El documento describe la arquitectura de Von Neumann, que consiste en conectar permanentemente las unidades del ordenador bajo un control central. Explica que la unidad central de proceso (CPU) controla y gobierna todo el ordenador mediante la interpretación e ejecución de instrucciones almacenadas en la memoria principal y datos de entrada/salida. La CPU está formada por una unidad de control, una unidad aritmético-lógica y registros internos que permiten la manipulación temporal de datos e instrucciones.

1. 08/12/2010
Arquitectura de Von Neumann
Funcionamiento del ordenador  Conectaremos permanentemente las
Unidad 2 – parte 2
unidades del ordenador bajo un control
central
 Se sigue utilizando en la actualidad con
pequeños cambios respecto a la original
Arquitectura Von Neumann La unidad central de proceso (CPU)
 Controla y gobierna todo el ordenador
 cerebro del ordenador
 Interpreta y ejecuta las instrucciones de:
◦ Programas almacenados en memoria
◦ Datos de periféricos de entrada y salida
 La potencia de un sistema informático se
mide principalmente por su CPU
Partes CPU Partes CPU
 Unidad de control (UC)  Registros:
◦ Interpreta y ejecuta las instrucciones máquina
almacenadas en la memoria principal ◦ Pueden ser de trabajo o de propósito general
◦ Genera señales de control necesarias para ◦ Se almacena información temporal
ejecutarlas
◦ Constituyen el almacenamiento interno de la
CPU
 Unidad Aritmético-lógica (UAL o ALU)
◦ Recibe datos sobre los que efectúa operaciones ◦ Se encarga del control y ejecución de todas
de cálculo las operaciones del sistema
◦ Toma decisiones lógicas
◦ Devuelve el resultado
◦ Todo ello bajo la supervisión de la UC
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2. 08/12/2010
Los registros internos del
Buses microprocesador
 Utilizados por la CPU para:  Son celdas de memoria de alta velocidad
◦ Aceptar órdenes del usuario que permiten a la CPU almacenar datos
◦ Acceder a los datos temporalmente
◦ Presentar resultados
 Formados por un conjunto de bits que se
 Conectan la CPU con los dispositivos de manipulan en bloques de múltiplos de 8
almacenamiento, entrada y salida. (8,16, 32…)
Los registros internos del Los registros internos del
microprocesador microprocesador
 El tamaño del registro indica el número  Las primeras CPU tenían 8 bits
de bits que puede manipular a la vez el
procesador  Los primeros PC registros de 16 bits.
Solo podían utilizar software como:
 Cuanto mayor sea, más potente será el ◦ DOS
micro ◦ Windows 3.x
 Con 32 bits se puede utilizar mayor
cantidad de memoria (micro 80386)
Los registros internos del Los registros internos del
microprocesador microprocesador
 En una arquitectura de 64 bits se puede  Se pueden dividir en dos tipos:
direccionar memoria de 2 elevado a 64 ◦ Visibles al usuario
◦ De control
 En la arquitectura de 32 bits el máximo ◦ De estado
de RAM se limita a 4Gb (2 elevado a 32)
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3. 08/12/2010
Registros visibles al usuario Registros visibles al usuario
 Referenciados por lenguaje ensamblador ◦ Registros de datos:
 Se usan para contener datos.
o máquina para optimizar recursos
 Esto hace que aumente la velocidad del proceso
 Sobre todo cuando un dato es muy solicitado, pues
se deja en un registro y no hay que acceder a la
 Existen tres categorías memoria.
◦ Registros de dirección:
 Contienen las direcciones de memoria donde se ◦ Registros de condición
encuentran los datos.  También llamados flags
 Algunos de los más utilizados son los registros de  Son bits fijados mediante el hardware
índices y los punteros de pila.  Indican si una operación devuelve un resultado
positivo, negativo o nulo, si hay overflow, etc.
Registros de control y de estado Registros de control y de estado
 Son los que intervienen en la ejecución ◦ Registro de instrucción (RI)
de las instrucciones.  Contiene el código de la instrucción actual
 Aquí se analiza el código de operación
 Tipos: ◦ Registro de dirección de memoria (RDM)
◦ Contador de programa (CP)  Contiene la dirección de una posición de memoria,
 También llamado contador de instrucciones donde se encuentra o va a ser almacenada la
 Contiene la dirección de la siguiente instrucción a información
ejecutar  El intercambio se realiza a través del bus de
 Su valor es actualizado por la CPU después de direcciones
capturar una instrucción
Registros de control y de estado Funcionamiento de los registros
◦ Registro de intercambio de memoria (RIM) 1. El registro controlador de programa (CP)
 Recibe o envía la información o el dato de tiene la dirección de memoria de la
contenido en la posición apuntada por el RDM
próxima instrucción a ejecutar.
 El intercambio de datos con la memoria se realiza a
través del bus de datos Para buscarla, el contenido de esa posición
es pasado al registro de dirección de
memoria (RDM).
La instrucción apuntada por el RDM se
carga en el registro de intercambio de
memoria (RIM), y desde aquí pasa al
registro de instrucción (RI).
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4. 08/12/2010
Funcionamiento de los registros
2. El decodificador de instrucciones
interpreta el contenido del RI, y se
generan las órdenes oportunas para su
ejecución
3. El contador de programa (CP) se
incrementa en 1, para apuntar a la
siguiente instrucción
Buses de comunicación Clasificación de los buses
 Son líneas eléctricas u ópticas a través de  En función de su ubicación:
las cuales se comunican las distintas ◦ Internos: soldados a la Placa Base
unidades de un ordenador ◦ Externos: IDE
 Son cables por los que circula la  En función del tipo de información que
información en forma de bits transportan
◦ Bus de datos
◦ Bus de direcciones
◦ Bus de Control
Bus de datos Bus de datos
 Intercambio de datos entre la CPU y el  La CPU tiene un número de bits que
resto de unidades transfiere simultáneamente a través de
este bus.
 Se realiza a través de un conjunto de
líneas eléctricas, una por cada bit, y se
transmiten todos a la vez de forma  El tamaño del bus se mide en bits
paralela
 La velocidad del bus se mide en
megahercios (MHz) o gigahercios (GHz)
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5. 08/12/2010
Bus de direcciones Bus de direcciones
 Transmite direcciones entre la CPU y la  Para determinar el volumen de memoria
memoria directamente accesible por la CPU, hay
que tener en cuenta el nº de líneas o bits
que forman el bus de direcciones
 Se sincroniza con el de datos
 Cuanto mayor sea el nº de bits, mayor es
 Selecciona la dirección de memoria o el el rango de memoria direccionable
dispositivo de entrada/salida con el cual
va a intercambiar información  Si un bus tiene 10 bits, se podrá acceder a
2^10 posiciones de memoria
Bus de control La Unidad de control
 Genera los impulsos eléctricos necesarios  Interpreta y ejecuta las instrucciones
para gobernar el resto de elementos máquina que conforman los programas
 Genera las señales de control necesarias
para llevarlas a cabo
Operaciones Unidad de Control Operaciones Unidad de Control
1. Extrae de la memoria principal la 3. Extrae de la memoria principal los datos
instrucción a ejecutar. Para ello dispone necesarios para ejecutar la instrucción;
del CP (Contador de programa) y del RI es decir, ordena la lectura de la celda
(Registro de Instrucción) cuya dirección se encuentre en el RI
(dirección del operando)
2. Una vez conocido el código de 4. Ordena a la ALU que efectúe las
operación, la UC establece las operaciones necesarias. El resultado de
conexiones con los circuitos de la ALU, este tratamiento se deposita en un
que deberán intervenir registro especial de la ALU, registro
acumulador.
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6. 08/12/2010
Operaciones Unidad de Control Componentes de la UC
5. Finalmente se incrementa el contenido  Decodificador de Instrucción (DI)
del controlador de programa, de manera  Reloj
que coincida con la dirección de la  Secuenciador
siguiente instrucción a ejecutar
Decodificador de Instrucción Reloj
 Se encarga de extraer y analizar el código  Sucesión de impulsos eléctricos a
de operación de la instrucción en curso intervalos constantes
contenida en el RI
 Marca los tiempos de ejecución de los
 Genera las señales de control necesarias pasos a realizar por cada instrucción
para ejecutar correctamente la
instrucción  Marca el ritmo de funcionamiento del
descodificador de instrucción
Reloj Atención!
 Se encarga de sincronizar todo el sistema  Cuanto mayor es la frecuencia a la que
funciona el reloj de ciclos del ordenador,
 La mayoría de las CPU son de naturaleza menores son los tiempos de ciclo, por
sincrónica; están diseñadas y operan en tanto, mayor velocidad de ejecución.
función de la señal de sincronización; a
esta señal se la conoce como señal de  Megahercio, Gigahercio, etc..
reloj, que normalmente toma forma de
onda cuadrada periódica
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7. 08/12/2010
Atención! Secuenciador
 Otro factor que se tiene en cuenta en la  Genera órdenes o micro órdenes
velocidad del procesador es el nº de elementales
instrucciones por segundo
 Sincronizadas con los impulsos de reloj,
 Los AMD trabajan a una frecuencia más hacen que se ejecuten paso a paso
baja que los Intel, pero realizan más
instrucciones por ciclo.
Unidad aritmético-lógica (ALU) Unidad aritmético-lógica (ALU)
 Opera con los datos que recibe siguiendo  Recibe las direcciones de las celdas de
las órdenes de la UC memoria donde se encuentran los
operandos y la celda donde se almacenará
 Realiza operaciones: el resultado
◦ Aritméticas
◦ Lógica booleana  Para poder realizar operaciones más
complejas (fraccionarias, trigonométricas
 Recibe un código de instrucción que le o logarítmicas) utiliza la unidad de coma
indica que debe realizar flotante (FPU)
Vocabulario La memoria principal, RAM
 MIPS = Millones de instrucciones por  En ella se almacena:
segundo ◦ El programa
◦ Los datos
 MFLOPS = Millones de instrucciones en
coma flotante por segundo  La manipulación de estos está dirigida por
la UC
 Está formada por un conjunto de casillas
capaces de almacenar información
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8. 08/12/2010
La memoria principal, RAM
 Cada casilla contiene 8 bits = 1 byte
 Ram de 1KB (2^10=1.024 bytes), dispondra
de 1024 celdas de memoria
 RAM de 1MB (2^20 = 1.048.576 caracteres)
 Cuando se apaga su contenido desaparece
(volátil)
La memoria principal, RAM Operaciones con la RAM
 Cada casilla se identifica con una dirección  Lectura
de memoria
 Escritura
 Para realizar operaciones de lectura y
escritura necesitamos del:
◦ Registro de dirección (RDM)
◦ Registro de intercambio de datos (RIM)
 Estos, posibilitan la transferencia de los datos
a través de la conexión de la dirección del
RDM con el RIM
Lectura
 En el RDM se almacena la dirección de
memoria de la celda que contiene la
información
 El selector de memoria escoge la
dirección contenida en el RDM y carga en
el RIM la información de esa celda
 Transfiere el contenido del RIM al registro
de trabajo de la CPU para que se procese
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9. 08/12/2010
Escritura
 Los datos que ya han sido procesador por
la CPU llegan a la RIM
 En el RDM está la dirección de la celda
destino de la información
 El selector de memoria escoge la celda
destino y carga el contenido del RIM en la
celda apuntada por el RDM
Ejecución de una instrucción Fase de búsqueda
 Los programas son un conjunto de  Consiste en localiza la instrucción a
instrucciones que se ejecutan en dos ejecutar dentro de la memoria principal y
fases: llevarla a la UC para procesarla
◦ Fase de búsqueda
◦ Fase de ejecución
Fase de ejecución Mapas de memoria
 Es la realización de las acciones que llevan  Caso práctico pág. 43
asociadas las instrucciones:
◦ Suma
◦ Resta
◦…
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10. 08/12/2010
Jerarquía de las memorias Jerarquía de las memorias
 La memorias se organiza en niveles  Cada nivel es más pequeño, más caro y
dependiendo de: más rápido que el siguiente
◦ Capacidad
◦ Velocidad
◦ Acceso  Ver tabla de la pág. 47
◦ Coste
 El nivel superior será para memorias muy
rápidas, menor capacidad y tiempo de
acceso mínimo con el coste alto
Registros de la CPU Memoria caché
 Memorias de baja capacidad  Baja capacidad
 Alta velocidad
 Muy rápidas
 Integradas en el procesador
 Tiempo acceso: menor a 5 nanosegundos
 Permiten guardar y acceder a valores muy
usados  Permite acelerar el acceso a los datos
cuando se supone que van a leerse o
 Tiempo acceso: menor al nanosegundo10 -9 modificarse pronto
Memoria caché Memoria RAM
 Cuando se accede por primera vez a un  Mas lenta y más capacidad que la caché
dato, se hace una copia en la caché; los
accesos posteriores se realizan a dicha
copia, logrando que el tiempo de acceso
medio al dato sea menor
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11. 08/12/2010
Memoria secundaria o de disco Soportes magnéticos
 Alta capacidad (GB o TB)  Dispositivos para el almacenamiento de
información
 Tiempo de acceso: milisegundos (10^-6)
 Consistentes en:
 Discos duros del ordenador ◦ Base de plástico
◦ Recubiertos por una capa magnética
 En el caso de que la memoria principal sea ◦ Sobre ella se sitúan las cabezas de escritura y
insuficiente, utiliza espacio de los discos lectura
duros como apoyo (memoria virtual)
Soportes magnéticos Disco Compacto (CD)
 Las cabezas modifican la corriente  Soporte digital óptico
eléctrica de modo que la grabación se
produce gracias a pequeños puntos  Almacena cualquier tipo de información:
magnetizados ◦ Audio
◦ Vídeo
 Ejemplo: Discos duros ◦ Documentos
◦ Otros datos
 Capacidad: 740-750 MB
DVD Blu-Ray
 Formato de almacenamiento óptico  Formato de disco óptico
 Puede ser utilizado para guardar datos  Dimensiones = cd y dvd
como películas con alta calidad de vídeo y
audio  Para vídeo de alta definición
 Dimensiones físicas: similar al cd  Almacenamiento de datos de alta densidad
 Formato distinto y mayor densidad  Capacidad: 50GB a 2 capas / 25 GB 1 capa
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12. 08/12/2010
Unidades de entrada y salida: Los
periféricos
Periféricos de entrada
 Dispositivos que se conectan al  Introducen datos externos en el
ordenador y permiten almacenar y ordenador
comunicar al ordenador con el mundo
exterior  Ejemplos:
◦ Teclado
 Tipos: ◦ Ratón
◦ Entrada ◦ Cámara web
◦ Salida ◦ Escáner
◦ Almacenamiento ◦ Micrófono
◦ Comunicaciones ◦ etc.
Periféricos de salida Periféricos de almacenamiento
 Reciben información que es procesada  Guardan datos para usos posteriores
por la CPU y la muestran al usuario
 Pueden ser:
◦ Internos
 Ejemplo: ◦ Externos
◦ Monitor
 Ejemplos:
◦ Impresora ◦ CD/DVD/Blu-Ray
◦ Altavoces ◦ Discos duros
◦ Auriculares ◦ Memoria Flash
◦ Etc.
◦ Etc.
Periféricos de comunicación ¿Sabías que?
 Facilitan la interacción entre dos o más  La memoria ROM se usa para grabar las
ordenadores o un periférico externo. rutinas de inicio, el POST y los programas de
la BIOS
 Ejemplo:  Rutinas de inicio: programas encargados de
◦ Tarjeta de red supervisar la puesta en marcha del
◦ Tarjeta wireless ordenador
◦ Tarjeta de Bluetooth
◦ Controladores puertos  Se comprueban los periféricos instalados,
sincronizando y poniendo en posición de
◦ Hub inicio los chips del sistema
◦ Etc.
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13. 08/12/2010
¿Sabías que? ¿Sabías que?
 La BIOS busca y ejecuta las unidades de  Sin las instrucciones de la BIOS no
disco duro, o de CD, archivos de arranque podríamos cargar en la RAM la parte de
del SO los ficheros que se necesitan para
arrancar el SO
 Actualmente se están sustituyendo por
memorias flash regrabables aunque no
accesibles al usuario
Funcionamiento del ordenador Funcionamiento del ordenador
 La ROM es básica en el proceso de  Esto ejecuta las rutinas POST
arranque del ordenador (Autocomprobación diagnóstica de
encendido o programa de arranque)
 Cuando encendemos el ordenador, la
fuente de alimentación da corriente a los
componentes del sistema, incluyendo a la  El proceso continua ejecutando
CPU instrucciones del SO y trasladándolas a la
RAM, apareciendo la primera pantalla
 Esta envía una orden al chip de la (Escritorio)
memoria ROM de la BIOS
Funcionamiento del ordenador Funcionamiento del ordenador
 Podremos ejecutar cualquier programa  Concluida la sesión de trabajo,
desaparecen de la RAM y apagamos el
 Introducir datos utilizando los periféricos ordenador.
de entrada
 Cuando finaliza el proceso con los datos,
los resultados irán a un dispositivo de
salida o almacenamiento
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14. 08/12/2010
El software del ordenador Clasificaciones del software
 Software: conjunto de programas,  Basadas en tipo de trabajo que realiza
instrucciones y reglas informáticas para ◦ De sistema
ejecutar ciertas tareas en una ◦ De aplicación
computadora ◦ De programación
 Basada en el método de distribución
 Trabaja con datos, tiene una ◦ Shareware
documentación y se basa en la parte ◦ Freeware
lógica del ordenador ◦ De uso específico
◦ Multimedia
Basado en el tipo de trabajo. Basado en el tipo de trabajo.
Software del sistema Software de aplicación
 Permite que el hardware funciones  Programas que realizan tareas específicas
 Programas que administran la parte física  Posibilidad de automatización
y recursos
 Ejemplos:
◦ Ofimáticas
 Interactúa entre el usuario y el hardware ◦ Contabilidad
◦ Diseño asistido (CAD)
 Ejemplos: Sos, controladores, etc. ◦ etc.
Basado en el tipo de trabajo. Basado en el método de
Software de programación distribución. Shareware
 Herramientas para escribir programas  Se puede evaluar de forma gratuita por un
informáticos tiempo especificado
 Entornos de desarrollo integrados (IDE)  Licencia mediante pago
◦ Agrupan estas herramientas bajo en un
entorno gráfico
 Ejemplo:Winzip
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15. 08/12/2010
Basado en el método de Basado en el método de
distribución. Freeware distribución. multimedia
 Se distribuye sin cargo  Utilizados para presentar de forma
integrada textos, gráficos, sonidos y
 A veces se incluye el código fuente animaciones
 Suele incluir licencia de uso que permite su  Ejemplo: Enciclopedias multimedia
redistribución pero con algunas restricciones
 Los programas de software libre no
necesariamente son freeware
Basado en el método de
distribución. Uso específico
Vocabulario
 Se desarrolla especialmente para resolver  Un proceso o tarea es un instante de un
un problema determinado programa de ejecución
 Ejemplo: Gestión videoclub
El sistema operativo El sistema operativo
 Controlan el funcionamiento del  Está compuesto por un conjunto de
hardware programas que se utilizan para gestionar
las acciones con el hardware:
 Modo sencillo de acceso al ordenador ◦ Núcleo o kernel
◦ Interprete de comandos o shell
◦ Sistema de archivos
 Coordinan y jerarquizan los procesos y
los periféricos
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16. 08/12/2010
Núcleo o kernel Interprete de comandos o shell
 Representa las funciones básicas del  Posibilita la comunicación con el SO
sistema operativo
 Permite al usuario controlar periféricos
 Se encarga de: sin conocer las características del
◦ La carga inicial
hardware
◦ Planificar el trabajo de la CPU
◦ Administrar periféricos
◦ Comunicación entre procesos  Interface entre la CPU y el usuario
◦ Administrar memoria
◦ Administrar archivos
Sistema de archivos Funciones del sistema operativo
 Permite que los archivos se registren en  Dispone de una Interface
una estructura arbórea.  Reconoce componentes instalados
 Administra la información
 Maneja puertos de interrupción
 Administra la memoria
 Gestiona de manera eficiente los recursos
del sistema
Clasificación de los sistemas Clasificación de los sistemas
operativos operativos
 Respecto al modo de trabajo del usuario  Respecto al número de usuarios
◦ On line (o interactivos) ◦ Monousuario
 Útiles en entornos de desarrollo, procesamiento de  Se puede acceder mediante un único terminal
textos y ejecución de programas interactivos  MS DOS, Windows 3.1
◦ Off line (o batch o por lotes) ◦ Multiusuario
 Una vez introducida una tarea, el usuario no tiene  Varios usuarios pueden trabajar con la misma
contacto hasta que es finalizada máquina
 Unix, Linux, XP,Vista, 7
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17. 08/12/2010
Clasificación de los sistemas Clasificación de los sistemas
operativos operativos
 Respecto al propósito  Respecto al número de procesadores
◦ Específico ◦ Multiprocesadores
◦ General  Varios procesadores
 No sincronizados
◦ Sistema distribuidos
 Ordenadores conectados entre si
 La ejecución de aplicaciones no depende de dónde
esté situado
Ejercicios
 Test de repaso pág. 55
 2, 4, 5, 7 y 8 pág. 56
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