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Arquitectura de pc

Arquitectura de PC

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Arquitectura de pc

  1. 1. Arquitectura de computadoras
  2. 2. Hardware Lo que se denomina hardware de computadores consiste en circuitos electrónicos, visualizadores, medios de almacenamiento magnéticos y ópticos, equipos electromecánicos y dispositivos de comunicación. Por lo que la arquitectura de computadoras abarca la especificación del repertorio de instrucciones y las unidades hardware que implementan las instrucciones.
  3. 3. Arquitectura de computadoras La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema que conforma una computadora. Es decir, es un modelo y una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones de memoria. La arquitectura básica de cualquier ordenador completo está formado por solo 5 componentes básicos: procesador, memoria RAM, disco duro, dispositivos de entrada/salida y software.
  4. 4. Arquitectura de computadoras
  5. 5. Procesador La unidad central de procesamiento o unidad de procesamiento central (CPU: central processing unit), es el hardware dentro de un ordenador u otros dispositivos programables, que interpreta las instrucciones de un programa informático mediante la realización de las operaciones básicas aritméticas, lógicas y de entrada/salida del sistema. La forma, el diseño de CPU y la implementación de las CPU ha cambiado drásticamente desde los primeros modelos, pero su operación fundamental sigue siendo la misma.
  6. 6. Procesador Todas las CPU modernas son microprocesadores, lo que significa que contienen un solo circuito integrado (chip). Algunos circuitos integrados pueden contener varias CPU en un solo chip; estos son denominados procesadores multinúcleo. Dos componentes típicos de una CPU son la unidad aritmético lógica (ALU), que realiza operaciones aritméticas y lógicas, y la unidad de control (CU), que extrae instrucciones de la memoria, las decodifica y las ejecuta, llamando a la ALU cuando sea necesario.
  7. 7. Procesador – Unidad de Control La unidad de control es el centro lógico de la computadora ya que los recursos de una computadora son administrados en la unidad de control, es esta unidad la que se encarga de dirigir el flujo de datos. Las instrucciones de la CPU se encuentran incorporadas en la unidad de control, estas instrucciones o conjunto de instrucciones enumeran todas las operaciones que una CPU puede realizar. Cada instrucción es expresada en microcódigo. Antes de que un programa sea ejecutado, cada comando debe desglosarse en instrucciones que correspondan a las que están en las instrucciones de la CPU. Al momento de ejecutar el programa, la CPU lleva a cabo las instrucciones en orden convirtiéndolas en microcódigo. A pesar de la complejidad que resulta del proceso, la computadora puede realizar este proceso a una velocidad increíble.
  8. 8. Procesador – ULA Los datos almacenados en una computadora son de tipo numérico, es por ello que gran parte del procesamiento involucra la comparación de números o la realización de operaciones matemáticas. Dentro de la unidad lógica aritmética (ULA) de la computadora se realizan sólo dos tipos de operaciones: operaciones aritméticas y operaciones lógicas.
  9. 9. Procesador
  10. 10. Tarjeta madre (mother board) Una computadora personal típica, en su hardware, está conformada por una placa de circuito impresa denominada placa madre o en otras bibliografías nombrada tarjeta madre (en inglés motherboard). La placa base es el hardware que alberga al chip del procesador, la memoria principal y algunas interfaces de E/S. Asimismo tiene conectores adicionales en los que se pueden enchufar interfaces adicionales. Esta tarjeta tiene como función principal controlar todos los elementos del servidor, de ella depende que dichos componentes estén bien comunicados unos de otros para garantizar el funcionamiento del sistema, es por eso que es un dispositivo muy importante dentro del computador.
  11. 11. Tarjeta madre (mother board) El bus del procesador es definido por las señales propias del chip del procesador. Los dispositivos que requieran alta velocidad de conexión con el procesador, como la memoria principal, pueden conectarse directamente a este bus. La tarjeta madre proporciona generalmente otro bus al que se pueden interconectar otros dispositivos. Los dos buses son interconectados por un circuito, que se denominará puente, que traslada desde un bus a otro las señales y protocolos. Los dispositivos conectados al bus de expansión, muestran al procesador como si estuvieran conectados directamente al propio bus del procesador.
  12. 12. Tarjeta madre (mother board) Northbridge o puente norte: controla el paso de datos desde y hasta el procesador a la memoria RAM y a la tarjeta gráfica. Southbridge o puente sur: controla el paso de datos desde y hasta el procesador de los puertos PCI, USB, discos IDE o SATA, etc.
  13. 13. Puertos externos Los conectores externos, que son los del USB, teclado, ratón, puertos en serie y paralelo; los conectores internos, son los de los canales IDE que permiten la conexión de discos duros, dispositivos CD-ROM, DVD-ROM, y grabadoras de CD, otros conectores son la disquetera y fuente de alimentación, los de altavoz interno, los pulsadores y leds de caja.
  14. 14. Puertos externos
  15. 15. BIOS La BIOS (Basic Input/Output System), un software base del computador que contiene los programas básicos y de más bajo nivel que permiten controlar los elementos del hardware, está presente una memoria ROM, EPROM o FLASH-EPROM en la tarjeta madre. La CMOS, pequeña memoria RAM que complementa a la BIOS y almacena los datos típicos configurables desde el setup, su contenido no se pierde al apagar el equipo gracias una pila insertada en la tarjeta.
  16. 16. BIOS
  17. 17. Memoria RAM La memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory, RAM) se utiliza como memoria de trabajo de computadoras y otros dispositivos para el sistema operativo, los programas y la mayor parte del software. En la RAM se cargan todas las instrucciones que ejecuta la unidad central de procesamiento (procesador) y otras unidades del computador, además de contener los datos que manipulan los distintos programas. Se denominan «de acceso aleatorio» porque se puede leer o escribir en una posición de memoria con un tiempo de espera igual para cualquier posición, no siendo necesario seguir un orden para acceder (acceso secuencial) a la información de la manera más rápida posible.
  18. 18. Tipos de RAM Las dos formas principales de RAM moderna son: SRAM (Static Random Access Memory), RAM estática, memoria estática de acceso aleatorio. • volátiles. • no volátiles: – NVRAM (non-volatile random access memory), memoria de acceso aleatorio no volátil – MRAM (magnetoresistive random-access memory), memoria de acceso aleatorio magnetorresistiva o magnética
  19. 19. Tipos de RAM • DRAM (Dynamic Random Access Memory), RAM dinámica, memoria dinámica de acceso aleatorio. –DRAM Asincrónica (Asynchronous Dynamic Random Access Memory, memoria de acceso aleatorio dinámica asincrónica) • FPM RAM (Fast Page Mode RAM) • EDO RAM (Extended Data Output RAM)
  20. 20. Tipos de RAM • SDRAM (Synchronous Dynamic Random- Access Memory, memoria de acceso aleatorio dinámica sincrónica) – Rambus: • RDRAM (Rambus Dynamic Random Access Memory. De 00 a 600 Mhz). • XDR DRAM (eXtreme Data Rate Dynamic Random Access Memory) • XDR2 DRAM (eXtreme Data Rate two Dynamic Random Access Memory)
  21. 21. Tipos de RAM – SDR SDRAM (Single Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory, SDRAM de tasa de datos simple) – DDR SDRAM (SDRAM de tasa de datos doble de tipo tres. De 200 MHz a 500 MHz). – DDR2 SDRAM (SDRAM de tasa de datos doble de tipo tres. De 400 MHz a 1200 MHz). – DDR3 SDRAM (SDRAM de tasa de datos doble de tipo tres. De 800 MHz a 2666,6 MHz). – DDR4 SDRAM (SDRAM de tasa de datos doble de tipo tres. De 1600 MHz a 2666,6 MHz).
  22. 22. Puertos PCI El BUS PCI (Componente Periférico Interconectado) es un bus de comunicaciones de 32 bits que trabaja a 33MHz ofreciendo una tasa de transferencia tope teórica hacia y desde la memoria RAM del PC de 133 Mbits/s ayudada con la posibilidad de escribir en modo ráfaga. Esta velocidad de transferencia es más que suficiente para cualquier tarjeta PCI incluyendo tarjetas gráficas 2D. En el bus PCI el procesador puede trabajar en otras tareas más complejas y desentenderse de las tarjetas del PC como ser manipulación de texturas, inteligencia artificial o cálculo de polígonos de escenas 3D.
  23. 23. Puertos PCI Las PCI tienen distintas ranuras de acuerdo a los bits que puede transportar: • Ranuras PCI de 32 bits: son las más comunes. • Ranuras PCI de 64 bits: son las más recientes. Agrega una porción más de conectores a la de 32 bits. De acuerdo a los requerimientos eléctricos, existen tres tipos de tarjetas PCI: • Tarjetas PCI de 5 voltios para PC. • Tarjetas PCI de 3.3 voltios para tarjetas de computadoras portátiles. Su ranura es diferente a la de 5 voltios. • Tarjetas Universales que son tarjetas específicas PCI que seleccionan automáticamente el voltaje y son para los dos sistemas anteriores.
  24. 24. Puertos PCI
  25. 25. Puertos PCI - Express El BUS PCI-EXPRESS más veloz que el PCI (33Mhz) y el AGP (66Mhz), es el sustituto de estos dos. Actualmente con dos modos de velocidad: • PCI-Ex 1x (133Mhz), para dispositivos como tarjeta de sonido, de TV, etc. • PCI-Ex 16x (2128Mhz) para las tarjetas gráficas. Comparando el AGP con el PCI-Ex, una tarjeta gráfica en AGP con el rendimiento de una PCI-ex, tendría que ser un hipotético AGP 16x.
  26. 26. Puertos PCI - Express El PCI-Ex actualmente es el doble de potente que el AGP 8x en su versión paragráficas, y más veloz y el sustituto del PCI normal en su versión 1x. Está disponible en 5 formatos (x1 / x2 / x3 / x4 / x16) para los distintos anchos de banda. El PCI Express x2 está compuesto por dos lanes y el ancho de banda máximo es de500MB/s para una dirección y de 1000MB/s para las dos direcciones y en el caso del sustituto del AGP, el PCIe X16 es de 4.000MB/s para una dirección y de 8.000MB/s en las dos direcciones.
  27. 27. Puertos PCI - Express
  28. 28. Puertos AGP EL BUS AGP (Puerto Avanzado de Gráficos) es un sistema para conectar periféricos en la placa madre de la PC; es decir, es un bus por el que van datos del microprocesador al periférico. El bus AGP actualmente se utiliza exclusivamente para conectar, por lo que sólo suele haber una ranura. Dicha ranura mide unos 8 cm y se encuentra a un lado delas ranuras.
  29. 29. Puertos AGP El bus AGP cuenta con diferentes modos de funcionamiento. AGP 1X: velocidad 66 MHz con una tasa de transferencia de 264 MB/s y funcionando a un voltaje de 3,3V. AGP 2X: velocidad 133 MHz con una tasa de transferencia de 528 MB/s y funcionando a un voltaje de 3,3V. AGP 4X: velocidad 266 MHz con una tasa de transferencia de 1 GB/s y funcionando a un voltaje de 3,3 o 1,5V paraa daptarse a los diseños de las tarjetas gráficas. AGP 8X: velocidad 533 MHz con una tasa de transferencia de 2 GB/s y funcionando a un voltaje de 0,7V o 1,5V.
  30. 30. Puertos AGP
  31. 31. Disco rígido La unidad de disco duro o unidad de disco rígido (en inglés: Hard Disk Drive, HDD) es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales. Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina de aire generada por la rotación de los discos. Es memoria no volátil.
  32. 32. Disco rígido Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son: Tiempo medio de acceso: tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), Tiempo de lectura/escritura y la Latencia media (situarse en el sector). Tiempo medio de búsqueda: tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco. Tiempo de lectura/escritura: tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información: Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista.
  33. 33. Disco rígido Latencia media: tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco. Velocidad de rotación: Es la velocidad a la que gira el disco duro, más exactamente, la velocidad a la que giran el/los platos del disco. A mayor velocidad de rotación, más alta será la transferencia de datos, pero también mayor será el ruido y mayor será el calor generado por el disco duro. Se mide en número revoluciones por minuto (RPM). Una velocidad de 5400 RPM permitirá una transferencia entre 10MB y 16MB por segundo. Tasa de transferencia: velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez que la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede ser velocidad sostenida o de pico.
  34. 34. Disco rígido IDE IDE, ATA o PATA Artículo principal: Integrated Drive Electronics La interfaz ATA (Advanced Technology Attachment) o PATA (Parallel ATA), originalmente conocido como IDE (Integrated Device Electronics o Integrated Drive Electronics), controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) o unidades de discos ópticos como lectoras o grabadoras de CD y DVD. Hasta el 2004, aproximadamente, fue el estándar principal por su versatilidad y asequibilidad. Son planos, anchos y alargados.
  35. 35. Disco rígido SATA Serial ATA o SATA es el más común de los estándares de conexión, utiliza un bus serie para la transmisión de datos. Notablemente más rápido y eficiente que IDE. Físicamente es mucho más pequeño y cómodo que los IDE, además de permitir conexión en caliente (hot plug). Existen tres versiones: SATA 1 con velocidad de transferencia de hasta 150 MB/s (descatalogado), SATA 2 de hasta 300 MB/s, disponible en equipos de hace unos años atrás; SATA 3 de hasta 600 MB/s, el más común actualmente. Compatible con las versiones anteriores.
  36. 36. Disco SSD La unidad de estado sólido o SSD (acrónimo inglés de Solid-State Drive) es el dispositivo de almacenamiento de datos que puede estar construido con memoria no volátil o con memoria volátil. Las no volátiles son unidades de estado sólido que como dispositivos electrónicos, están construidos en la actualidad con chips de memoria flash. No son discos, pero juegan el mismo papel a efectos prácticos aportando ventajas pero también inconvenientes tecnológicos como la corrupción de las celdas de memoria con cada escritura, lo que acorta la vida útil de estos dispositivos y aumenta el riesgo de corrupción de los datos.​ Esos soportes son muy rápidos ya que no tienen partes móviles o mecánicas y consumen menos energía. Todos esto les hace muy fiables y físicamente duraderos.
  37. 37. Disco rígido SSD
  38. 38. Otros discos rígidos… Otros discos duros son: • Las interfaces Small Computer System Interface (SCSI) son interfaces preparadas para discos duros de gran capacidad de almacenamiento y velocidad de rotación. Se presentan bajo tres especificaciones: SCSI Estándar (Standard SCSI), SCSI Rápido (Fast SCSI) y SCSI Ancho-Rápido (Fast-Wide SCSI). • Serial Attached SCSI (SAS) es la interfaz de transferencia de datos en serie, sucesor del SCSI paralelo, aunque sigue utilizando comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión rápidamente.
  39. 39. Disco rígido Estructura de disco magnético: A es una pista del disco (roja ), B es un sector geométrico (azul ), C es un sector de una pista (magenta ), D es un grupo de sectores o clúster (verde ).
  40. 40. Disco rígido
  41. 41. Tarjeta gráfica o placa de video Es una tarjeta para expansión de capacidades que sirve para procesar y otorgar mayor capacidad de despliegue de gráficos en pantalla, por lo que libera al microprocesador y a la memoria RAM de estas actividades y les permite dedicarse a otras tareas. La tarjeta de video se inserta dentro de las ranuras de expansión o "Slots" integradas en la tarjeta principal ("Motherboard") y se atornilla al gabinete para evitar movimientos y por ende fallas. Todas las tarjetas de video integran uno o varios puertos para conectar los dispositivos externos tales como monitores CRT, pantallas LCD, proyectores, etc.
  42. 42. Tarjeta gráfica o placa de video Integran dentro de si un circuito integrado o chip encargado del proceso de gráficos, por lo que liberan al microprocesador de estas actividades, llamado GPU/VPU. • También integran memoria RAM propia para evitar el consumo de la RAM principal. • Tienen uno o varios puertos para la conexión de los dispositivos externos como monitores y proyectores. • Cuentan con un conector especial que permite insertarlas en las ranuras de expansión de la tarjeta principal. • Pueden convivir con las tarjetas de video integradas en la tarjeta principal, ya que al instalarlas, reemplazan su lugar en el sistema.

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