Unidad VI : Funcionamiento interno de una computadora.

Funcionamiento Interno Del Computador.

Al arranque, los computadores su control pasa mediante circuito cableado a unas memorias de tipo ROM, grabadas con información permanente (datos de configuración, fecha,hora y dispositivos, etc.) .
Después de la lectura de esta información, el circuito de control mandará a cargar en la memoria principal desde algún soporte externo (disco duro o disquete) los programas del sistema operativo que controlarán las operaciones a seguir, y en pocos segundos aparecerá en pantalla el identificador o interfaz, dando muestra al usuario que ya se está en condiciones de utilización.
Si el usuario carga un programa con sus instrucciones y datos desde cualquier soporte de información, bastará una pequeña orden para que dicho programa comience a procesarse, una instrucción tras otra, a gran velocidad, transfiriendo la información desde y hacia donde esté previsto en el programa con pausas si el programa es inactivo, en las que se pide al usuario entradas de información. Finalizada esta operación de entrada, el ordenador continuará su proceso secuencial hasta culminar la ejecución del programa, presentando sus resultados en pantalla, impresora o cualquier periférico.
Cada una de las instrucciones tiene un código diferente expresado en formato binario. Esta combinación distinta de unos y ceros la interpreta el <> del ordenador, y como está diseñado para que sepa diferenciar lo que tiene que hacer al procesar cada una de ellas, las ejecuta y continúa con la siguiente instrucción, sin necesidad de que intervenga el ordenador.
El proceso de una instrucción se descompone en operaciones muy simples de transferencia de información u operaciones aritméticas y lógicas elementales, que realizadas a gran velocidad le proporcionan una gran potencia que es utilizada en múltiples aplicaciones.
Realmente, esa información digitalizada en binario, a la que se refiere con unos y ceros, el ordenador la diferencia porque se trata de niveles diferentes de voltaje.
Cuando se emplean circuitos integrados, los niveles lógicos bajo y alto, que se representan por ceros y unos, corresponden a valores muy próximos a cero y cinco voltios en la mayoría de los casos.
Cuando las entradas de las puertas lógicas de los circuitos digitales se les aplica el nivel alto o bajo de voltaje, el
comportamiento muy diferente. Por ejemplo, si se le aplica nivel alto conducen o cierran el circuito; en cambio si se aplica nivel bajo no conducen o dejan abierto el circuito. Para que esto ocurra, los transistores que constituyen los circuitos integrados trabajan en conmutación, pasando del corte a la saturación.

Estructura Interna Del Computador
En ella la conforman cada uno de los chips que se encuentran en la plaqueta base o tarjeta madre, estos son:

• Bios
• Caché
• Chipset
• Puestos
• USB
  
• Zócalo ZIF
• Slot de Expansión
• Ranuras PCI
• Ranuras DIMM
• Ranuras SIMM
• Ranuras AGP
• Ranuras ISA
• Pila
• Conector disquetera
• Conector electrónico
• Conector EIDE (disco duro)

Bios: "Basic Input-Output System", sistema básico de entrada-salida. Programa incorporado en un chip de la placa base que se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del ordenador.

Caché: es un tipo de memoria del ordenador; por tanto, en ella se guardarán datos que el ordenador necesita para trabajar. Esta también tiene una segunda utilidad que es la de memoria intermedia que almacena los datos mas usados, para ahorrar mucho mas tiempo del tránsito y acceso a la lenta memoria RAM.
Chipset: es el conjunto (set) de chips que se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB.
USB: En las placas más modernas (ni siquiera en todas las ATX); de forma estrecha y rectangular, inconfundible pero de poca utilidad por ahora.
Zócalo ZIF: Es el lugar donde se inserta el "cerebro" del ordenador. Durante más de 10 años ha consistido en un rectángulo o cuadrado donde el "micro", una pastilla de plástico negro con patitas, se introducía con mayor o menor facilidad; recientemente, la aparición de los pentiumII ha cambiado un poco este panorama.
Slot de Expansión: son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de vídeo, de sonido, de red...). Según la tecnología en que se basen presentan un aspecto externo diferente, con diferente tamaño y a veces incluso en distinto color. En esta se encuentran:

• Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar hasta 132 MB/s a 33 MHz, lo que es suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas.
• Ranuras DIMM: son ranuras de 168 contactos y 13 cm. Originalmente de color negro.
• Ranuras SIMM: los originales tenían 30 conectores, esto es, 30 contactos, y medían unos 8,5 cm. Hacia finales de la época del 486 aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10,5 cm de color blanco.
• Ranuras AGP: o más bien ranura, ya que se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D, por lo que sólo suele haber una; además, su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos, por lo que se utiliza como una ayuda para el PCI. Según el modo de funcionamiento puede ofrecer 264 MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm y se encuentra bastante separada del borde de la placa.
• Ranuras ISA: son las más veteranas, un legado de los primeros tiempos del PC. Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un máximo de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjeta de vídeo. Miden unos 14 cm y su color suele ser negro; existe una versión aún más antigua que mide sólo 8,5 cm.

Pila: se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado. Sin ella, cada vez que encendiéramos tendríamos que introducir las características del disco duro, del Chipset, la fecha y la hora...
Conectores internos: Bajo esta denominación englobamos a los conectores para dispositivos internos, como puedan ser la disquetera, el disco duro, el CD-ROM o el altavoz interno, e incluso para los puertos serie, paralelo y de joystick.

Funcionamiento de la Unidad de Control.

Es el centro nervioso del ordenador, ya que desde ella se controlan y gobiernan todas las operaciones. Cómo funciones básicas tiene:

• tomar las instrucciones de memoria
• decodificar o interpretar las instrucciones
• ejecutar las instrucciones ( tratar las situaciones de tipo interno (inherentes a la propia CPU) y de tipo externo (inherentes a los periféricos)

Para realizar su función, la unidad de control consta de los siguientes elementos:

• Contador de programa
• Registro de instrucciones
• Decodificador
• Reloj
• Secuenciador

Contador de programas:Contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Al iniciar la ejecución de un programa toma la dirección de su primera instrucción. Incrementa su valor en uno, de forma automática, cada vez que se concluye una instrucción, salvo si la instrucción que se está ejecutando es de salto o de ruptura de secuencia, en cuyo caso el contador de programa tomará la dirección de la instrucción que se tenga que ejecutar a continuación; esta dirección está en la propia instrucción en curso.

Registro de programas:Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (un código que indica qué tipo de operación se va a realizar, por ejemplo una suma) y en su caso los operandos (datos sobre los que actúa la instrucción, por ejemplo los números a sumar) o las direcciones de memoria de estos operandos.

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 .

Reloj:Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos o ciclos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción.

Secuenciador: En este dispositivo se generan órdenes muy elementales (microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos de reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el registro de instrucción.

Ciclo de instrucción.

Ciclo de instrucción (también llamado ciclo de fetch-and-execute o ciclo de fetch-decode-execute en inglés) es el periodo de tiempo que tarda la unidad central de proceso CPU en ejecutar una instrucción de lenguaje maquina.

Comprende una secuencia de acciones determinada que debe llevar a cabo la CPU para ejecutar cada instrucción en un programa. Cada instrucción del juego de instrucciones de una CPU puede requerir diferente número de ciclos de instrucción para su ejecución. Un ciclo de instrucción está formado por uno o másciclos maquina.

Para que cualquier sistema de proceso de datos basado en microprocesador (por ejemplo un ordenador) o microcontrolador (por ejemplo un reproductor de MP3) realice una tarea (programa) primero debe buscar cada instrucción en la memoria principal y luego ejecutarla.

Decodificacion de una instrucion.

El registro de instrucción es un registro de la unidad de control del CPU en donde se almacena la instrucción que se está ejecutando. En los procesadores simples cada instrucción a ser ejecutada es cargada en el registro de la instrucción que la contiene mientras se es decodificada, preparada y al final ejecutada, un proceso que puede tomar varios pasos. Los procesadores más complejos usan una tuberias de instruccion de datos donde cada etapa de la tubería hace parte del trabajo, decodificación, preparación, o ejecución, y después pasa el resultado a la siguiente etapa para realizar el siguiente paso hasta que la instrucción es procesada totalmente. Esto funciona como una linea de ensamblaje en donde en cada etapa se hace un trabajo parcial, y luego se pasa a la siguiente etapa para continuar con la fabricación del producto. Los procesadores modernos pueden incluso hacer algunos de los pasos de fuera de orden ya que la decodificación de varias instrucciones se hace en paralelo.

Decodificar el opcode en el registro de instrucción incluye la determinación de la instrucción, también determinar donde están sus operandos en memoria, leer los operandos desde la memoria, asignar recursos del procesador para ejecutar el comando (en procesadores superscalares), etc.

Comunicación del pocesador con el resto del sistema.

Buses

El Bus es la vía a través de la que se van a transmitir y recibir todas las comunicaciones, tanto internas como externas, del sistema informático.

El bus es solamente un Dispositivo de transferencia de información entre los componentes conectados a él, no almacena información alguna en ningún momento.

Los datos, en forma de señal eléctrica, sólo permanecen en el bus el tiempo que necesitan en recorrer la distancia entre los dos componentes implicados en la transferencia.

En una unidad central de sistema típica el bus se subdivide en tres buses o grupos de líneas.

• Bus de Direcciones.

• Bus de Datos.

• Bus de Control.

Bus de Direcciones

Es un canal de comunicaciones constituido por líneas que apuntan a la dirección de memoria que ocupa o va a ocupar la información a tratar.

Una vez direccionada la posición, la información, almacenada en la memoria hasta ese momento, pasará a la CPU a través del bus de datos.

Para determinar la cantidad de memoria directamente accesible por la CPU, hay que tener en cuenta el número de líneas que integran el bus de direcciones, ya que cuanto mayor sea el número de líneas, mayor será la cantidad de direcciones y, por tanto, de memoria a manejar por el sistema informático.

Bus de Datos

El bus de datos es el medio por el que se transmite la instrucción o dato apuntado por el bus de direcciones.

Es usado para realizar el intercambio de instrucciones y datos tanto internamente, entre los diferentes componentes del sistema informático, como externamente, entre el sistema informático y los diferentes subsistemas periféricos que se encuentran en el exterior.

Una de las características principales de una computadora es el número de bits que puede transferir el bus de datos (16, 32, 64, etc.). Cuanto mayor sea este número, mayor será la cantidad de información que se puede manejar al mismo tiempo.

Bus de Control

Es un número variable de líneas a través de las que se controlan las unidades complementarias.

El número de líneas de control dependerá directamente de la cantidad que pueda soportar el tipo de CPU utilizada y de su capacidad de direccionamiento de información.

Arquitecturas de Bus

Dependiendo del diseño y la tecnología que se utilice para construir el bus de una microcomputadora se pueden distinguir tres arquitecturas diferentes:

• Arquitectura ISA.

• Arquitectura MCA.

• Arquitectura EISA.

• Arquitectura ISA.

• Arquitectura ISA

LaArquitectura ISA (Industry Standard Architecture en inglés) es la arquitectura con que se construyó el bus de los microcomputadores AT de IBM.

Esta arquitectura se adoptó por todos los fabricantes de microcomputadoras compatibles y, en general, está basada en el modelo de tres buses explicado anteriormente. Su tecnología es antigua, ya que se diseñó a principios de la década de los 80, lo que provoca una gran lentitud, debido a su velocidad de 8 megaherzios y una anchura de sólo 16 bits.

• Arquitectura MCA.

La Arquitectura MCA (MicroChannel Architecture en inglés) tuvo su origen en una línea de microcomputadoras fabricadas por IBM, las PS/2 (PS significa Personal System).

Las PS/2 fueron unas microcomputadoras en las que, en sus modelos de mayor rango, se sustituyó el bus tradicional de las computadoras personales por un canal de comunicaciones llamado MicroChannel.

El MicroChannel no es compatible, ni en su diseño ni en las señales de control, con la tecnología de bus tradicional, si bien su misión de transferencia de direcciones de memoria y datos es similar en ambos casos. Las ventajas de MicroChannel son una mayor velocidad, 10 megaherzios, una anchura de 32 bits, la posibilidad de autoinstalación y una mejor gestión de los recursos conectados al canal gracias a un control denominado busmaster.

• Arquitectura EISA.

LaArquitectura EISA (Extended Industry Standard Architecture en inglés) surge como una mejora del estándar ISA por parte de un grupo de empresas fabricantes de microcomputadoras compatibles. La velocidad del bus aumenta, así como la posibilidad de manejo de datos, llegándose a los 32 bits en paralelo; asimismo posee autoinstalación y control de bus.

La unión del aumento de la velocidad interna del bus y los 32 bits trabajando en paralelo permite a esta arquitectura una capacidad de manejo y transferencia de datos desconocida hasta ese momento, pudiendo llegar hasta los 33 megabytes por segundo.

La gran ventaja de la arquitectura EISA es que es totalmente compatible con ISA, esto es, una tarjeta de expansión ISA funciona si se la inserta en una ranura EISA. Evidentemente, no va a poder utilizar totalmente la potencia del nuevo estándar, funcionando a menor velocidad, pero funcionando al fin y al cabo.

En la actualidad no existe una arquitectura que tenga el suficiente peso específico como para desbancar totalmente al resto, si bien, poco a poco, la arquitectura ISA puede ir desapareciendo de las configuraciones de los sistemas informáticos dando paso a las otras dos arquitecturas.