar” los datos ala memoria cada pequeño periodo de tiempo, para impedir que esta pierda la información. Eso se llama Refresco. Cuando se pierde la alimentación, la memoria pierde todos los datos. “Random Access”, acceso aleatorio, indica que cada posición de memoria puede ser leída o escrita en cualquier orden. Lo contrario seria el acceso secuencial, en el cual los datos tienen que ser leídos o escritos en un orden predeterminado.

Las memorias poseen la ventaja de contar con una mayor velocidad, mayor capacidad de almacenamiento y un menor consumo. En contra partida presentan el CPU, Memoria y Disco Duro. Los datos de instrucciones cuando se carga un programa, se carga en memoria. (DMA)

El inconveniente es que precisan una electrónica especial para su utilización, la función de esta electrónica es generar el refresco de la memoria. La necesidad de los refrescos de las memorias dinámicas se debe al funcionamiento de las mismas, ya que este se basa en generar durante un tiempo la información que contiene. Transcurrido este lapso, la señal que contenía la célula vistable se va perdiendo. Para que no ocurra esta perdida, es necesario que antes que transcurra el tiempo máximo que la memoria puede mantener la señal se realice una lectura del valor que tiene y se recargue la misma. Es preciso considerar que a cada bit de la memoria le corresponde un pequeño condensador al que le aplicamos una pequeña carga eléctrica y que mantienen durante un tiempo en función de la constante de descarga. Generalmente el refresco de memoria se realiza cíclicamente y cuando esta trabajando el DMA. El refresco de la memoria en modo normal esta a cargo del controlador del canal que también cumple la función de optimizar el tiempo requerido para la operación del refresco.

Posiblemente, en más de una ocasión en el ordenador aparecen errores de en la memoria debido a que las memorias que se están utilizando son de una velocidad inadecuada que se descargan antes de poder ser refrescadas. Las posiciones de memoria están organizadas en filas y en columnas. Cuando se quiere acceder a la RAM se debe empezar especificando la fila, después la columna y por último se debe indicar si deseamos escribir o leer en esa posición. En ese momento la RAM coloca los datos de esa posición en la salida, si el acceso es de lectura o coge los datos y los almacena en la posición seleccionada, si el acceso es de escritura.

s conveniente que todos los bancos de memoria estén constituidos por módulos con el mismo tiempo de acceso y a ser posible de 60 ns. Hay que tener en cuenta que el bus de datos del procesador debe coincidir con el de la

memoria, y en el caso de que no sea así, esta se organizará en bancos, habiendo de tener cada banco la cantidad necesaria de módulos hasta llegar al ancho buscado. Por tanto, el ordenador sólo trabaja con bancos completos, y éstos sólo pueden componerse de módulos del mismo tipo y capacidad. Como existen restricciones a la hora de colocar los módulos, hay que tener en cuenta que no siempre podemos alcanzar todas las configuraciones de memoria. Tenemos que rellenar siempre el banco primero y después el banco número dos, pero siempre rellenando los dos zócalos de cada banco (en el caso de que tengamos dos) con el mismo tipo de memoria. Combinando diferentes tamaños en cada banco podremos poner la cantidad de memoria que deseemos.

DISPOSITIVOS DE ENTRDA Y SALIDA

ARQUITECTURA

LOS DISPOSITIVOS DE ENTRADA/SALIDA:

Son aquellos que permiten la comunicación entre la computadora y el usuario

DISPOSITIVOS DE ENTRADA:

Son aquellos que sirven para introducir datos a la computadora para su proceso. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los dispositivos de entrada convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.

Los dispositivos de entrada típicos son los teclados, otros son: lápices ópticos, palancas de mando (joystick), CD-ROM, discos compactos (CD), etc. Hoy en día es muy frecuente que el usuario utilice un dispositivo de entrada llamado ratón que mueve un puntero electrónico sobre una pantalla que facilita la interacción usuario-máquina

DISPOSITIVOS DE SALIDA:

Son los que permiten representar los resultados (salida) del proceso de datos. El dispositivo de salida típico es la pantalla o monitor. Otros dispositivos de salida son: impresoras (imprimen resultados en papel), trazadores gráficos (plotters), bocinas, entre otros

TIPOS

Mouse:

La función principal del ratón es transmitir los movimientos de nuestra mano sobre una superficie plana hacia el ordenador. Allí, el software denominado driver se encarga realmente de transformarlo a un movimiento del puntero por la pantalla dependiendo de varios parámetros

Teclado:

Es el dispositivo más común de entrada de datos. Se lo utiliza para introducir comandos, textos y números. Estrictamente hablando, es un dispositivo de entrada y de salida, ya que los LEDs también pueden ser controlados por la máquina

Scanner:

A teniéndonos a los criterios de la Real Academia de la Lengua, famosa por la genial introducción del término cederrón para denominar al CD-ROM, probablemente nada; para el resto de comunes mortales, digamos que es la

palabra que se utiliza en informática para designar a un aparato digitalizador

de imagen.

Por digitalizar se entiende la operación de transformar algo analógico (algo físico, real, de precisión infinita) en algo digital (un conjunto finito y de precisión determinada de unidades lógicas denominadas bits). En fin, que dejándonos de tanto formalismo sintáctico, en el caso que nos ocupa se trata de coger una imagen (fotografía, dibujo o texto) y convertirla a un formato que podamos almacenar y modificar con el ordenador. Realmente un escáner no es ni más ni menos que los ojos del ordenador

Webcam

Una cámara web en la simple definición, es una cámara que esta simplemente conectada a la red o INTERNET. Como te puede imaginar tomando esta definición, las cámaras Web pueden tomar diferentes formas y usos

Lápiz Óptico:

Dispositivo señalador que permite sostener sobre la pantalla (fotosensible) un lápiz que está conectado al ordenador con un mecanismo de resorte en la punta o en un botón lateral, mediante el cual se puede seleccionar información visualizada en la pantalla. Cuando se dispone de información desplegada, con el lápiz óptico se puede escoger una opción entre las diferentes alternativas, presionándolo sobre la ventana respectiva o presionando el botón lateral, permitiendo de ese modo que se proyecte un rayo láser desde el lápiz hacia la pantalla fotosensible

Joystick:

Palanca que se mueve apoyada en una base. Se trata, como el ratón, de un manejador de cursor. Consta de una palanca con una rótula en un extremo, que permite efectuar rotaciones según dos ejes perpendiculares. La orientación de la palanca es detectada por dos medidores angulares perpendiculares, siendo enviada esta información al ordenador. Un programa adecuado convertirá los ángulos de orientación de la palanca en desplazamiento del cursor sobre la misma

Monitor o Pantalla:

Es el dispositivo en el que se muestran las imágenes generadas por el adaptador de vídeo del ordenador o computadora. El término monitor se refiere normalmente a la pantalla de vídeo y su carcasa. El monitor se conecta al adaptador de vídeo mediante un cable. Evidentemente, 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)

Impresoras:
Como indica su nombre, la impresora es el periférico que el ordenador utiliza
para presentar información impresa en papel. Las primeras impresoras
nacieron muchos años antes que el PC e incluso antes que los monitores,
siendo durante años el método más usual para presentar los resultados de los
cálculos en aquellos primitivos ordenadores, todo un avance respecto a las
tarjetas y cintas perforadas que se usaban hasta entonces

Plóters:

Un plóter es un dispositivo que conectado a una computadora puede dibujar sobre papel cualquier tipo de gráfico mediante el trazado de líneas gracias a las plumillas retirables de las que dispone. La limitación fundamental respecto a una impresora está en la menor velocidad del plóter y en lo limitado de los colores que puede ofrecer, que se ven limitados por el número de plumillas, bien es cierto que se pueden crear mezclando puntos de distintas plumillas, pero el proceso alargaría aún más la obtención de resultados

Bocinas:

Algunas bocinas son de mesas, similares a la de cualquier aparato de sonidos y otras son portátiles (audífonos). Existen modelos muy variados, de acuerdo a su diseño y la capacidad en watts que poseen.

FUNCIONAMIENTO

Componente de hardware utilizado tanto para proporcionar como para recibir información del ordenador o computadora. Un dispositivo de entrada/salida transfiere información en las dos direcciones posibles. Una unidad de disco es un ejemplo de dispositivo de entrada/salida. Algunos dispositivos son sólo de entrada, por ejemplo un teclado, un m ouse o ratón, un lápiz óptico y un

joystick o palanca de juegos. Otros sirven sólo para la salida de datos

(impresoras y monitores). La mayoría de los dispositivos requieren la instalación de rutinas de software denominadas controladores, que permiten el intercambio de información entre la computadora y el dispositivo.

UNIDAD 2

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS DE COMPUTO

Un sistema de cómputo es un conjunto de elementos electrónicos que interactúan entre sí, (Hardware ) para procesar y almacenar información de acuerdo a una serie de instrucciones. (Software)

Al interior de una computadora podemos encontrar elementos de hardware tales como una fuente de alimentación, una tarjeta principal, una unidad de disco flexible, una unidad de disco duro, una unidad de CD-ROM, una tarjeta de vídeo, una tarjeta fax - módem, una tarjeta de sonido, entre otros. Externamente normalmente encontramos elementos como: un monitor, un teclado, un ratón, una impresora, etc.

Existe una gran variedad en el tamaño, el costo y el desempeño de los sistemas de cómputo. La tecnología está cambiando tan rápidamente, que pocos meses después de que ha salido al mercado un nuevo modelo, nos enfrentamos con dos sucesores potenciales; uno cuesta lo mismo y tiene mucho mejor funcionamiento, y el otro tiene el mismo desempeño y cuesta menos.

PARTES DE UNA COMPUTADORA

La primera clasificación que podemos hacer de las partes de una computadora es dividirla en sus componentes físicos o tangibles y sus componentes lógicos o intangibles. Los componentes físicos, también llamados “hardware” en inglés, son los componentes electrónicos y mecánicos que desempeñan las funciones de procesamiento, almacenamiento, entrada y salida de información. Los componentes lógicos, también llamados programas o “software” en inglés, son secuencias de instrucciones, las cuales le dicen a los componentes físicos de la computadora cómo realizar una tarea en particular.

La unidad del sistema es como un cascarón que contiene varios dispositivos, entre los que encontramos:

- La Unidad Central de Procesamiento o procesador

- La memoria central o RAM

- La unidad de disco duro

- La unidad de disco floppy

- La unidad de CD-ROM

- Los puertos de expansión para aumentar memoria, agregar un módem, agregar una tarjeta de sonido, entre otras posibilidades.

- Los iconos

Un icono en Windows es una representación gráfica de un elemento del sistema operativo. Existen iconos para representar los archivos, documentos, aplicaciones, carpetas, etc.

- El botón de inicio

El botón de inicio es el lugar donde se pueden acceder todas las aplicaciones de Windows. Si quieres ejecutar una aplicación y no la encuentras en el escritorio puedes buscarla en la sección “programas” del botón de inicio.

DIGRAMA DE BLOQUES DE UNA COMPUTADORA

1. Memoria 2. Actuador de Cierre/Apertura 3. Entrada Analógica 4. Conversión Analógica a Digital 5. Interfaz Digital 6. Microprocesador 7. Interfaz Serie 8. Módem 9. Fuente de Alimentación del Solenoide 10. Fuente de Energía ininterrumpible 11. Batería 12. Subsistema del Panel del Operador 13. Tarjeta de E/S Remotas 14. Radio

Los reconectadores Nu-Lec Industries brindan al usuario muchas ventajas excepcionales.

Las características nuevas e innovadoras han sido posibles por medio de la íntima forma en que el interruptor y el gabinete de comunicaciones trabajan en forma conjunta. El diagrama de bloques mostrado más abajo indica como los dos items están interconectados. El corazón de la unidad es el Módulo de Control y Protección (CAPM) y el Panel Inteligente de Control del Operador.

Las señales de la línea de AT están conectadas dentro del módulo de la electrónica por conexión directa a la entrada analógica. Los transformadores de corriente poseen un rango especial extendido desde 10A a 6.000A para medición y protección. Las pantallas de tensión incorporadas reflejan en forma exacta el valor de la tensión primaria y la relación de las fases, permitiendo la medición de la tensión, la corriente y el ángulo de fase en el módulo electrónico.

Cada reconectador es provisto con un Panel de Control del Operador que posee una pantalla de cristal líquido de cuatro líneas con iluminación fluorescente para la operación nocturna. Desde aquí, el usuario puede acceder y programar las características de medición y protección disponibles.

Se proporcionan, como sigue, tres niveles de interfaz entre el usuario y el Panel de Control del Operador:

1. Nivel Operador Este permite la operación básica, Abrir, Cerrar, y mostrar las configuraciones, tales como:

Ajustes de las protecciones e historial de fallas Mediciones de línea y datos históricos Modo reconectador, como por ejemplo: Control remoto SI Control local SI Modo auto recierre SI Cerrar/Abrir AISLAR

Alarmas/Estados tales como:

Falla en la fuente auxiliar Bloqueo

2. Nivel Técnico Este nivel está protegido por una contraseña a criterio del usuario en el “Nivel Ingeniero” y permite la configuración de todos los parámetros relacionados con la protección.

3. Nivel Ingeniero Este es accesible solamente mediante una computadora portátil o una PC y permite una personalización avanzada del panel del operador, configuración de contraseñas, y todas las funciones de los niveles.

UNIDAD 3

UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

ARQUITECTURA DEL CPU

(conocida por sus siglas en inglés, CPU), es un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en las computadoras. Generalmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos. El microprocesador de la CPU está formado por una unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones. Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo, un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).

Funcionamiento de la CPU Cuando se ejecuta un programa, el registro de la CPU, llamado contador de programa, lleva la cuenta de la siguiente instrucción, para garantizar que las instrucciones se ejecuten en la secuencia adecuada. La unidad de control de la CPU coordina y temporiza las funciones de la CPU, tras lo cual recupera la siguiente instrucción desde la memoria. En una secuencia típica, la CPU localiza la instrucción en el dispositivo de almacenamiento correspondiente.

La instrucción viaja por el bus desde la memoria hasta la CPU, donde se almacena en el registro de instrucción. Entretanto, el contador de programa se incrementa en uno para prepararse para la siguiente instrucción. A continuación, la instrucción actual es analizada por un descodificador, que determina lo que hará la instrucción. Cualquier dato requerido por la instrucción es recuperado desde el dispositivo de almacenamiento correspondiente y se almacena en el registro de datos de la CPU. A continuación, la CPU ejecuta la instrucción, y los resultados se almacenan en otro registro o se copian en una dirección de memoria determinada.

Gabinete: El gabinete es la parte externa de la computadora y hay dos tipos principales, torre y de escritorio. En la clase de torre, las hay mini torre, media torre y torre completa que son los que se utiliza para servidores. Dentro del gabinete se encuentran todos los dispositivos principales. Fuente de poder, microprocesador, memorias, tarjeta de video, tarjeta de sonido, motherboard, ventiladores. Hoy día encontramos gabinetes mucho más elaborados en donde no sólo se toma en cuenta el diseño futurístico fuera del gabinete sino mucho mas importante, el diseño por dentro, el cual permite mejor flujo de aire y distribución correcta de los dispositivos internos.

Los elementos básicos son: El Procesador, la Tarjeta Madre, Las unidades de disco, El Disco Duro, La Memoria y la Fuente de Poder. No obstante, los principios del diseño y operación de una CPU son independientes de su posición en un sistema de computadora. Este trabajo estará dedicado a la organización del hardware que permite a una CPU realizar su función principal: traer instrucciones desde la memoria y ejecutarlas.

También se la suele describir como el cerebro de la computadora. Como es incapaz de “pensar”, el micro no reconoce los números que maneja ya que sólo se trata de una máquina matemática, la razón por la cual nuestra computadora puede proveernos de un entorno cómodo para trabajar o jugar es que los programas y el hardware “entienden” esos números y pueden hacer que la CPU realice ciertas acciones llamadas instrucciones. Por detrás podemos ver los puertos, que son los lugares donde conectamos los diferentes periféricos a nuestro computador.

Si abrimos la caja del CPU y miramos adentro veremos algo como esto Dentro se encuentran La fuente de poder, el disco duro, la unidad Floppy o de discos flexibles, la unidad lectora de CD-ROM, la tarjeta Madre y muchos cables. Los Planos grises transportan los datos de las unidades de almacenamiento, los de colores son de alimentación eléctrica.

Conocer mas a fondo la arquitectura del microprocesador, sus caracteristicas y aplicaciones, asi como su evolucion a los microprocesadores actuales que ahora conocemos, es uno de los objetivos de este tema.

Arquitectura de la computadora se compone de las siguientes tres subcategorías principales:

(a) Arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA). ISA es la imagen abstracta de un sistema que es visto por un lenguaje de máquina / programador en lenguaje ensamblador, incluido el conjunto de instrucciones, tamaño de palabra, los modos de dirección de memoria, los registros del procesador, y la dirección y los formatos de datos.

(b) Microarquitectura. Microarquitectura, también llamado organizacion del computador es una descripcion de nivel inferior, más concreta y detallada, que incluye cómo los componentes del sistema están interconectados e interoperan para implementar el ISA. El tamaño de la caché de un computador por ejemplo, es una cuestión de organización que, en general, no tiene nada que ver con ISA.

c ) Diseño de Sistemas. Diseño de Sistemas incluye todos los demás componentes de hardware dentro de un sistema como el sistema de interconexiones (es decir, los buses y los interruptores de computador), los controladores de memoria y jerarquías, la CPU fuera de los mecanismos de carga (es decir, acceso directo a memoria) y temas como el multiprocesamiento.

Imagen: Diagrama de bloques de la arquitectura de microprocesador Pentium

Más importantes mejoras en la arquitectura Pentium a lo largo de los 80486 fueron la instrucción por separado y los cachés de datos, el bus de doble entero, utilizando el poder de predicción de rama, la pipeline de punto flotante, junto a la de 64-bit bus de datos externo. -Incluso se llevó a cabo la comprobación de paridad para el bus de datos y los arreglos internos de RAM (cachés y TLBs).

Mejoras en todos los procesadores Pentium se incluyen para mejorar el rendimiento. Hubo muy pocos nuevas instrucciones. Microprocesador Pentium utiliza unos 3 millones de transistores en un 294 mm2 (456k mils2). El uso de cachés y TLBs sólo alrededor del 30% de la matriz. A unos 17 mm en un lado, el camino entero de datos se encuentra en el centro, mientras que los datos de coma flotante es camino en el lado opuesto de la caché de datos.

Superescalar contradictorias con otros diseños, tales como Super SPARC, Pentium entero de la ruta de datos es en realidad más grande que sus datos FP camino. Intel estima en torno al 30% de los transistores se dedicaron a la compatibilidad con la arquitectura X-86. Gran parte de esta sobrecarga es más probable en el ROM de microcódigo, decodificar la instrucción y la unidad de control, y los adders en la dirección, pero hay otros efectos del complejo conjunto de instrucciones. Por ejemplo, la tasa más alta de referencias a la memoria en x86 en comparación con los programas de código RISC.

Conjunto Registro. Un Registro es de carácter temporal para mantener los resultados, y controlar la ejecución del programa. Registros de propósito general en el microprocesador Pentium son EAX, ECX, EDX, EBX, ESP, EBP, ESI o EDI.

Los 32 bits son los registros prefijados con E, EAX, etc, y los menos de 16 bits 0–15 de estos registros se puede acceder con la AX, CX, etc. Asimismo, el menor ocho bits (0–7) se puede acceder con nombres tales como AL & BL. Considerando que, el mayor ocho bits (8–15) con nombres como AH y BH. El puntero de instrucción EAP también llamado programa de contador (PC) en 8 bits es un microprocesador de 32 bits para la gestión de registro de 32 bits de direcciones de memoria, y el segmento inferior de 16 bits se utiliza para la propiedad intelectual 16-bi dirección de memoria.

El registro Bandera es de 32-bit registro. Sin embargo, solo 14-bits se utilizan para 13 tareas diferentes, estas banderas son compatibles hacia arriba con los de los 8086 y 80286. La comparación de parámetros disponibles en 16 bits y microprocesador de 32 bits puede proporcionar algunas indicaciones relacionadas con la capacidad de estos procesadores. El 8086 con 9 banderas, mientras que el 80286 dispone de 11 banderas, y el 80386 se presentó con 13 banderas.

El microprocesador también incluye registros de control y sistema de dirección, así como los registros de depuración y prueba de sistema de registros y depuración de las operaciones.

UNIDAD 4

OPERACION DE LA UNIDAD ARITMETICA LOGICA

ARQUITECTURA DE LA ALU

Una unidad aritmética lógica (ALU) es un circuito digital capaz de realizar operaciones lógicas y aritméticas. ALU es el fundamento principal de la unidad central de procesamiento (CPU). Incluso los microprocesadores más simples contienen al menos una unidad de este tipo. Dentro de los procesadores y CPUs modernos e incluso unidades de procesamiento gráfico (GPU) tienen complejas, potentes ALUs, un componente sencillo puede contener uno o más ALUs.

En 1946, Von Neumann y sus colegas diseñaron un equipo para el Instituto de Princeton de Estudios Avanzados (IAS), que más tarde se convirtió en el prototipo de muchos computadores. Von Neumann afirmó que una ALU es obligatoria para una computadora, ya que garantiza que el equipo será capaz de computar operaciones matemáticas básicas, incluyendo la adición, sustracción, multiplicación y división.

Sistemas numericos

Las primeras computadoras utilisaron una amplia variedad de sistemas numéricos, incluido el complemento uno, el formato signo-magnitud, sistemas decimales, etc.

Un ALU procesa números en el mismo formato que el resto del circuito digital.

El método de los procesadores modernos es siempre el complemento de dos de la representación de número binario. ALUs para cada uno de los primeros sistemas numéricos tenían diferentes diseños, que también influyó en la actual preferencia por el complemento de dos.

Esta representación hace más fácil para los ALUs calcular sumas y restas.

Además, también permite restas simplemente añadiendo el negativo de un numero en lugar de usar circuitos especializados en la realizacion de sustracción.

Operaciones simples:

ALUs son capaces de realizar las siguientes operaciones típicas:

a) Operaciones Enteras (suma, resta, y, en ocasiones, multiplicación y división)

b) Bitwise operaciones lógicas (AND, NOT, OR y XOR)

c) Bit-shifting (cambio de una palabra a un determinado número de bits, ya sea a la izquierda oa la derecha, con o sin signo ). Los cambios (shifts) se pueden interpretar como multiplicado por 2 o dividido por 2.

Operaciones complejas:

Una ALU pueden diseñarse para calcular cualquier operación, sin embargo los costos de la ALU es directamente proporcional a su complejidad que por consiguientemente, se relaciona con la ocupación de espacio en el microprocesador y la potencia.

Debido a esto misma, los diseñadores siempre deben ir por un compromiso, para ofrecer un procesador de ALU, lo suficientemente potente como para que sea rápido, pero no tan complejo como para ser prohibitivo.

REGISTROS (ALU)

Su misión es realizar las operaciones con los datos que recibe, siguiendo las indicaciones dadas por la unidad de control. El nombre de unidad aritmética y lógica se debe a que puede realizar operaciones tanto aritméticas como lógicas con los datos transferidos por la unidad de control

La unidad de control maneja las instrucciones y la aritmética y lógica procesa los datos.

Para que la unidad de control sepa si la información que recibe es una instrucción o dato, es obligatorio que la primera palabra que reciba sea una instrucción, indicando la naturaleza del resto de la información a tratar.

Para que la unidad aritmética y lógica sea capaz de realizar una operación aritmética, se le deben proporcionar, de alguna manera, los siguientes datos:

1. El código que indique la operación a efectuar.

2. La dirección de la celda donde está almacenado el primer sumando.

3. La dirección del segundo sumando implicado en la operación.

4. La dirección de la celda de memoria donde se almacenará el resultado.

Los registros se dividen en tres grupos principales:

• Registros de Propósito General.

• Registros de Segmento de Memoria.

• Registros de Instrucciones.

REPRESENTACION INTERNA ALU

Un tipico symbolo de ALU: A & B son los datos de entrada (registros); R es el dispositivo de salida; F son las instrucciones de la unidad de control; D es un status de salida.
Almacenamiento primario (memoria principal)

La seccion de almacenamiento primario (tambien llamado almacenamiento interno, almacenamiento principal, memoria principal) sirve para cuatro propositos

Mantiene la transferencia de datos de un dispositivo I/O hacia el area de almacenamiento, donde permanecen hasta que la computadora esta lista para procesarlos

SUMA Y REGISTRO (ALU)

La suma y la resta son operaciones de dos palabras de 1 bit de las que se obtiene una suma y un carry. Existen distintas formas de implementar la suma y la resta.

Si sumamos números decimales es común la expresión “cinco mas siete es igual a doce, entonces son dos y llevo uno”. Este “llevo uno” se conoce como el acarreo. De la misma manera se realiza una suma binaria de varios bits. Unicamente necesitamos recordar las sencillas reglas de la suma binaria de un bit.

1+1 = 0 y llevo 1

1+0 = 1

0+1 = 1

0+0 = 0

1+1+1 = 1 y llevo 1

RESTA

La resta se lleva de manera similar en números decimales y binarios. Si en la suma existe el acarreo, en la resta existe el “préstamo”, igual que en decimales.

1. = 0

1. = 1

0. = 0

.0–1 = 1 prestando un uno al bit siguiente.

Con estas reglas tenemos por ejemplo.

11001001- 00110101 = 10010100

MULTIPLICACION Y DIVISION (ALU)

La multiplicación.

La multiplicación se puede calcular fácilmente mediante un algoritmo de sumas y desplazamientos. Si el multiplicando es de n bits y el multiplicador de m, entonces el producto es de n + m bits. La multiplicación en binario es muy sencilla ya que se trata de multiplicar por “1” ó por “0”. Veamos un ejemplo en sistema decimal y otro en sistema binario:

Ejemplo en sistema decimal:

Multiplicando 5 3 2

Multiplicador 4 3 1

________
2 5 3 2

1 5 9 6

2 1 2 8

Producto 2 2 9 2 9 2

Ejemplo en sistema binario:

Multiplicando 1 0 1 1

Multiplicador 1 1 0 1

___________
1 1 0 1 1

1 0 0 0 0

1 1 0 1 1

1 0 1 1

Producto 1 0 0 0 1 1 1 1

La división.

Podemos expresar la división como: Dividendo = Cociente x Divisor + Resto. El resto es más pequeño que el divisor y hay que reservar el doble de espacio de éste para el dividendo. Supondremos números positivos. Veamos un ejemplo:

Ejemplo 1:

Dividendo ! 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 ! Divisor

1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 ! Cociente

1 0 1 1

0 0 1 1 1 0

1 0 1 1

0 0 1 1 1

1 0 1 1

0 1 0 0 ! Resto

OPERACIONES LOGICAS (ALU)

Operaciones Lógicas de Comparación. • La puerta lógica Y, más conocida por su nombre en inglés AND, realiza la función booleana de producto lógico. Su símbolo es un punto (•), aunque se suele omitir. Así, el producto lógico de las variables A y B se indica como AB, y se lee A y B o simplemente A por B. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta AND es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta AND

Entrada A Entrada B Salida AB 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1

Su definición se puede dar, como una compuerta que entrega un 1 lógico sólo si todas las entradas están a nivel alto 1. • La puerta lógica O, más conocida por su nombre en inglés OR, realiza la operación de suma lógica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta OR es:

Su tabla de verdad es la siguiente:

Tabla de verdad puerta OR

Entrada A Entrada B Salida A + B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1

Podemos definir la puerta O como aquella que proporciona a su salida un 1 lógico si al menos una de sus entradas está a 1.

La puerta lógica O-exclusiva, más conocida por su nombre en inglés XOR, realiza la función booleana A’B+AB’. Su símbolo es el más (+) inscrito en un círculo. En la figura de la derecha pueden observarse sus símbolos en electrónica. La ecuación característica que describe el comportamiento de la puerta XOR es:

Su tabla de verdad es la siguiente: Tabla de verdad puerta XOR Entrada A Entrada B Salida A B

0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 Se puede definir esta puerta como aquella que da por resultado uno, cuando los valores en las entradas son distintos. ej: 1 y 0, 0 y 1 (en una compuerta de dos entradas). Si la puerta tuviese tres o más entradas, la XOR tomaría la función de suma de paridad, cuenta el número de unos a la entrada y si son un número impar, pone un 1 a la salida, para que el número de unos pase a ser par. Esto es así porque la operación XOR es asociativa, para tres entradas escribiríamos: a (b c) o bien (a b) c. Su tabla de verdad sería: XOR de tres entradas Entrada A Entrada B Entrada C Salida A B C 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1.

UNIDAD 5

COMUNICACIÓN INTERNA EN LACOMPUTADORA

BUS LOCAL

Bus local. Bus entre la CPU, la memoria y dispositivos periféricos que corre a la velocidad de la CPU. En un computador personal, el bus VL y el PCI suministran una transferencia de datos más rápida que el bus ISA tradicional

Teniendo en cuenta las mencionadas limitaciones del bus AT y la infalibilidad de los buses EISA y MCA para asentarse en el mercado, en estos años se han ideado otros conceptos de bus. Se inició con el llamado Vesa Local Bus (VL- Bus), que fue concebido y propagado independientemente por el comité VESA, que se propuso el definir estándares en el ámbito de las tarjetas gráficas y así por primera vez y realmente tuviera poco que ver con el diseño del bus del PC. Fueron y son todavía las tarjetas gráficas quienes sufren la menor velocidad del bus AT. Por eso surgió, en el Comité VESA, la propuesta para un bus más rápido que fue el VESA Local Bus.

BUS DE DATOS

Mueve los datos entre los dispositivos del hardware de Entrada como el teclado, el ratón, etc.; de salida como la Impresora, el Monitor; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Disquete o la Memoria-Flash. 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.

BUS DE DIRECCIONES

El Bus de Direcciones, por otra parte, está vinculado al bloque de Control de la CPU para tomar y colocar datos en el Sub-sistema de Memoria durante la ejecución de los procesos de cómputo.

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 32ª potencia. "2" porque son dos las señales binarias, los bits 1 y 0; y "32ª potencia" porque las 32 pistas del Bus de Direcciones son, en un instante dado, un conjunto de 32 bits. Nos sirve para calcular la capacidad de memoria en el CPU.

BUS DE CONTROL

Este bus transporta señales de estado de las operaciones efectuadas por la CPU. El método utilizado por el ordenador para sincronizar las distintas operaciones es por medio de un reloj interno que posee el ordenador y facilita la sincronización y evita las colisiones de operaciones (unidad de control).Estas operaciones se transmiten en un modo bidireccional.

BUSES NORMALIZADOS

Bus: Conjunto de líneas eléctricas (tiras de metal sobre una placa de circuito

impreso) Medio compartido:

DIRECCIONAMIENTO

Modo real

El modo real (también llamado modo de dirección real en los manuales de Intel) es un modo de operación del 80286 y posteriores CPUs compatibles de la arquitectura x86. El modo real está caracterizado por 20 bits de espacio de direcciones segmentado (significando que solamente se puede direccionar 1 MB de memoria), acceso directo del software a las rutinas del BIOS y el hardware periférico, y no tiene conceptos de protección de memoria o multitarea a nivel de hardware. Todos los CPUs x86 de las series del 80286 y posteriores empiezan en modo real al encenderse el computador; los CPUs 80186 y anteriores tenían solo un modo operacional, que era equivalente al modo real en chips posteriores.

Los sistemas operativos DOS (MS-DOS, DR-DOS, etc.) trabajan en modo real. Las primeras versiones de Microsoft Windows, que eran esencialmente un shell de interface gráfica de usuario corriendo sobre el DOS, no eran realmente un sistema operativo por sí mismas, corrían en modo real, hasta Windows 3.0, que podía correr tanto en modo real como en modo protegido. Windows 3.0 podía correr de hecho en dos “sabores” de modo protegido - el “modo estándar”, que corría usando modo protegido, y el “modo mejorado 386″, que además usaba direccionamiento de 32 bits y por lo tanto no corría en un 286 (que a pesar de tener modo protegido, seguía siendo un chip de 16 bits; los registros de 32 bits fueron introducidos en la serie 80386). El Windows 3.1 removió el soporte para el modo real, y fue el primer ambiente operativo de uso masivo que requirió por lo menos un procesador 80286 (no contando con el Windows 2.0 que no fue un producto masivo). Casi todos los sistemas operativos modernos x86 (Linux, Windows 95 y posteriores, OS/2, etc.) cambian el CPU a modo protegido o a modo largo en el arranque.

MODO PROTEGIDO

El direccionamiento de memoria en modo protegido (a partir del 80286 y posteriores) permite acceder a datos y programas localizados por encima y dentro del primer megabyte de memoria. Para direccionar esta sección extendida el sistema de memoria se requiere un cambio en el esquema de direccionamiento de segmento más desplazamiento usado en el modo real. Cuando los datos y programa se direccionan la memoria extendida, se sigue utilizando la dirección de desplazamiento para acceder a la información en el segmento de memoria. Una diferencia consiste en la dirección del segmento ya que no existe en modo protegido. En lugar de una dirección de segmento, el registro de segmento contiene un selector que elige un descriptor de una tabla.

MODO REAL VIRTUAL

Esta técnica consiste en hacer creer al programa que dispone de más memoria que la físicamente disponible en RAM. Este artificio tiene sentido porque en ese momento (y actualmente), la memoria extendida era mayor que la físicamente disponible en muchos sistemas, además el disco duro era estándar en todos los equipos.

Esta RAM ficticia se conoce como memoria virtual; una simulación conocida de antiguo en el mundo de los mainframes, que fue introducida en la informática personal a partir del 80286. Este procesador ya disponía de un controlador hardware para este menester, de forma que su manejo no significaba una gran sobrecarga para el Sistema. Su funcionamiento se basa en que cuando una aplicación necesita más espacio y la memoria física está agotada, el controlador de memoria virtual proporciona espacio auxiliar utilizando un fichero de intercambio (“Swap file”) situado en memoria externa (disco duro generalmente H2), donde se almacena la información que no cabe en la RAM. El 80386 soporta la ejecución de uno o más programas diseñados para el 8086, 8088, 80186 u 80188 en un entorno en modo protegido. Un programa de 8086 corre en este entorno como parte de una tarea V86 (virtual 8086). Bajo este modo de funcionamiento puede haber no sólo varias tareas V86 ejecutándose simultáneamente, sino que también se pueden ejecutar varias tareas en 80386.

TEMPORIZACION

RELOJ DE SISTEMA

Todos los ordenadores, y por tanto los PC disponen de un oscilador a cuarzo (se suele distinguir en la placa base por su encapsulado metálico) que proporciona los pulsos de sincronismo a la CPU, a los buses, y al reloj del PC.

El cuarzo es un material curioso para los físicos, si se le golpea produce una pequeña corriente eléctrica, y si se le somete a una corriente eléctrica vibra a una frecuencia función de sus dimensiones físicas, a esta propiedad los físicos le llaman piezoeléctrica. Hay más materiales en la naturaleza con esta propiedad, pero nos quedaremos con el cuarzo. Con un cristal de cuarzo se consigue un buen patrón de frecuencia, o de tiempo que es lo mismo (tiempo y frecuencia son dos magnitudes inversas la una de la otra) y además de forma muy económica, es por ello que los relojes digitales han sustituido poco a poco a los mecánicos. Sin embargo tiene un pequeño inconveniente, resulta que el cuarzo es muy sensible a los cambios de temperatura, pues a nadie se le escapa que la temperatura produce dilataciones y contracciones en los materiales, y ya hemos dicho que la frecuencia de oscilación de un cuarzo depende de su tamaño físico.

La frecuencia del cristal de cuarzo utilizado en los PC's suele ser de 32,768 MHz, pero tiene poca importancia pues el cristal de cuarzo se le puede hacer trabajar en su modo fundamental o en algún sobre tono, además de que la frecuencia puede dividirse o multiplicarse con facilidad A partir de una frecuencia de 100 MHz, que puede ser la de la memoria RAM, se divide por 12 y tenemos 8 MHz que es la del bus ISA, la dividimos por 3 y tenemos 33 MHz que es la del bus PCI y por último la multiplicamos por 5 y tenemos 500 MHz que es la de la CPU. Cuando se hace overcloking se modifican los valores de los divisores y multiplicadores y nunca el reloj.

En el PC hay que distinguir dos relojes:

•

El reloj de tiempo real (RTC Real Time Clock) o reloj hardware.

•

El reloj virtual, reloj del sistema (System Clock) o reloj software.

El RTC está compuesto por un circuito contador ROM (Intel 8053 en los XT, Intel 8254 en los AT, Motorota MC14618, Dallas Semiconductors DS1285) que a partir de los impulsos de frecuencia del oscilador controlado por un cristal de cuarzo genera una interrupción cada 54,936 ms (18,206 veces por segundo), otra rutina que los cuenta y una memoria CMOS donde se almacena el valor (14 registros con un total de50 Bytes: año, mes, día, hora, minutos y segundos). El espacio restante de esta memoria alberga otras informaciones de la BIOS, todos estos valores se mantiene en la memoria gracias a la pila o batería que incorporan todos los PC desde 1984 (Modelo AT, antes había que teclear la hora cuando se arrancaba el PC).

RESET DEL SISTEMA

Se conoce como reset a la puesta en condiciones iníciales de un sistema. Este puede ser mecánico, electrónico o de otro tipo. Normalmente se realiza al conectar el mismo, aunque, habitualmente, existe un mecanismo, normalmente un pulsador, que sirve para realzar la puesta en condiciones iníciales manualmente. En un ordenador o un sistema de transmisión de datos, se usa para restablecer los medios para eliminar cualquier error o la espera de los acontecimientos y llevar un sistema al estado normal o estado inicial suele ser de una manera controlada. Que normalmente se hace en respuesta a una condición de error cuando es imposible o indeseable de una actividad de procesamiento y proceder a todos los mecanismos de recuperación de errores no. Un equipo de almacenamiento de programa que normalmente realizar un "reset" si un tiempo de espera y recuperación de errores de programas del tipo de reintentar o cancelar tampoco.

La capacidad de un dispositivo electrónico para poder restablecer en caso de error o pérdida anormal de energía es un aspecto importante de diseño de sistemas embebidos y programación. Esta capacidad se puede observar la vida cotidiana con la electrónica, como un televisor, un equipo de audio o la electrónica de un coche, que son capaces de funcionar como se pretende una vez más, incluso después de haber perdido el poder de repente. Un repentino y extraño error con un dispositivo que puede a veces ser fijada por la eliminación y restauración de energía, haciendo que el dispositivo de restablecimiento. Algunos dispositivos, como reproductores multimedia portátiles, a menudo tiene un botón de reinicio, ya que son propensos a la congelación o el bloqueo arriba. La falta de una adecuada capacidad de restablecimiento de otro modo, posiblemente, podría hacer que el dispositivo después de una inútil pérdida de potencia o mal funcionamiento.

ESTADOS DE ESPERA

Cuando se conectan tarjetas de la PC, un problema común es igualar la velocidad de los ciclos del bus con la de las tarjetas. Es común que una tarjeta sea más lenta que el bus. Así, El bus de la PC esta diseñado para resolver este problema. La señal ready del bus se puede usar para extender la longitud del ciclo del bus para igualar una tarjeta lenta o para el bus del sistema hasta que se sincronice con el ciclo de la tarjeta.

Los ciclos del bus 8088 normalmente son de cuatro pulsos y se describen por T1 hasta T4. En algunos ciclos el hardware dela PC, automáticamente inserta un pulso ocioso extra llamado TW. La señal ready se usa para insertar estados nuevos o adicionales de espera. Debido a que los diferentes ciclos del bus requieren distintos tiempos, la señal ready se debe controlar de manera diferente.

El hardware de la PC no inserta estados de espera en los ciclos de lectura o escritura a memoria, sino que esto lo hace la tarjeta usando la señal ready.

INTERRUPCIONES DE HARDWARE

Las interrupciones hardware son producidas por varias fuentes, por ejemplo del Teclado, cada vez que se presiona una tecla y se suelta se genera una interrupción. Otras interrupciones son originadas por el reloj, la impresora, el puerto serie, el disco, etcétera. Una interrupción de tipo hardware es una señal eléctrica producida por un dispositivo físico del ordenador. Esta señal informa a la CPU que el dispositivo requiere su atención. La CPU parará el proceso que está ejecutando para atender la interrupción. Cuando la interrupción termina, la CPU reanuda la ejecución en donde fue interrumpida, pudiendo ejecutar el proceso parado originalmente o bien otro proceso.

ENMASCARABLE

Una interrupción enmascarable tiene la característica que si el microprocesador ejecuta una instrucción de deshabilitar interrupción, (DI), cualquier señal de control en la línea de interrupción será ignorado o enmascarada (masked out). El procesador se mantendrá sin hacer caso a la línea de la interrupción enmascarable (EI) sea ejecutada.

Las interrupciones ordinarias INT también pueden ser “enmascaradas” selectivamente por el programador. Haciendo uso de los flip flops IFF1 y IFF2 a “1” las interrupciones son autorizadas. Poniéndolas a cero (mascarándolos) se prevendrá la detección de INT. La instrucción EI es usada para habilitarlas y DI para deshabilitarlas.

IFF1 y IFF” no son “puestos” en “1” simultáneamente durante la ejecución de las instrucciones EI y DI, las interrupciones son deshabilitadas para prevenir cualquier pérdida de información.

Para que el microprocesador acepte esta interrupción, deben de

cumplirse las siguientes condiciones:
1 Que las interrupciones hayan sido habilitadas previamente.
2 Que la entrada Busreq no esté activa.
3 Que la entrada NMI no esté activa.

En la operación normal del Z80 examina la entrada INT en la subida de reloj en el último estado del último ciclo de máquina de cada instrucción y después en cada transferencia o comparación de bloques o entrada y salida de bloques.

Cuando la entrada está en 0 lógico y se cumplen todas las condiciones, el microprocesador inicia un ciclo especial de respuesta a la interrupción (interrupt acknowledge) para avisar al dispositivo que su interrupción fue aceptada.

Durante este ciclo de máquina se activa la señal M1, pero para distinguirlo de un ciclo normal de lectura de código de operación, la señal IOREQ se activa en lugar de la señal Mreq y la señal RD permanece inactiva. IOREQ se utiliza para indicar al dispositivo que puede colocar una palabra de 8 bits en el bus de datos. Este byte le proporciona al microprocesador información de la dirección en que se encuentra la subrutina de servicio a donde se transferirá el control.

Para que el microprocesador acepte esta interrupción, deben de

cumplirse las siguientes condiciones:
1 Que las interrupciones hayan sido habilitadas previamente.
2 Que la entrada Busreq no esté activa.
3 Que la entrada NMI no esté activa.

NO-ENMASCARABLE

Una interrupción no enmascarable causa que la CPU deje lo que está haciendo, cambie el puntero de instrucción para que apunte a una dirección particular y continúe ejecutando el código de esa dirección. Se diferencia de los otros tipos de interrupción en que los programadores no pueden hacer que la CPU las ignore, aunque algunos ordenadores pueden por medios externos bloquear esa señal, dando un efecto similar al resto de las interrupciones. Al no poderse desactivar son empleadas por dispositivos para los que el tiempo de respuesta es crítico, como por ejemplo el coprocesador matemático Intel 8087 en el IBM PC, el indicador de batería baja, o un error de paridad que ocurra en la memoria. En algunos ordenadores Clónicos (ordenador que se monta a partir de diferentes marcas) las interrupciones no enmascarables se usaban para manejar las diferencias entre su hardware y el original de IBM. Así, si se intentaba acceder a uno de estos dispositivos se lanzaba una interrupción no enmascarable y la BIOS ejecutaba el código para el hardware presente en la máquina. También se podían lanzar interrupciones no enmascarables por el usuario, permitiendo interrumpir el programa actual para permitir la depuración. En este caso al lanzarse una interrupción no enmascarable se suspendía la ejecución del programa actual y el control se transfería a un depurador para que el programador pudiera inspeccionar el estado de la memoria, los registros, etc. Estas instrucciones no enmascarables eran lanzadas de diferentes maneras, como pulsando un botón, por medio de una combinación de teclas o por medio de un programa. En juegos, se producía una instrucción no enmascarable y se interrumpía el juego, de esta manera se podían conseguir vidas extras por ejemplo modificando el área de memoria donde se guardaban las vidas restantes.

ACCESO DIRECTO A MEMORIA

El acceso directo a memoria (DMA, del inglés Direct Memory Access) permite a cierto tipo de componentes de ordenador acceder a la memoria del sistema para leer o escribir independientemente de la CPU principal. Muchos sistemas hardware utilizan DMA, incluyendo controladores de unidades de disco, tarjetas gráficas y tarjetas de sonido. DMA es una característica esencial en todos los ordenadores modernos, ya que permite a dispositivos de diferentes velocidades comunicarse sin someter a la CPU a una carga masiva de interrupciones.

SISTEMA DE VIDEO

Número de imágenes por segundo

Velocidad de carga de las imágenes: número de imágenes por unidad de tiempo de vídeo, para viejas cámaras mecánicas cargas de seis a ocho imágenes por segundo (fps) o 120 imágenes por segundo o más para las nuevas cámaras profesionales. Los estándares PAL y SECAM especifican 25 fps, mientras que NTSC especifica 29,97 fps. El cine es más lento con una velocidad de 24fps, lo que complica un poco el proceso de transferir una película de cine a video.

El video puede ser entrelazado o progresivo. El entrelazado fue inventado como un método de lograr una buena calidad visual dentro de las limitaciones de un estrecho ancho de banda. Las líneas entrelazadas de cada imagen están numeradas consecutivamente y divididas en dos campos: el campo impares (campo superior), que consiste en las líneas de los números impares y el campo pares (casilla inferior), que consiste en las líneas de los números pares. NTSC, PAL y SECAM son formatos entrelazados. Las especificaciones abreviadas de la resolución de video a menudo incluyen una “i” para indicar entrelazado. Por ejemplo, el formato de video PAL es a menudo especificado como 576i50, donde 576 indica la línea vertical de resolución, i indica entrelazado, y el 50 indica 50 campos (la mitad de imágenes) por segundo.

En los sistemas de barrido progresivo, en cada período de refresco se actualizan todas las líneas de exploración. El resultado es una mayor percepción de la resolución y la falta de varios artefactos que pueden formar parte de una imagen estacionaria aparentemente en movimiento o que parpadea. Un procedimiento conocido como desentrelazado puede ser utilizado para transformar el flujo entrelazado, como el analógico, el de DVD, o satélite, para ser procesado por los dispositivos de barrido progresivo, como el que se establece en los televisores TFT, los proyectores y los paneles de plasma. El desentrelazado no puede, sin embargo, producir una calidad de video equivalente al material de barrido progresivo real.

–Resolución de video

El tamaño de una imagen de video se mide en píxeles para video digital, o en líneas de barrido horizontal y vertical para video analógico. En el dominio digital, (por ejemplo DVD) la televisión de definición estándar (SDTV) se especifica como 720/704/640 × 480i60 para NTSC y 768/720 × 576i50 para resolución PAL o SECAM. Sin embargo, en el dominio analógico, el número de líneas de barrido sigue siendo constante (486 NTSC/576 PAL), mientras que el número de líneas horizontal varía de acuerdo con la medición de la calidad de la señal: aproximadamente 320 píxeles por línea para calidad VCR, 400 píxeles para las emisiones de televisión, y 720 píxeles para DVD. Se conserva la relación de aspecto por falta de píxeles “cuadrados”.

Espacio de color y bits por píxel

El nombre del modelo del color describe la representación de color de vídeo. El sistema YIQ se utilizó en la televisión NTSC. Se corresponde estrechamente con el sistema YUV utilizado en la televisión NTSC y PAL; y con el sistema Y Db Dr utilizado por la televisión SECAM. El número de colores distintos que pueden ser representados por un pixel depende del número de bits por pixel (bpp). Una forma de reducir el número de bits por píxel en vídeo digital se puede realizar por submuestreo de croma (por ejemplo, 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0).

–Método de compresión de video (sólo digital)

Se usa una amplia variedad de métodos para comprimir secuencias de video. Los datos de video contienen redundancia temporal y espacial, lo que hace que las secuencias de video sin comprimir sean extremadamente ineficientes. En términos generales, se reduce la redundancia espacial registrando diferencias entre las partes de una misma imagen (frame); esta tarea es conocida como compresión intraframe y está estrechamente relacionada con la compresión de imágenes. Así mismo, la redundancia temporal puede ser reducida registrando diferencias entre imágenes (frames); esta tarea es conocida como compresión interframe e incluye la compensación de movimiento y otras técnicas. Los estándares modernos más comunes son MPEG-2, usado para el DVD y la televisión por satélite, y MPEG-4 usado para los sistemas de video “caseros”.

–Tasa de bits (sólo digital)

La tasa de bits es una medida de la tasa de información contenida en un flujo o secuencia de video. La unidad en la que se mide es bits por segundo (bit/s o bps) o también Megabits por segundo (Mbit/s o Mbps). Una mayor tasa de bits permite mejor calidad de video. Por ejemplo, el Video CD ? , con una tasa de bits de cerca de 1Mbps, posee menos calidad que un DVD que tiene una tasa de alrededor de 20Mbps. La VBR (Variable Bit Rate – Tase de Bits Variable) es una estrategia para maximizar la calidad visual del video y minimizar la tasa de bits. En las escenas con movimiento rápido, la tasa variable de bits usa más bits que los que usaría en escenas con movimiento lento pero de duración similar logrando una calidad visual consistente. En los casos de video streaming en tiempo real y sin buffer, cuando el ancho de banda es fijo (por ejemplo en videoconferencia emitida por canales de ancho de banda constante) se debe usar CBR (Constant Bit Rate – Tasa de Bits Constante).

SISTEMAS DE DISCO

Discos IDE. Son los orientados normalmente al consumo domestico.

Existen dos técnicas de acceso a estos discos. Son los modos PIO y los modos

DMA.

Técnicas de acceso I/O
Modos PIO: En los discos antiguos, el acceso a disco se hacia mediante técnicas
PIO (Program Input/Output).

Estos tipos de acceso, implican mucho trabajo a la CPU (constantemente interrogando a los puertos de comunicaciones con el disco), y poca velocidad de transferencia, ya que lo máximo que podía traerse la CPU es de dos en dos bytes del disco por cada operación PIO.

Los modos PIO son de PIO 1 a PIO 4, siendo el más rápido este ultimo.

OTRAS APLICACIONES

Modos DMA. Evidentemente el modo anterior queda obsoleto desde el momento en que las tecnologías de las placas madre y de los buses de las placas madre, permiten la técnica del bus mastering. Esta técnica consiste en que el dispositivo puede tomar el control del bus desconectando del bus a la CPU y durante esa fracción de tiempo hacer llegar datos a la memoria del ordenador de una manera masiva. En ese momento el procesador está inoperativo, pero la velocidad de transferencia conseguida por la electrónica del disco y de la controladora supera con creces la parada de la CPU.

UNIDAD 6

FUNCIONAMIENTO INTERNO DE LA COMPUTADORA

Ciclo de ejecucion de una instruccion

Los pasos a seguir para el procesamiento de las instrucciones son los siguientes:

1. cada instrucción es leída ( una a la vez), desde la memoria, por el procesador y,

2. cada instrucción es ejecutada por el procesador. La repetición de la lectura y ejecución ( pasos 1 y 2 respectivamente), conforman la “ejecución de un programa”. Dicha ejecución puede detenerse si: la máquina se apaga, ocurre un error que no puede ser recuperado, o si, se encuentra una instrucción en el programa que detenga la computadora.

Ciclo de instrucción: es el procesamiento requerido para la instrucción. En este Ciclo, se encuentran los dos pasos citados anteriormente, denominados Ciclo de lectura (feth) y Ciclo de ejecución.

Lectura y ejecución de instrucciones

El procesador lee una instrucción de la memoria, al comienzo de cada Ciclo de instrucción. Se cuenta con un contador de programas ( PC program counter ), que lleva la cuenta de cual es la próxima instrucción a leer. Luego de leer cada instrucción el procesador incrementara el PC, de manera tal que la siguiente instrucción a leer será; la que se encuentra en la dirección inmediatamente superior de la memoria. La instrucción leída es cargada en el registro de instrucción ( IR instuction register ), que es un registro del procesador. El procesador interpreta la instrucción, la cual está en forma de código binario, que especifica la acción que el procesador llevará a cabo, y realizará la acción requerida.

Las acciones que se realizan para la lectura y ejecución de instrucciones se pueden clasificar en las siguientes categorías:

· Procesador-memoria: los datos se transfieren del procesador a la memoria o viceversa.

· Procesador E/S: los datos se transfieren desde o hacia un dispositivo periférico. Se realiza la transferencia entre el procesador y un módulo de entrada-salida.

· Tratamiento de datos: el procesador puede realizar alguna operación aritmética o lógica sobre los datos.

· Control: la secuencia de ejecución puede ser alterada si la instrucción lo especifica.

La ejecución de una instrucción puede incluir una combinación de las acciones antes mencionadas.

Funciones de E/S

Los módulos de E/S, por ejemplo un controlador de disco, peden intercambiar datos directamente con el procesador y el este puede iniciar una escritura o lectura en la memoria, para ello debe indicar la dirección de una ubicación especifica.

El procesador puede leer datos de un módulo de E/S o escribir en él, para ello indica a un dispositivo especifico que esta controlado por un determinado módulo de E/S.

Para relevar al procesador de la tarea de E/S, es conveniente que los intercambios de E/S se produzcan directamente con la memoria. De esta manera el procesador le da a un módulo de E/S autoridad para leer o escribir en la memoria de modo que la transferencia de E/S se realiza sin obstruir al procesador.

Se releva al procesador durante la transferencia de la responsabilidad de intercambio, ya que el modulo de E/S emite ordenes de lectura o escritura en la memoria. La operación realizada se conoce como DMA (direct memory access) o acceso directo a memoria.

INTERRUPCIONES

La interrupción es básicamente un suceso que altera la secuencia de ejecución de las instrucciones.

Existen varios tipos de interrupciones de los cuales los más comunes son los siguientes:

1) De programa o de verificación de programa: son ocasionadas por condiciones que se producen como resultado de la ejecución de una instrucción. Ejemplo: - la división por cero - el intento de ejecutar una instrucción privilegiada.

2) De reloj: son producidas por un reloj interno del procesador. Para que de esa forma se realicen funciones con una cierta regularidad.

3) De Entrada / Salida: son generadas por un controlador de E/S para indicar la finalización de una operación; o e cambio de estado de un dispositivo o canal; o también alguna condición de error.

4) Por fallo del Hardware o de verificación de máquina: son causadas por el mal funcionamiento del equipo, cortes de energía, etc. Con el uso de las interrupciones el procesador se puede utilizar de una manera más eficaz.

Las interrupciones y el ciclo de instrucción

Utilizando interrupciones el procesador puede ejecutar instrucciones mientras una operación de E/S está en proceso. Siguiendo esta idea se concluye que la operación de E/S y un programa usuario son ejecutados concurrentemente.

Desde la postura del programa de usuario, una interrupción no es más que la alteración de la secuencia normal de ejecución. Cuando el tratamiento de la interrupción termina, la ejecución continua. Para tratar a las interrupciones, se agrega un ciclo de interrupción al ciclo de instrucción.

En el ciclo de interrupción, el procesador verifica si ha ocurrido alguna interrupción, indicado por la presencia de una señal de interrupción. Si no hay interrupciones pendientes, el procesador continúa con el ciclo de lectura y trae la próxima instrucción del programa en curso. Si hay una interrupción pendiente, el procesador suspende la ejecución del programa en curso y ejecuta una rutina de tratamiento de la interrupción.

-CICLO DE INSTRUCCION-

Un ciclo de instrucción (tambien llamado ciclo de traer y ejecutar) es el período de tiempo durante el cual un ordenador lee y procesa una instrucción de lenguaje máquina de su memoria o la secuencia de acciones que la unidad central (CPU) funciona para ejecutar cada instrucción de código de máquina en un programa.

El nombre el ciclo traer-y-ejecutar comúnmente es usado.La instrucción debe ser traída de la memoria principal, y luego ejecutado por la CPU.Esto es fundamentalmente como un ordenador funciona, con su lectura de CPU y ejecución de una serie de instrucciones escritas en su lenguaje máquina.De esto surgen todas las funciones de un ordenador familiar a partir del final del usuario.

Ciclo de Instruccion:

La CPU de cada ordenador puede tener ciclos diferentes basados en juegos de instrucción diferentes.

Traer la instruccion desde la memoria principal:

La CPU presenta el valor de la PC sobre el bus de dirección.La CPU entonces trae la instrucción de la memoria principal vía el bus de datos en el Registro de Datos de Memoria (MDR).El valor del MDR entonces es colocado en el Registro de Instrucción Actual un circuito que sostiene la instrucción de modo que pueda ser descifrado y ejecutado.

Decodificar la instrucion:

El decodificador de instrucción interpreta y pone en práctica la instrucción.

Registros que son críticos al ciclo ejecutar traída:

El registro de instrucción (IR) - mantiene la instrucción actual. La PC - sostiene la dirección en la memoria de la siguiente instrucción a ser ejecutada.

Traer archivos desde la memoria principal:

Lea la dirección eficaz de la memoria principal si la instrucción tiene una dirección indirecta. Traer requiere datos de la memoria principal para ser procesada y colocado en registros.

EJECUTAR LA INSTRUCCION:

Del registro de instrucción, los datos que forman la instrucción son descifrados por la unidad de control.Esto entonces pasa la información descifrada como una secuencia de señales de control a las unidades de función relevantes de la CPU para realizar las acciones requeridas por la instrucción como la lectura de valores de registros,pasandolos a la unidad Aritmética lógica (ALU) para añadirlos juntos y escribiendo el resultado de vuelta al registro.Una señal de condición es enviada de regreso a la unidad de control por ALU si está implicado.

Almacenar Resultados:

El resultado generado por la operación es almacenado en la memoria principal, o enviado a un dispositivo de salida. Basado en la regeneración de condición del ALU, la PC es incrementada para dirigir la siguiente instrucción o para actualizar a diferentes direcciones de donde sera traida la siguiente intruccion. El ciclo entonces es repetido.

-CICLO DE EJECUCION-

Los pasos 3 y 4 dle ciclo de intruccion son parte del ciclo de ejecucion. Esos pasos cambiaran con cada instruccion.

El primer paso del ciclo de ejecucion es proceso de memoria. La informacion es tranferida entre el CPU y el modulo I/O. Después es el Proceso de datos usa operaciones matemáticas así como operaciones lógicas en la referencia a datos.Alteraciones centrales son el siguiente paso, son una secuencia de operaciones, por ejemplo un salto la operación. El último paso es una operación combinada de todos los otros pasos.

DECODIFICACION DE UNA INSTRUCCION

Una instrucción está compuesta de un código de operación y de un operando. Cuando se pretende ejecutar cualquier instrucción el microprocesador realiza ciclos con la siguiente secuencia:
· Búsqueda
· Decodificación
· Ejecución
Durante la etapa de búsqueda el código de operación se almacena en el registro de instrucciones. El código de operación es entonces decodificado por el decodificador de instrucciones, que genera las señales necesarias para el control del resto de los elementos del sistema.
Dentro del CPU existe un decodificador, llamado el Instruction Decoder (Decodificador de Instrucciones) el cual funciona de forma conjunta con el Instruction Register (Registro de Instrucciones) de la CPU.
El decodificador se encarga de extraer el código de operación de la instrucción en curso (que está en el registro de instrucción), lo analiza y emite las señales necesarias al resto de elementos para su ejecución a través del secuenciador.

COMUNICACION DEL PROCESADOR CON EL RESTO DEL SISTEMA

En los microcomputadores, la comunicación entre la CPU y otros dispositivos como memorias y puertos se efectúa a través del bus del sistema. El bus de direcciones de un microcomputador se encuentra estrechamente relacionado con los decodificadores, ya que gracias a ellos es posible seleccionar los dispositivos internos del microcomputador y las posiciones de memoria para efectuar operaciones de lectura y escritura.

Esta no es la única aplicación de los decodificadores en los microcomputadores. Internamante dentro del a CPU también existe un decodificador, llamado el Instruction Decoder (Decodificador de Instrucciones) el cual funciona de forma conjunta con el Instruction Register (Registro de Instrucciones) de la CPU.

El procesador (en realidad una forma abreviada para el microprocesador y también a menudo llamada la CPU o unidad central de procesamiento) es el componente central de la PC. Es el cerebro que se ejecuta el programa en el interior de la PC. Todo el trabajo que usted hace en su computadora se realiza directa o indirectamente por el procesador. Obviamente, es uno de los más importantes componentes de la PC, si no la más importante. También es, científicamente, una de las más maravillosas partes de la PC, es uno de los más asombrosos dispositivos en el mundo de la tecnología.

El procesador juega un papel importante en los siguientes aspectos importantes de su sistema:

Características: El procesador es probablemente el más importante factor determinante del rendimiento del sistema en el PC. Mientras que otros componentes también juegan un papel clave en la determinación de rendimiento, el procesador tiene capacidad de dictar el máximo rendimiento de un sistema. Los otros dispositivos sólo permiten que el procesador alcanze su pleno potencial.

Soporte de Software: Entre más reciente, más rápidos son procesadores y permiten el uso del software más reciente. Además, los nuevos procesadores como el Pentium MMX con la Tecnología, permitirá la utilización de software especializado y no utilizables en las anteriores máquinas.

Confiabilidad y estabilidad: El procesador de calidad es un factor que determina la forma fiable confunsiona el sistema. Si bien la mayoría de los procesadores son muy fiables, otros no. Esto también depende en cierta medida de la edad del procesador y la cantidad de energía que consume.

Consumo de energía: Originalmente los procesadores consumen relativamente poca energía en comparación con otros dispositivos del sistema. Procesadores mas nuevos pueden consumir una gran cantidad de energia. El consumo de energía tiene un impacto en todo, desde el enfriamiento al método de selección general de la fiabilidad del sistema.

Placa madre de Apoyo: El procesador, de decidir el uso de su sistema será un factor importante en la determinación de qué tipo de chipset debe utilizar, y la placa base, por lo tanto, lo que usted compra. La placa madre, a su vez, exige muchos aspectos de sus capacidades del sistema y el rendimiento.

UNIDAD 7

INTERFACES DE ENTRADA Y SALIDA

INTERFAZ

La interfaz gráfica de usuario, conocida también como GUI (del inglés graphical user interface) es un programa informático que actúa de interfaz de usuario, utilizando un conjunto de imágenes y objetos gráficos para representar la información y acciones disponibles en la interfaz. Su principal uso, consiste en proporcionar un entorno visual sencillo para permitir la comunicación con el sistema operativo de una máquina o computador.

Habitualmente las acciones se realizan mediante manipulación directa, para facilitar la interacción del usuario con la computadora. Surge como evolución de las interfaces de línea de comandos que se usaban para operar los primeros sistemas operativos y es pieza fundamental en un entorno gráfico. Como ejemplos de interfaz gráfica de usuario, cabe citar los entornos de escritorio Windows, el X-Window de GNU/Linux o el de Mac OS X, Aqua.

En el contexto del proceso de interacción persona-ordenador, la interfaz gráfica de usuario es el artefacto tecnológico de un sistema interactivo que posibilita, a través del uso y la representación del lenguaje visual, una interacción amigable con un sistema informático.

INTERFACES DE E/S

Las interfaces establecen la comunicación entre la unidad central y el proceso, filtrando, adaptando y codificando de forma comprensible para dicha unidad las señales procedentes de los elementos de entrada, y decodificando y amplificando las señales generadas durante la ejecución del programa antes de enviarlas a los elementos de salida.

EQUIPO PERIFERICO

se denomina periféricos a los aparatos o dispositivos auxiliares e independientes conectados a la unidad central de procesamiento de una computadora.

Se consideran periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.

Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación:

el bus de direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al que se quiere acceder,
el bus de control, básicamente para seleccionar la operación a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificación) y
el bus de datos, por donde circulan los datos.

A pesar de que el término periférico implica a menudo el concepto de “adicional pero no esencial”, muchos de ellos son elementos fundamentales para un sistema informático. El teclado y el monitor, imprescindibles en cualquier computadora personal de hoy en día (no lo fueron en los primeros computadores), son posiblemente los periféricos más comunes, y es posible que mucha gente no los considere como tal debido a que generalmente se toman como parte necesaria de una computadora. El mouse es posiblemente el ejemplo más claro de este aspecto. Hace menos de 20 años no todos las computadora personales incluían este dispositivo. El sistema operativo MS-DOS, el más común en esa época, tenía una interfaz de línea de comandos para la que no era necesaria el empleo de un mouse, todo se hacía mediante comandos de texto. Fue con la popularización de Finder, sistema operativo de la Macintosh de Apple y la posterior aparición de Windows cuando el mouse comenzó a ser un elemento imprescindible en cualquier hogar dotado de una computadora personal. Actualmente existen sistemas operativos con interfaz de texto que pueden prescindir del mouse como, por ejemplo, algunos sistemas básicos de UNIX y GNU/Linux.

COMUNICACION DE DATOS

Comunicación de datos a través de redes

1. Redes de área amplia ( Wan ) : Son todas aquellas que cubren una extensa área geográfica .Son generalmente una serie de dispositivos de conmutación interconectados . Se desarrollan o bien utilizando tecnología de conmutación de circuitos o conmutación de paquetes.

2. Conmutación de circuitos: en estas redes se establece un camino a través de los nodos de la red dedicado a la interconexión de dos estaciones. En cada enlace, se dedica un canal lógico a cada conexión. Los datos se transmiten tan rápido como se pueda . En cada nodo , los datos de entrada se encaminan por el canal dedicado sin sufrir retardos .

3. Conmutación de paquetes: no es necesario reservar canal lógico. En cada nodo, el paquete se recibe totalmente, se almacena y seguidamente se transmite al siguiente nodo.

4. Retransmisión de tramas: al conseguir con la nueva tecnología una tasa de errores muy pequeña y una velocidad de transmisión elevada, no es necesario adjuntar mucha información de cabecera a cada paquete y por tanto las velocidades de transmisión son elevadísimas comparadas con el sistema de conmutación de paquetes .

5. ATM : en retransmisión de tramas se usan paquetes de tamaño variable y en ATM se usan paquetes de tamaño fijo , con lo que se ahorra información de control de cada trama y por tanto se aumenta la velocidad de transmisión ( cada paquete se llama aquí "celda" ) . En este sistema , se dedican canales virtuales de velocidades de transmisión adaptables a las características de la transmisión ( es parecido a la conmutación de circuitos ) .

6. RDSI y RDSI de banda ancha : es un sistema de transmisión de enfoque universal y de velocidad de transmisión muy rápida . Está basado en conmutación de circuitos ( banda estrecha ) y en conmutación de paquetes ( banda ancha ) .

7. Redes de área local ( LAN ) : son de cobertura pequeña, velocidades de transmisión muy elevadas, utilizan redes de difusión en vez de conmutación, no hay nodos intermedios .

ARREGLO DE DISCOS

Niveles de RAID

La elección de los diferentes niveles de RAID va a depender de las necesidades del usuario en lo que respecta a factores como seguridad, velocidad, capacidad, coste, etc. Cada nivel de RAID ofrece una combinación específica de tolerancia a fallos (redundancia), rendimiento y coste, diseñadas para satisfacer las diferentes necesidades de almacenamiento. La mayoría de los niveles RAID pueden satisfacer de manera efectiva sólo uno o dos de estos criterios. No hay un nivel de RAID mejor que otro; cada uno es apropiado para determinadas aplicaciones y entornos informáticos. De hecho, resulta frecuente el uso de varios niveles RAID para distintas aplicaciones del mismo servidor. Oficialmente existen siete niveles diferentes de RAID (0–6), definidos y aprobados por el el RAID Advisory Board (RAB). Luego existen las posibles combinaciones de estos niveles (10, 50, …). Los niveles RAID 0, 1, 0+1 y 5 son los más populares.

RAID 0: Disk Striping “La más alta transferencia, pero sin tolerancia a fallos”.

También conocido como “separación ó fraccionamiento/ Striping”. Los datos se desglosan en pequeños segmentos y se distribuyen entre varias unidades. Este nivel de “array” o matriz no ofrece tolerancia al fallo. Al no existir redundancia, RAID 0 no ofrece ninguna protección de los datos. El fallo de cualquier disco de la matriz tendría como resultado la pérdida de los datos y sería necesario restaurarlos desde una copia de seguridad. Por lo tanto, RAID 0 no se ajusta realmente al acrónimo RAID. Consiste en una serie de unidades de disco conectadas en paralelo que permiten una transferencia simultánea de datos a todos ellos, con lo que se obtiene una gran velocidad en las operaciones de lectura y escritura. La velocidad de transferencia de datos aumenta en relación al número de discos que forman el conjunto. Esto representa una gran ventaja en operaciones secuenciales con ficheros de gran tamaño. Por lo tanto, este array es aconsejable en aplicaciones de tratamiento de imágenes, audio, video o CAD/CAM, es decir, es una buena solución para cualquier aplicación que necesite un almacenamiento a gran velocidad pero que no requiera tolerancia a fallos. Se necesita un mínimo de dos unidades de disco para implementar una solución RAID 0.

RAID 1: Mirroring “Redundancia. Más rápido que un disco y más seguro”

También llamado “Mirroring” o “Duplicación” (Creación de discos en espejo). Se basa en la utilización de discos adicionales sobre los que se realiza una copia en todo momento de los datos que se están modificando. RAID 1 ofrece una excelente disponibilidad de los datos mediante la redundancia total de los mismos. Para ello, se duplican todos los datos de una unidad o matriz en otra. De esta manera se asegura la integridad de los datos y la tolerancia al fallo, pues en caso de avería, la controladora sigue trabajando con los discos no dañados sin detener el sistema. Los datos se pueden leer desde la unidad o matriz duplicada sin que se produzcan interrupciones. RAID 1 es una alternativa costosa para los grandes sistemas, ya que las unidades se deben añadir en pares para aumentar la capacidad de almacenamiento. Sin embargo, RAID 1 es una buena solución para las aplicaciones que requieren redundancia cuando hay sólo dos unidades disponibles. Los servidores de archivos pequeños son un buen ejemplo. Se necesita un mínimo de dos unidades para implementar una solución RAID 1.

RAID 0+1/ RAID 0/1 ó RAID 10: “Ambos mundos”

Combinación de los arrays anteriores que proporciona velocidad y tolerancia al fallo simultáneamente. El nivel de RAID 0+1 fracciona los datos para mejorar el rendimiento, pero también utiliza un conjunto de discos duplicados para conseguir redundancia de datos. Al ser una variedad de RAID híbrida, RAID 0+1 combina las ventajas de rendimiento de RAID 0 con la redundancia que aporta RAID 1. Sin embargo, la principal desventaja es que requiere un mínimo de cuatro unidades y sólo dos de ellas se utilizan para el almacenamiento de datos. Las unidades se deben añadir en pares cuando se aumenta la capacidad, lo que multiplica por dos los costes de almacenamiento. El RAID 0+1 tiene un rendimiento similar al RAID 0 y puede tolerar el fallo de varias unidades de disco. Una configuración RAID 0+1 utiliza un número par de discos (4, 6, 8) creando dos bloques. Cada bloque es una copia exacta del otro, de ahí RAID 1, y dentro de cada bloque la escritura de datos se realiza en modo de bloques alternos, el sistema RAID 0. RAID 0+1 es una excelente solución para cualquier uso que requiera gran rendimiento y tolerancia a fallos, pero no una gran capacidad. Se utiliza normalmente en entornos como servidores de aplicaciones, que permiten a los usuarios acceder a una aplicación en el servidor y almacenar datos en sus discos duros locales, o como los servidores web, que permiten a los usuarios entrar en el sistema para localizar y consultar información. Este nivel de RAID es el más rápido, el más seguro, pero por contra el más costoso de implementar.

RAID 2: “Acceso paralelo con discos especializados. Redundancia a través del código Hamming” El RAID nivel 2 adapta la técnica comúnmente usada para detectar y corregir errores en memorias de estado sólido. En un RAID de nivel 2, el código ECC (Error Correction Code) se intercala a través de varios discos a nivel de bit. El método empleado es el Hamming. Puesto que el código Hamming se usa tanto para detección como para corrección de errores (Error Detection and Correction), RAID 2 no hace uso completo de las amplias capacidades de detección de errores contenidas en los discos. Las propiedades del código Hamming también restringen las configuraciones posibles de matrices para RAID 2, particularmente el cálculo de paridad de los discos. Por lo tanto, RAID 2 no ha sido apenas implementado en productos comerciales, lo que también es debido a que requiere características especiales en los discos y no usa discos estándares. Debido a que es esencialmente una tecnología de acceso paralelo, RAID 2 está más indicado para aplicaciones que requieran una alta tasa de transferencia y menos conveniente para aquellas otras que requieran una alta tasa de demanda I/O.

RAID 3: “Acceso síncrono con un disco dedicado a paridad”

Dedica un único disco al almacenamiento de información de paridad. La información de ECC (Error Checking and Correction) se usa para detectar errores. La recuperación de datos se consigue calculando el O exclusivo (XOR) de la información registrada en los otros discos. La operación I/O accede a todos los discos al mismo tiempo, por lo cual el RAID 3 es mejor para sistemas de un sólo usuario con aplicaciones que contengan grandes registros.

RAID 3 ofrece altas tasas de transferencia, alta fiabilidad y alta disponibilidad, a un coste intrínsicamente inferior que un Mirroring (RAID 1). Sin embargo, su rendimiento de transacción es pobre porque todos los discos del conjunto operan al unísono. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 3.

RAID 4: “Acceso Independiente con un disco dedicado a paridad.”

Basa su tolerancia al fallo en la utilización de un disco dedicado a guardar la información de paridad calculada a partir de los datos guardados en los otros discos. En caso de avería de cualquiera de las unidades de disco, la información se puede reconstruir en tiempo real mediante la realización de una operación lógica de O exclusivo. Debido a su organización interna, este RAID es especialmente indicado para el almacenamiento de ficheros de gran tamaño, lo cual lo hace ideal para aplicaciones gráficas donde se requiera, además, fiabilidad de los datos. Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 4. La ventaja con el RAID 3 está en que se puede acceder a los discos de forma individual.

RAID 5: “Acceso independiente con paridad distribuida.”

Este array ofrece tolerancia al fallo, pero además, optimiza la capacidad del sistema permitiendo una utilización de hasta el 80% de la capacidad del conjunto de discos. Esto lo consigue mediante el cálculo de información de paridad y su almacenamiento alternativo por bloques en todos los discos del conjunto. La información del usuario se graba por bloques y de forma alternativa en todos ellos. De esta manera, si cualquiera de las unidades de disco falla, se puede recuperar la información en tiempo real, sobre la marcha, mediante una simple operación de lógica de O exclusivo, sin que el servidor deje de funcionar.

Así pues, para evitar el problema de cuello de botella que plantea el RAID 4 con el disco de comprobación, el RAID 5 no asigna un disco específico a esta misión sino que asigna un bloque alternativo de cada disco a esta misión de escritura. Al distribuir la función de comprobación entre todos los discos, se disminuye el cuello de botella y con una cantidad suficiente de discos puede llegar a eliminarse completamente, proporcionando una velocidad equivalente a un RAID 0.

RAID 5 es el nivel de RAID más eficaz y el de uso preferente para las aplicaciones de servidor básicas para la empresa. Comparado con otros niveles RAID con tolerancia a fallos, RAID 5 ofrece la mejor relación rendimiento-coste en un entorno con varias unidades. Gracias a la combinación del fraccionamiento de datos y la paridad como método para recuperar los datos en caso de fallo, constituye una solución ideal para los entornos de servidores en los que gran parte del E/S es aleatoria, la protección y disponibilidad de los datos es fundamental y el coste es un factor importante. Este nivel de array es especialmente indicado para trabajar con sistemas operativos multiusuarios.

Se necesita un mínimo de tres unidades para implementar una solución RAID 5.

Los niveles 4 y 5 de RAID pueden utilizarse si se disponen de tres o más unidades de disco en la configuración, aunque su resultado óptimo de capacidad se obtiene con siete o más unidades. RAID 5 es la solución más económica por megabyte, que ofrece la mejor relación de precio, rendimiento y disponibilidad para la mayoría de los servidores.

RAID 6: “Acceso independiente con doble paridad”

Similar al RAID 5, pero incluye un segundo esquema de paridad distribuido por los distintos discos y por tanto ofrece tolerancia extremadamente alta a los fallos y a las caídas de disco, ofreciendo dos niveles de redundancia. Hay pocos ejemplos comerciales en la actualidad, ya que su coste de implementación es mayor al de otros niveles RAID, ya que las controladoras requeridas que soporten esta doble paridad son más complejas y caras que las de otros niveles RAID. Así pues, comercialmente no se implementa.

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jueves, 30 de junio de 2011

TEMARIO "ORGANIZACION Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS"

TEMARIO "ORGANIZACION Y ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS"

¿Que les parece?