2.1 Arquitectura de
Von Newman
Von Newman, describió el fundamento teórico de
la construcción de un ordenador electrónico con programa almacenado. La idea
era, conectar permanentemente las unidades del ordenador de manera que su
funcionamiento estuviera coordinado bajo un control central.
A)
Unidad central de procesos (CPU):
la CPU, es el cerebro del ordenador y se trata de un circuito integrado que
interpreta y ejecuta la instrucciones de los programa almacenado en la memoria
y además toda los datos de las unidades de entrada, los procesa, y los envía a
la centrales de procesos.
A la CPU le podemos llamar Procesador o
microprocesador, y está formada por: la unidad de control (UC) que interpreta y
ejecuta las instrucciones maquinas almacenadas en la memoria principal.
Unidad aritmético-lógica (ALU) que recibe los
datos sobre los que efectúa operaciones de cálculo y comparaciones, toma
decisiones lógicas (mediante las reglas del algebra del BOOLE) y devuelve luego
el resultado todo ello bajo la supervisión de la unidad de control.
Los registros de trabajo do de propósito
general donde se almacenan la información temporal.
Para aceptar ordenes del usuario, acceder a
los datos y mostrar 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 de entrada y de salida.
Los buses son los caminos a través de los
cuales las instrucciones y los datos circulan entre las distintas unidades del
ordenador.
B)
Los registros internos del
microprocesador: en el interior del procesador existen unas celdas de memoria
de alta velocidad que permiten a la CPU almacenar datos temporalmente mientras
se efectúan algunas operaciones son los llamados registros internos que
constituyen la memoria interna del procesador. Están formados por un conjunto
de bits que se manipulan en bloque y siempre son múltiplos de 8.
El tamaño del registro indica el numero de
bits que pude manipular a la vez el procesador; cuanto mayor sea más potente
será el micro pues podrá trabajar con mas cantidad de información a la vez.
·
Registros visibles del usuario: son aquellos
que pueden ser referenciados por lenguaje
cercano al ordenador con el fin de optimizar el uso de recursos. Se
distinguen tres categorías: Registros de dirección: contienen las direcciones
de memoria donde se encuentran los datos. Registros de datos, se usan para
contener datos. Los registros de condición que son bit fijados mediante el
hardware que indican por ejemplo si una operación devuelve un resultado
positivo, negativo o nulo, etc.
·
Registro de control y de estado: son los que
intervienen en la ejecución las instrucciones. Distinguimos los
siguientes tipos:
·
1º contado de programa (CP): también llamado
contador de instrucciones, contiene la dirección de la siguiente instrucción a
ejecutar
·
2º registro de instrucción(RI): contiene el
código de la instrucción actual
·
3º registro de dirección de memoria (RDM) contiene
la dirección de una posición de memoria donde se encuentra o va ha ser
almacenada la información.
·
4º registro de intercambio de memoria (RIM) recibe
o envía la información o el dato contenido en la posición apuntada por el
registro de dirección de memoria; el intercambio de datos con la memoria se
realiza a través del bus de datos.
C) Los buses de comunicación.
Las unidades que integran el ordenador se
comunican a través de los buses. Los buses son los caminos por los que fluye la
información; podrán compararse con las autopistas por las que circulas los
coches. Es igual que la calidad de una autopista dependen del número de
carriles y la velocidad a la que se puede circular por ellos la calidad de los
buses, de pende del numero de bytes que pueden fluir al mismo tiempo y de la
velocidad con que lo hacen.
Hay tres tipos de buses.
1º Bus de datos: permite
establecer el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades. Cada
instrucción de un programa y cada byte
de datos viaja por este bus.
La velocidad del bus de datos se mide en
megahercios o en gigahercios.
Otras de las características de la CPU es el
nº de bits que transfiere simultáneamente a través de este bus. El tamaño del
bus se mide en bits. La CPU de los primero ordenadores tenían un bus de 8 bit y
solo podían transferir un byte por cada ciclo de reloj. Los actuales micros
tienen un bus de datos de 64 bits con lo
que pueden transferir en un ciclo de reloj hasta 8 bit.
2º Bus de direcciones, transporta las
direcciones de la memoria en las que se pueden leer o escribir datos por tanto
transmite direcciones entre la CPU y la memoria y funciona sincronizado con el
bus de datos.
3º Bus de control, transmite las instrucciones
dadas por la CPU a los distintos dispositivos
D) Unidad de control (UC) la unidad de control se encarga de interpretar y ejecutar las
instrucciones maquinas que conforman los programas y de general las señales de
control necesarias para llevarlas a cabo.
Ejecuta las operaciones siguientes:
1.
Extrae de la memoria principal la
instrucción a ejecutar. Para ello dispone de dos registros: el contador de
programa (CP) en el que almacena la dirección de la celda que contiene la
próxima instrucción a ejecutar. El registro de instrucción (RI) en el que
deposita el código de la instrucción a ejecutar
2.
Una vez conocido el código de
operación la unidad de control establece las conexiones con los circuitos de la
ALU
3.
Extrae de la memoria principal los
datos necesarios para ejecutar la instrucción
4.
Ordena a la ALU que efectúe las
operaciones necesarias. El resultado de esta operación se deposita en el
registro acumulador de la ALU
5.
Finalmente se incrementa en uno el
contenido del contador de programa de
manera que coincida con la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar
Componentes de la UC:
Para realizar sus funciones la unidad de
control además de contador de programa de registro de instrucción cuenta con
los componentes siguientes
1.
Descodificador de instrucción; se
encarga de extraer y analizar el código de operación de la instrucción actual contenida en el
registro de instrucción.
2.
Reloj: va marcando los tiempos de
ejecución de los pasos a realizar para cada instrucción. Además se encarga de
sincronizar todo el sistema. la velocidad del reloj interno del procesador
establece la rapidez con que el procesador puede procesar los datos. La
velocidad del reloj se mide en gigahercios.
3.
Secuenciador: este dispositivo
genera ordenes que sincronizadas con los impulsos de reloj hace que se ejecuten
paso a paso y de manera ordenada la instrucción cargada en él
a) Unidad aritmético-lógica
(ALU): su función es operar con los datos que recibe
siguiendo las órdenes de la unidad de
control. Se realizan tanto operaciones aritméticas como operaciones basadas en
la lógica Booleana (toma de decisión).
La ALU necesita para llevar a cabo una operación aritmética
el código de operación que indique la operación a efectuar por ejemplo: si
queremos realizar una suma hay que indicar el código de la suma, las
direcciones de las celdas de memoria en las que se encuentra almacenados el
primero y el segundo operando y la celda en la que se almacenará el resultado
de la suma.
Una parte importante de la ALU es la unidad de coma
flotante conocida también como coprocesador matemático. La ALU es la encargada
de manejar todas las operaciones en coma flotante. Estas operaciones involucran
la aritmética con números fraccionarios, operaciones matemáticas
trigonométricas y logarítmicas
b) RAM:
en la memoria principal o RAM (Memoria de Acceso Aleatorio) se almacena dos
tipos de información; el programa o secuencia de instrucciones a ejecutar y los
datos que manejan dicha instrucciones. La manipulación de los programas y los
datos está dirigida por la CPU y más concretamente, por la unidad de control.
La RAM, está
formada por un conjunto de casillas o posiciones de memoria, capaces de almacenar un dato o una instrucción, cada
casilla contiene 8 bits (1 byte).
En la memoria RAM, se almacena, los datos y los programas
que se ejecutan en ese momento en el ordenador, cuando se apaga la PC el contenido de la RAM, desaparece. Por
esto se dice que la RAM es una memoria volátil. Cada una de las casillas que
forman la memoria, s identifica con un numero, es lo que se conoce como
dirección de memoria, su finalidad es que la unidad de control (de la CPU)
pueda diferenciar unas casillas de otras.
Ejecución de una
instrucción: la CPU ejecuta los programas que se
encuentran cargados en la memoria principal; estos están formados por un
conjunto de instrucciones que a la hora de ejecutar una de ellas, se distinguen
dos fases:
1) Fase de ejecución: es la realización de las acciones que llevan asociadas las
instrucciones( por ejemplo una suma o una resta)
FALTA OTRO PUNTO
Jerarquía de
memorias: la memoria se organiza en niveles
dependiendo de la capacidad, la velocidad en el acceso y el coste. El nivel
superior estará construido por memorias muy rápidas de menor capacidad tiempo
de acceso mínimo, y conste alto. Cuanto más pequeño sea el hardware, este será
más rápido y más caro. Hay 4:
1) Registro de la CPU: son memorias de baja capacidad, pero de alta velocidad, están
integradas en el procesador y permiten guarda y acceder valores muy usados
(generalmente en operaciones matemáticas), el tiempo de acceso es inferior al
nano segundo( 10-9 segundos)
2) Memoria Caché: de baja capacidad y muy rápida, con tiempos de acceso inferiores a los
5 nano segundos. Se interpone entre el procesador y la memoria RAM. Cuando se
accede por primera vez a un dato, se hace una copia en la caché, los acceso
posteriores a ese dato, se realizan a la copia que hay en la cache logrando que
el tiempo de acceso al dato, sea menor.
3) Memoria principal (RAM): es más lenta que las anteriores pero de mayor capacidad.
4) Memoria secundaria o de
disco: estas son de alta capacidad. El tiempo de
acceso so mide en milisegundos (10-6). Lo forman los discos duros
del ordenador, externos e internos que es donde se almacena los archivos para
un uso posterior (no son volátiles)
c) Unidades de entrada y salida:
Los periféricos;
so n dispositivos que se conectan al
ordenador y permiten almacenar informaron y comunicar al ordenador
Con el mundo exterior. Se pueden clasificar en:
1)
Periféricos de entrada: son los que introducen datos externos al ordenador para su posterior
tratamiento por parte de la CPU. Los
periféricos de entrada más habituales son: teclado, ratón escáner, cámara web,
micrófono, pantalla táctil, etc.
2)
Periféricos de salida: son los que reciben información, que es procesada por la CPU y la
reproduce para que sea perceptible al usuario. Auriculares, fax, impresora…
3)
Periféricos de almacenamiento: se encargan de guardar los datos, de forma que permanezcan para usos
posteriores. Pueden ser internos como un disco duro o externos como un CD, los
más comunes, son discos duros, grabadora/lectora de CD/Dvd, Blu-ray , memoria
flash, etc.
4)
Periféricos de comunicación: facilitan la interacción entre dos o más ordenadores o entre un
ordenador y un periférico externo. Entre ellos se encuentra: Famode, tarjeta de
red, controladores de puertos (puertos serie, paralelo, infrarrojo) HUB,
SWITCH, etc.
d) Funcionamiento del ordenador: La memoria ROM (de solo lectura9 se usa para grabar la rutina de
inicio, el post y los programas de la BIOS. La rutina de inicio son, los
programas encargados de supervisar de manera automática la puesta en marcha del
ordenador cuando se enciende. Verifica la memoria RAM instalada comprueba los
dispositivos periférico instalado y sincroniza y pone en posición de inicio, los
chips del sistema. La BIOS busca y ejecuta en la unidades de disco duros o
disquete, los archivos de arranque del S.O
Cuando encendemos el ordenador la fuente de alimentación,
lleva corriente a todos los componentes hardware, incluyendo a la CPU; en el
momento en que esta recibe la corriente, envía una orden al chip de la memoria
ROM de la BIOS donde se encuentran grabadas, las rutinas del POST
(autocomprobación diagnostica de encendido o programa de arranque).
Si la BIOS no encuentra nada anormal, continua el proceso
de arranque del ordenador. Posteriormente, ejecuta instrucciones del S.O
trasladándolas a la RAM y aparece la primera pantalla 8escritorio Windows)
Una vez arrancado, podremos ejecutar cualquier programa (el
programa elegido se cargará en la RAM), y podemos introducir datos utilizando
los periféricos de entrada. Mientras hacemos estas operaciones, la CPU está
procesando las instrucciones y los datos que están almacenados de forma
temporal en la RAM.
Una vez que finaliza el proceso con los datos, obtendremos
los resultados dirigiéndolos hacia un dispositivo de salida o almacenándolos en
periféricos de almacenamiento.
Una vez guardados los resultados, cerramos los programas
que se han utilizado, con lo que se limpia la RAM, y apagamos el ordenador
2.2 El software del ordenador: El software es
todo aquello que se refiere a los programas y datos almacenados en un
ordenador, los programas encargados de dar instrucciones para realizar tareas
con el hardware o para comunicarnos con otro software y los datos necesarios
para la ejecución de los programas.
Se puede decir que el software se divide en
dos categorías:
1.
Software basado en el tipo de
trabajo que realiza:
·
Software de sistema: Aquel que
permite que el hardware funcione-. Lo forman programas que permiten la
administración de la parte física o los recursos dl ordenador y es el que
interactúa entre el usuario y los componentes hardware del ordenador. Ejemplo:
S.O, controladores de dispositivos, etc.
·
Software de aplicación: lo forman
los programas que nos ayudan a realizar tareas específicas en cualquier campo
de actividad susceptibles de ser automatizado. Este software hace que el
ordenador sea una herramienta útil para el usuario. Ejemplos: aplicaciones
ofimática, de contabilidad…
·
Software de programación: es el
que proporciona al programador herramientas para ayudarle a escribir programas
informáticos y a usar diferentes lenguajes de programación de forma práctica.
Ejemplos: VisualBasic
2.
Software basado en el método de
distribución:
Entre estos se encuentra el
software desarrollado por compañías y vendido principalmente por distribuidores
·
Shareware: modalidad de
distribución de software, en la que el usuario puede evaluar de forma
gratuita el producto, pero con limitaciones en el tiempo de uso o en algunas de
las formas de uso o con restricciones en las capacidades finales.
Ejemplos: antivirus
·
Freeware: define un tipo de
software que se distribuye sin costo, disponible para su uso y por tiempo
ilimitado. Freeware suele incluir una licencia de uso, que permite su
redistribución pero con algunas restricciones, como no modificar la aplicación en
sí, ni venderla, y dar cuenta de su autor. Ejemplo: Google Crome.
·
Software multimedia: se refiere a
los programas utilizados para presentar de una forma integrada textos,
gráficos, sonidos y animaciones. Se usa en el ámbito educativo, ejemplo
enciclopedias.
·
Software de uso específico: es el
que se desarrolla especialmente para resolver un problema determinado de una
organización o persona. Ejemplos: gestión de un video club, las aplicaciones de
los supermercados para los códigos de barras.
2.3 El Sistema Operativo.
Es el programa o conjunto de
programas que controla el funcionamiento de hardware, ofrecen al usuario un
modo sencillo de acceso al ordenador, coordina y jerarquizan todos los procesos
que se llevan a cabo en un ordenador y en los periféricos (operaciones de
escritura, lectura E/S).
Un sistema operativo se puede
encontrar en la mayoría de los aparatos electrónicos que utilicen
microprocesadores para funcionar (ordenadores, PDA, móviles, etc.)
El S.O. se compone de un
conjunto de programas que se incluyen en este conjunto de software:
1)
Núcleo: que representa las
funciones básicas del S.O, se encarga de la carga inicial (programa de
arranque, se encarga de planificar el trabajo de la CPU, administrar los
periféricos, la comunicación entre procesos, administrar la memoria y
administrar los archivos
2)
El intérprete de comando o Shell:
que posibilita la comunicación con el S.O a través de un lenguaje de control,
permitiendo al usuario controlar los periféricos sin conocer las
características del hardware utilizado, es una interface entre la CPU y el
usuario. Cuando le pedimos algo a al ordenador, el Shell se encarga de
traducirlo en llamadas a los programas que compone el núcleo y este acciona el
hardware.
3)
El sistema de archivos, que
permite que los archivos se registren en una estructura arbolea (forma de árbol).
2.3.1 Funciones del S.O.
Los
recursos hardware del ordenador son el procesador, la memoria principal, los
discos y los periféricos. Si varios usuarios están utilizando el mismo
ordenador, debe haber algo que asigne los recursos y evite los conflictos que
puedan surgir cuando dos programas requieran los mismos elementos (misma unidad
de disco, o la impresora por ejemplo); de esto se carga el S.O.
LAS FUNCIONES MAS IMPOR TANTES son las
siguientes:
·
Dispone de una interface (elemento
que hace posible la fácil comunicación usuario/maquina
Los sistemas operativos Windows y Linux,
consta de interface grafica GUI, PERMITIENDO AL USUARIO INTERACTUAR CON EL
HARDWARE DE UNA FORMA SENCILLA Y RAPIDA
·
Reconoce los componentes
instalados en el ordenador y hace que estos pueda ser utilizados
·
Administra la información,
gestionado el sistema de archivos y las autorizaciones da acceso a archivos a
aplicaciones
·
Maneja puertos de interrupción
para darle prioridad a un programa sobre otro
·
Administra la memoria gestiona el
espacio de memoria asignado para cada aplicación y para cada usuario. Cuando la
memoria física es insuficiente, es S.O puede crear una zona de memoria en el
disco duro denominada memoria virtual. La memoria virtual permite ejecutar
aplicaciones que requiere una memoria superior a la memoria RAM disponible en
el sistema. Sin embargo esta memoria virtual es mucho más lenta
·
Gestiona de manera eficiente los
recursos del sistema, controlando el acceso de los programas a los recursos
materiales a través de los drivers, asignado a los programas, los recursos que
esto necesitan para funcionar, garantizando que los recursos sean utilizado
solo por programas y usuarios que tenga las autorizaciones correspondientes
2.3.2 Clasificación de los S.O
Los
S.O. se pueden clasificar atendiendo a los siguientes criterios:
·
Respecto del modo de trabajo del
usuario; online o interactivos y offline
o por lotes.
Los sistemas offline se
caracterizan porque una vez introducida una tarea en el ordenador, el usuario
no mantiene el contacto alguno con ella hasta que finaliza su ejecución
·
Respecto del nº de usuario:
sistemas monousuarios y multiusarios. En los primeros se pueden acceder al
ordenador mediante un único terminal. Los multiusuarios soportan el trabajo de
varios usuarios en una misma máquina.
·
Respecto del propósito o del uso
que quieran dar los usuarios al ordenador. S.O.
de uso específico y de propósito general. Un ejemplo de sistema de
propósito especifico, en un sistema de tiempo real, estos sistemas se usan en
entornos en donde se deben aceptar y procesar en tiempo breve un gran nº de
sucesos y ejemplo de dicha aplicaciones las tenemos en industrias, en control
de vuelo y simulaciones en tiempo real. Los sistemas de propósito general se
caracterizan por tener un gran nº de usuarios., trabajado sobre muchas
operaciones
·
Respecto del nº de procesadores,
los ordenadores con más de una CPU se clasifican en multiprocesadores y en
sistemas distribuidos. En un sistema distribuido, tenemos varios procesadores
con su propia memoria. En los sistemas distribuidos hay un conjunto de
ordenadores conectado entre sí, de forma de ejecución no depende de donde esté
situada esta. Incluso permite montar
infraestructura cliente servidor
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