Informatica ii (3)
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El documento describe los principales componentes de una unidad central de procesamiento (CPU). Explica que la CPU contiene una unidad aritmético lógica (ALU) que realiza operaciones matemáticas y lógicas, y una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones. También describe que los primeros CPUs se diseñaban de forma personalizada, pero ahora son estandarizados y se fabrican en circuitos integrados. El documento proporciona detalles adicionales sobre cómo funcionan estos componentes clave de una CPU.
Informatica ii (3)
- 1. UNIVERSIDAD TECNICA DE MACHALA FACULTAD DE CIENCIAS QUIMICAS Y DE LAS SALUD ESCUELA DE ENFERMERIA INFORMATICA II DOCENTE: ING. KARINA GARCIA INTEGRANTES: • • • ALICIA KATHERINE ARGUELLO MATAMOROS. LUIS JAVIER LUNA SARI MARIA JOSE SOLORZANO MENDOZA CURSO: TERCERO «C» ENFERMERIA GRUPO # 5 1 INFORMATICA II 09/12/2013
- 2. CPU UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO Es el componente principal del ordenador y otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones contenidas en los programas y procesa los datos. Las CPU proporcionan la característica fundamental del ordenador digital y son uno de los componentes necesarios encontrados en los ordenadores de cualquier tiempo, junto con la memoria principal y los dispositivos de entrada/salida. Se conoce como microprocesador el CPU que es manufacturado con circuitos integrados. Desde mediados de los años 1970, los microprocesadores de un solo chip han reemplazado casi totalmente todos los tipos de CPU y hoy en día, el término "CPU" es aplicado usualmente a todos los microprocesadores. La expresión "unidad central de proceso" es, en términos generales, un dispositivo lógico que pueden ejecutar complejos programas de ordenador. Esta amplia definición puede fácilmente ser aplicada a muchos de los primeros ordenadores que existieron mucho antes que el término "CPU" estuviera en amplio uso. Sin embargo, el término en sí mismo y su acrónimo han estado en uso en la industria de la Informática por lo menos desde el principio de los años 60. 2 INFORMATICA II 09/12/2013
- 3. La forma, el diseño y la implementación de las CPU ha cambiado drásticamente desde los primeros ejemplos, pero su operación fundamental ha permanecido bastante similar. • Las primeras CPU fueron diseñados a la medida como parte de un ordenador más grande, generalmente un ordenador único en su especie. Sin embargo, este costoso método de diseñar las CPU a la medida, para una aplicación particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos propósitos. • Esta tendencia de estandarización comenzó generalmente en la era de los transistores discretos, ordenadores centrales y micro ordenadores y fue acelerada rápidamente con la popularización del circuito integrado (IC), éste ha permitido que sean diseñados y fabricados CPU más complejas en espacios pequeños (en la orden de milímetros). Tanto la miniaturización como la estandarización de las CPU han aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna mucho más allá de las aplicaciones limitadas de máquinas de computación dedicadas. 3 INFORMATICA II 09/12/2013
- 4. UNIDAD ARITMETICA LOGICA ALU – UC UNIDAD DE CONTROL En computación, la unidad aritmético lógica, también conocida como ALU es un circuito digital que calcula operaciones aritméticas como suma, resta, multiplicación, etc. y operaciones lógicas (si, y, o, no), entre dos números. 4 INFORMATICA II Muchos tipos de circuitos electrónicos necesitan realizar algún tipo de operación aritmética, así que incluso el circuito dentro de un reloj digital tendrá una ALU minúscula que se mantiene sumando 1 al tiempo actual, y se mantiene comprobando si debe activar el sonido de la alarma, etc. Por mucho, los más complejos circuitos electrónicos son los que están construidos dentro de los chips de microprocesadores modernos. Por lo tanto, estos procesadores tienen dentro de ellos un ALU muy complejo y potente. De hecho, un microprocesador moderno puede tener múltiples núcleos, cada núcleo con múltiples unidades de ejecución, cada una de ellas con múltiples ALU. 09/12/2013
- 5. Muchos otros circuitos pueden contener en el interior una unidad aritmético lógica: unidades de procesamiento gráfico como las que están en las GPU modernas, FPU como el viejo coprocesador matemático, y procesadores digitales de señales como los que se encuentran en tarjetas de sonido, lectoras de CD y los televisores de alta definición. Todos éstos tienen en su interior varias ALU potentes y complejas. SISTEMAS NUMÉRICOS Una ALU debe procesar números usando el mismo formato que el resto del circuito digital. Para los procesadores modernos, este formato casi siempre es la representación del número binario de complemento a dos. Las primeras computadoras usaron una amplia variedad de sistemas de numeración, incluyendo complemento a uno, formato signo-magnitud, e incluso verdaderos sistemas decimales, con diez tubos por dígito. Las ALU para cada uno de estos sistemas numéricos mostraban diferentes diseños, y esto influenció la preferencia actual por el complemento a dos, debido a que ésta es la representación más simple, para el circuito electrónico de la ALU, para calcular adiciones y sustracciones. 5 INFORMATICA II 09/12/2013
- 6. ENTRADAS Y SALIDAS Las entradas a la ALU son los datos en los que se harán las operaciones (llamados operandos) y un código desde la unidad de control indicando qué operación realizar. Su salida es el resultado del cómputo de la operación. En muchos diseños la ALU también toma o genera como entradas o salidas un conjunto de códigos de condición desde o hacia un registro de estado. Estos códigos son usados para indicar casos como acarreo entrante o saliente, overflow, división por cero. 6 INFORMATICA II 09/12/2013
- 7. UC – UNIDAD DE CONTROL La unidad de control (UC) es uno de los tres bloques funcionales principales en los que se divide una unidad central de procesamiento (CPU). Los otros dos bloques son la unidad de proceso y el bus de entrada/salida. Su función es buscar las instrucciones en la memoria principal, decodificarlas y ejecutarlas, empleando para ello la unidad de proceso. 7 INFORMATICA II 09/12/2013
- 8. Existen dos tipos de unidades de control, las cableadas, usadas generalmente en máquinas sencillas, y las microprogramadas, propias de máquinas más complejas. En el primer caso, los componentes principales son el circuito de lógica secuencial, el de control de estado, el de lógica combinacional y el de emisión de reconocimiento de señales de control. En el segundo caso, la microprogramación de la unidad de control se encuentra almacenada en una micromemoria, a la cual se accede de manera secuencial para posteriormente ir ejecutando cada una de las microinstrucciones. Estructura del computador: Unidad aritmético-lógica (UAL o ALU por su nombre en inglés, Arithmetic Logic Unit): aquí se llevan a cabo las operaciones aritméticas y lógicas. 8 INFORMATICA II Por otra parte está la unidad de control, que fue históricamente definida como una parte distinta del modelo de referencia de 1946 de la Arquitectura de von Neumann. En diseños modernos de computadores, la unidad de control es típicamente una parte interna del CPU y fue conocida primeramente como arquitectura Eckert-Mauchly. Memoria: que almacena datos y programas. Dispositivos de entrada y salida: alimentan la memoria con datos e instrucciones y entregan los resultados del cómputo almacenados en memoria. Buses: proporcionan un medio para transportar los datos e instrucciones entre las distintos y pequeños que la memoria principal (los registros), constituyen la unidad central de procesamiento, que hoy en día normalmente reside íntegramente en: 09/12/2013
- 9. OPERACIÓN GENERAL CONTROL CABLEADO 9 INFORMATICA II Las salidas de la unidad de control se encargan de controlar la actividad del resto del dispositivo. Se puede pensar en una unidad de control como una máquina de estado finito. La unidad de control es la circuitería que controla el flujo de datos a través del procesador, y coordina procesador, que a su vez controla el resto del PC. Algunos ejemplos de dispositivos que requieren una unidad de control son los CPU y los GPU. La edad de la información moderna no sería posible sin diseños complejos de la unidad de control. En un tiempo, las unidades de control para los CPU eran lógica ad hoc, y eran difíciles de diseñar. Éstas pueden identificarse como la parte principal del computador y del dispositivo principal que ayuda al computador a funcionar de una manera apropiada. Es construida de puertas lógicas, circuitos codificadores, circuitos decodificadores, contadores digitales y otros circuitos digitales. Su control está basado en una arquitectura fija, es decir, que requiere cambios en el cableado si el conjunto de instrucciones es modificado o cambiado. Esta arquitectura es preferida en los computadores RISC pues consiste en un conjunto de instrucciones más pequeño. 09/12/2013
- 10. Unidad de control microprogramada FUNCIONES 10 INFORMATICA II La idea de microprogramación fue introducida por Wilkes en 1951 como un nivel intermediario para ejecutar instrucciones de programa de computadora. Las microprogramas fueron organizadas como una secuencia de microinstrucciones y almacenadas en una memoria del control especial. El algoritmo para la unidad de control microprogramada es usualmente especificado por la descripción de un diagrama de flujo. Las funciones realizadas por la unidad de control varían grandemente por la arquitectura interna del CPU, pues la unidad de control realmente implementa esta arquitectura. realiza las tareas de leer, decodificar, manejo de la ejecución y almacenamiento de los resultados. En un procesador x86 con un núcleo RISC, la unidad de control tiene considerablemente más trabajo que hacer. Ella maneja la traducción de las instrucciones x86 a las microinstrucciones del RISC, maneja la planificación de las microinstrucciones entre las varias unidades de ejecución, y maneja la salida de estas unidades para cerciorarse de que terminen donde supuestamente deben ir. En uno de estos procesadores la unidad de control está dividida en otras unidades debido a la complejidad del trabajo que debe realizar almacena los datos más utilizados de modo que se buscan primero en la computadora y luego en la RAM 09/12/2013
- 11. Registro de instrucción Registro contador de programas COMPONENTES Controlador y decodificador Es el encargado de almacenar la instrucción que se está ejecutando. Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar Se encarga de interpretar la instrucción para su posterior proceso. Es el encargado de extraer el código de operación de la instrucción en curso. Secuenciador Reloj 11 INFORMATICA II Genera microórdenes necesarias para ejecutar la instrucción. Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes. 09/12/2013
- 12. FUNCIONAMIENTO DEL CPU La unidad central de proceso (CPU), procesador o microprocesador, es el verdadero cerebro del ordenador. Su misión consiste en controlar y coordinar todas las operaciones del sistema. Para ello extrae, una a una, las instrucciones del programa que está en la memoria central del ordenador (memoria RAM), las analiza y emite las órdenes necesarias para su completa realización. 12 INFORMATICA II 09/12/2013
- 13. VELOCIDAD DESDE TRANSMISION La CPU (Central Processing Unit - Unidad de procesamiento central) es un chip que realiza prácticamente todos los cálculos dentro de un sistema informático. La "velocidad" de una CPU está determinada por tres factores. La frecuencia de la CPU es el número de ciclos que puede realizar en un segundo. Mientras mayor sea este valor, más rápido se desempeñará la CPU en comparación a los miembros de su propia familia de procesamiento. La memoria caché es la cantidad de memoria disponible dentro del chip para que un procesador almacene instrucciones de ejecución y datos actuales. Mientras mayor sea este valor dentro de un procesador, menor será el tiempo de espera para que la información sea accesible desde la memoria principal del sistema. Por último, la cantidad de núcleos de una CPU es el número de núcleos de procesamiento disponibles para que un procesador realice tareas. Mientras mayor sea el número de núcleos físicos que tenga un procesador, más tareas se podrán ejecutar de forma simultánea. Esto reduce el retraso del programa y permite que las operaciones complejas se dividan en tareas más pequeñas. 13 INFORMATICA II 09/12/2013
- 14. • 14 INFORMATICA II • La unidad para medir la velocidad de transmisión es el bit por segundo (bps) pero es más habitual el empleo de múltiplos como kilobit por segundo (kbps, equivalente a mil bps) o megabit por segundo (Mbps, equivalente a un millón de bps). • VELOCIDAD DE TRANSMISIÓN La velocidad de transmisión es la relación entre la información transmitida a través de una red de comunicaciones y el tiempo empleado para ello. Cuando la información se transmite digitalizada, esto implica que está codificada en bits (unidades de base binaria), por lo que la velocidad de transmisión también se denomina a menudo tasa binaria o tasa de bits (bit rate, en inglés). Es importante resaltar que la unidad de almacenamiento de información es el byte, que equivale a 8 bits, por lo que a una velocidad de transmisión de 8 bps se tarda un segundo en transmitir 1 byte. 09/12/2013
- 15. SISTEMAS DE ARCHIVOS El sistema de archivos o ficheros es el componente del sistema operativo encargado de administrar y facilitar el uso de las memorias periféricas, ya sean secundarias o terciarias. Sus principales funciones son la asignación de espacio a los archivos, la administración del espacio libre, y la administración del acceso a los datos resguardados. Estructuran la información guardada en una unidad de almacenamiento (normalmente un disco duro de una computadora), que luego será representada ya sea textual o gráficamente utilizando un gestor de archivos. La mayoría de los sistemas operativos manejan su propio sistema de archivos. Lo habitual es utilizar dispositivos de almacenamiento de datos que permiten el acceso a los datos como una cadena de bloques de un mismo tamaño, a veces llamados sectores, usualmente de 512 bytes de longitud (También denominados clústers). El software del sistema de archivos es responsable de la organización de estos sectores en archivos y directorios y mantiene un registro de qué sectores pertenecen a qué archivos y cuáles no han sido utilizados. 15 INFORMATICA II 09/12/2013
- 16. En la práctica, un sistema de archivos también puede ser utilizado para acceder a datos generados dinámicamente, como los recibidos a través de una conexión de red (sin la intervención de un dispositivo de almacenamiento). Los sistemas de archivos tradicionales proveen métodos para crear, mover, renombrar y eliminar tanto archivos como directorios, pero carecen de métodos para crear, por ejemplo, enlaces adicionales a un directorio o archivo (enlace duro en Unix) o renombrar enlaces padres (".." en Unix). El acceso seguro a sistemas de archivos básicos puede estar basado en los esquemas de lista de control de acceso o capacidades. Las listas de control de acceso hace décadas que demostraron ser inseguras, por lo que los sistemas operativos experimentales utilizan el acceso por capacidades. Los sistemas operativos comerciales aún funcionan con listas de control de acceso. 16 INFORMATICA II 09/12/2013