Sistema informático (SI): Es una técnica que permite el almacenamiento y el proceso de
información para lo cual se vale de un grupo de elementos que se relacionan entre sí.
Lo componen 3 elementos:
-El Hardware: cualquier dispositivo electrónico utilizado en el proceso de la información
-El Software: Formado por cualquier elemento lógico involucrado en el proceso de la información.
-Los usuarios/Personas:Son las personas que lo utilizan, sin él el resto de los elementos no tendrían sentido=personas crean/diseñan el Software y el Hardware
¿Qué es un computador? Es una máquina electrónica capaz de hacer las tareas siguientes:
*Aceptar información.
*Almacenar la información
*Procesarla según un conjunto de instrucciones
*Producir y proporcionar unos resultados
Un computador dispone de 3 componentes principales para efectuar las tareas descritas
anteriormente:
1)Unidad de E/S-Acepta información y Comunica los resultados
2) Procesador-Procesa la información.
3) Memoria- Almacena la información y las instrucciones
Es necesario de un cuarto componente que conecte entre sí el resto de componentes
El Sistema de interconexión:Mueve la información entre los 3 componentes
Arquitectura de un computador: son el conjunto de elementos del computador que son visibles desde el punto de vista del Programador de ensamblador como: juego de instrucciones , modos de direccionamiento del computador, tipos y formatos de los operadores, mapa de memoria y de E/S o modelos de ejecución.
Estructura/Organización del computador: Las unidades funcionales del computador y el modo del que están interconectadas. Describe un conjunto de elementos que son transparentes al programador, como los sistemas de interconexión y de control, la interfaz entre el computador y los periféricos de las tecnologías utilizadas.
EL Modelo/Arquitectura de Von Neumann: introducida por el matemático húngaro John Von Newmann en 1991 durante su participación en el proyecto ENIAC
Este es un modelo que la mayoría de los ordenadores actuales utilizan.
El modelo dice: un ordenador puede representarse de una forma modular/Esquemática con:
-EL Procesador- Dirige el funcionamiento del ordenador y procesa los datos
-La memoria principal–
Almacena las instrucciones que realiza el procesador y los datos sobre los que se aplican estas.
Almacena las instrucciones que realiza el procesador y los datos sobre los que se aplican estas.
-Dispositivos de E/S- comunican al ordenador con su entorno
-Buses- Actúan como canal de comunicación entre el procesador, la memoria y los dispositivos de E/S
Estos elementos definen la estructura lógica del ordenador.
Desde el punto de vista físico existe un elemento fundamental que actúa como soporte que interconecta los restos de los dispositivos que conforman un ordenador.
La placa base (en inglés MOTHERBOARD o MAINBOARD) está formada por un circuito impreso, una serie de conectores de diferentes tipos, a los que se unen distintos elementos , un panel para conectar dispositivos externos y algunos circuitos integrados con funciones específicas.
La Arquitectura de Von Neumann se caracteriza porque el programa que ejecuta el SI está almacenado internamente(es información) en el propio sistema.
elementos de la arquitectura de VOn Neumann
Unidad Central de Procesos(CPU)
Está formado por varios elementos con los que PROCESA instrucciones que permiten el funcionamiento del ordenador
LA CPU acepta la entrada de datos procesa la información y la envía a cualquier componente que se encargue de ejecutar la acción
Se basa en operaciones programadas y diseñadas para la transmisión y utilización informática cuyos pasos básicos son los de recolectar información ,decodificarla en partes menores en los cuales pueda interpretar esa descodificación y ejecutar la/s instrucción/es en ellos se implican diferentes partes del CPU que actúan en forma conjunta.
UN MICROPROCESADOR= Es una CPU que está implementada en un circuito integrado.
Estos han ido reemplazando a las CPUs poco a poco hasta el presente.
Los procesadores solo pueden interpretar información escrita de forma binaria/lenguaje máquina (ej. Instrucciones)
Elementos que forman la CPU
-ALU(Unidad Aritmético lógica) Realiza operaciones aritméticas(suma.Resta multiplicar dividir) y lógicas (AND, OR, desplazamientos, condicionales SI, NO) con los datos, los datos con los que opera, así como los resultados de la operación se encuentran en registros de la CPU
Para poder realizarlo necesita de los REGISTRO de OPERANDO (para los datos de ENTRADA) Registro de Resultado(para los datos de SALIDA) y Registro de Estado (para el estado de la operación)
[La comunicación entre ellos se realiza mediante los diferentes buses]
Tipos de operaciones posibles con la ALU.
-Diádicas:Aquellas operaciones que utilizan 2 o más cifras. Ej sumas aritméticas
-monódicas: Aquellas operaciones que solo utilizan un operando/cifra. Ej cambio de signo.
operaciones/instrucciones posibles con la ALU(monódicas y diádicas)
1.Suma aritmética
2.-resta aritmética
3.-operaciones lógicas(comparación, complementación)
4.-Desplazamiento o rotación
5.-No operar(transferencia)
6.-Cambio de signo
Unidad de control UC:
Este elemento de la CPU es indispensable en la CPU . Se encarga de sincronizar las operaciones y dar órdenes precisas al resto de dispositivos
Elementos
-contador del programa: Contiene la dirección de memoria donde se encuentra la instrucción a leer.
-Registros de instrucción: Memoriza temporalmente la siguiente instrucción a realizar
-Decodificador: Interpreta la instrucción y convierte la instrucción de lenguaje humano a lenguaje máquina.
-Reloj:Indica el momento en el que se debe ejecutar cada paso de la ejecución de una instrucción- marca los pasos.
-Secuenciador: Activa en el orden adecuado las diferentes unidades funcionales para ejecutar la instrucción
Cableada:La lógica de las operaciones implementadas mediante el HARDWARE son más rápidas.
1.-Genera las señales de control necesarias para el procesador utilizando circuitos lógicos
2.-Es más rápida que la microprogramada ya que las señales requeridas se generan con la ayuda de hardware (cables/circuitos)
3.-Es difícil de modificar ya que las señales de control que deben generarse están cableadas.
4.- Más costoso ya que todo debe realizarse en términos de puertas lógicas .
5.- No pueden manejar instrucciones complejas ya que el diseño del circuito se vuelve complejo.
6.-Solo se utiliza en un número limitado de instrucciones debido a la implementación de hardware.
7.-Se utiliza en computadoras que utilizan computadoras con conjunto de instrucciones reducido(RISC)
Microprogramada: Es una pequeña CPU en miniatura que puede programarse para realizar diferentes tareas. Son más lentas
1.- Esta genera las señales de control con la ayuda de microinstrucciones almacenadas en la memoria de control.
2.- Esto es más lento que el otro, ya que aquí se utilizan microinstrucciones para generar señales.
3.-Fácil de modificar ya que la modificación debe realizarse solo en el nivel de instrucción.
4.-Menos costoso que el control cableado ya que solo se utilizan microinstrucciones para generar señales de control..
5.-Puede manejar instrucciones complejas.
6.-Se pueden generar señales de control para muchas instrucciones.
7.-Se utiliza en computadoras que utilizan con un conjunto de instrucciones complejas(CISC)
Buses del SistemaSon vías que transportan la información de un componente a otro de la arquitectura de Von Newmann. El número de líneas que tiene el bus determina el número de bits que se pueden transportar en paralelo.Los buses mueven información/transportan datos por cada ciclo de RELOJ los pueden haber que realicen 2 operaciones(transporte de datos) en cada ciclo de reloj.
Bus de Datos: Transporta datos como las instrucciones para ejecutar un programa.
Pueden haber buses que transportan más o menos datos según si son de 8,16,32 o 64 bits.
+Bus de Direcciones: Indica el origen y/o destino de los datos pues indica la ubicación en la memoria principal a la que accede para recoger el dato y poder ejecutar el programa o almacenar el dato en una ubicación.
+Bus de Control: Proporciona señales para coordinar las diferentes tareas que se realizan en el SI.
Memoria La memoria principal tiene por objetivo guardar información que es accesible a y para la CPU
La CPU puede leer y/o escribir datos en las diferentes posiciones de memoria que componen la memoria principal.La memoria principal tiene menor capacidad que la memoria secundaria (que virtualmente es ilimitada) pero es mucho más rápida. Actualmente la memoria principal se implementa mediante circuitos integrados. La memoria principal de los SI está formada por dos áreas diferenciadas:
Memoria RAM(Random Access Memory):Memoria de Acceso aleatoria(No tiene porque ser utilizada de manera secuencial) permite tanto la lectura como escritura de la información.
Es un medio de almacenamiento Volátil de manera que pierde su contenido al cesar la fuente de alimentación
Memoria ROM(Read Only Memory): Memoria de acceso aleatorio que sólo permite la LECTURA de los datos que almacena.
Es un medio de almacenamiento persistente, pues no pierde su contenido cuando cesa la alimentación
FUNCIONAMIENTO
Para que un programa pueda ser ejecutado, este ha de estar almacenado en la MEMORIA PRINCIPAL
La UC tomará las instrucciones una a una y las ejecutará secuencialmente para completar la ejecución.
Se denomina ciclo de instrucción al conjunto de instrucciones que se llevan a cabo para la ejecución de una instrucción de programa.
Un ciclo de instrucción es el proceso(o ciclo) por el que pasa una instrucción para ser ejecutada:
1)Fase de Búsqueda: El CP/PC marca la ubicación de la memoria principal de la que extrae la información mediante el bus de DATOS y DIRECCIÓN Transfiere la instrucción a ejecutar desde la memoria principal hasta el (RI) de la UC
2)Fase de Decodificación: cuando la instrucción se encuentra en lenguaje de ALTO nivel, deberá ser convertida a un lenguaje entendible por la máquina (BINARIo/lenguaje Máquina)
gracias al DECODIFICADOR. 3)Fase de Ejecución: Se realizan las acciones de la propia instrucción. 4)Fase de Escritura de Resultado: Se devuelve a la memoria principal el resultado de la ejecución de la instrucción. 5)Fase de preparación para la siguiente instrucción: Se incrementa en 1 el CP/PC para que se realice la siguiente instrucción. REGISTROS Los registros de la CPU proporcionan un espacio de almacenamiento para los datos con los que trabaja la CPU. Los registros se deben cargar con información que proviene de la memoria principal antes de comenzar a operar, cuando hay que operar con nuevos datos toca liberar información/datos antigua de los registros escribíéndose en la memoria principal.
Operar con datos en el Banco de Registros es mucho más RÁPIDO que operar con datos en la memoria principal. Normalmente se distingue entre:
Registro de Datos:Guardan la información con la que se trabaja.
Registro de direcciones: Guardan direcciones de memoria (en las que pueden haber datos)
Registro de Control:Controlan el estado de la CPU(flags: zero, overflow, positivo/negativo
Instrucción
Una instrucción es un conjunto de símbolos que el ordenador es capaz de interpretar con el objetivo de realizar las acciones que dichos símbolos indican.
Las instrucciones en lenguaje maquina son muy elementales podemos clasificarlas instrucciones según la acción que ordenan:-Instrucción de transferencia de memoria:-Instrucción de E/S.-Instrucción de Cálculo:-Instrucción de ruptura de secuencia: evitan que se lee todo el código saltándose una parte ej. Condicionales o un JUMP-Instrucción de control de CPU:
Formatos de instrucción Hablamos de cómo se representan las instrucciones se componen de:
1)Código de instrucción 2)Operandos (suelen ser o ninguno, 1 o varios) 3)Dirección del resultado (a veces implícito y se guarda en la posición del primer operando) 4)Dirección de la siguiente instrucción ( Ej. Bifurcación) 5)Tipo de representación de operando