arquitectura de ordenador

ARQUITECTURAS DE ORDENADORES 2009/10. Por Fco. Villafranca Gracia, profesor del IES Barañáin (Navarra)

Rev 01. 2010/11

TIC`S. TECNOLOGÍA S DE LA I NFORMACIÓN Y

COMUNICACIÓN

2

SumarioLa arquitectura de un ordenador la constituye las formas de construcción, interconexión y distribución física de los distintos dispositivos que conforman el equipo, principalmente: chips, tarjetas, buses y unidades de entrada y salida.Basicamente el hardware de un ordenador está constituido por.CPU, procesa los datosMemoria, almacena la informaciónUnidades I/O, periféricos que nos permiten las conexiónes con el exterior.

Hardware y Software

Arquitectura de ordenadores

Placa base

Chips. El microprocesador

MemoriaPuertos de comunicación y tarjetas de expansiónPeriféricos

Sistemas de almacenamiento

Departamento de Tecnología Fco Villafranca Gracia

3

Hard ware y SoftwareHardware, conjunto de dispositivos físicos que integran el ordenador: CPU, monitor, teclado, unidad e disco, etc.Software: conjunto de instrucciones, llamados programas, que dirigen los distintos componentes del ordenador. El software es el encargado de indicar al hardware como debe realizar las distintas tareas. .


4

Arquitectura de un ordenador.

CPU (Proceso)

•UC, unidad de control•ALU, unidad aritmética y lógica•Reloj

MEMORIA•INSTRUCCIONES, programas del fabricante•DATOS

UNIDADES I/O

•PERIFÉRICOS, entrada, salida y entrada-salida•SISTEMAS DE ALMACENAMIENTOBus de

DATOS

Bus de DATOS

Bus de DATOS

Bus de DIRECCIONESBus de CONTROL


Estructura 1Bus de DIRECCIONES

5

Arquitectura de un ordenador

Bus de DATOS

Bus de DATOS

Unidad Central de Proceso (CPU), se encarga de procesar los datos. Es el cerebro de la máquina,se encarga de recibir instrucciones y datos, de interpretarlos y de ejecutarlos.

UNIDAD DE CONTROL, se encarga de dirigir y gestionar todas las operaciones que se han de realizar.

UNIDAD ARITMÉTICA LÓGICA, se encarga de todos los cálculos y operaciones lógicas y matemáticas.

RELOJ, es el encargado de sincronizar todas las instrucciones u operaciones de la CPU. Marca cuando acaba y comienza una instrucción. La rapidez de las operaciones dependerá de la velocidad del reloj. Esta velocidad se mide en MHz

CPU 1


6

Arquitectura de un ordenador. Bus de DATOS


Registros

Unidad de control

UCDecodificadorInstruccionesID

Contador de programa

( CP), Instrucciones

R D D

ACUMULADOR

A LU

UNIDADES I/O• PERIFÉRIC

OS

RAM• Datos

• Instrucciones

ROM

BUS DE CONTROL

Interrupciones

BUS DE DIRECCIONES

R/W

BUS DE INSTRUCCIONES

BUS DE DATOS

Estructura 2SEÑAL DE CLOCKALIMENTACION

CPU

7


Bus de DATOS

Bus de DATOS

Memoria, son dispositivos electrónicos que pueden almacenar bit lógicos (0 o 1) de forma que en cualquier instante se pueda acceder a un solo bit o a un grupo de ellos. La memoria o registro de memoría almacena siempre un nº de bits que es potencia de 2, en ella residen las instrucciones y los datos.Existen diferentes tipos de memorias, según su función.

MEMORIA


8


Bus de DATOS

Bus de DATOS

Puertos, o unidades de entrada salida. En los conectores de estas unidades se conectan los periféricos (monitor, ratón , etc.) que nos permiten comunicarnos con el extrerior del equipo.

I/O


9


Bus de DATOS

Bus de DATOS

Buses, o son cables conductores que transportan señales o impulsos eléctricos (bit lógicos). Un ordenador dispone de tres buses.BUS DE DATOS, por él circulan las señales eléctricas que representan los bits o códigos de los datos (instrucciones o datos)BUS DE DIRECCIONES, por él circulan las señales eléctricas que representan los bits o códigos de las direcciones (direccionamiento de registros)BUS DE CONTROL,por el circulan las señales eléctricas que representan los bits o códigos de control (ordenes de ejecución de operaciones)

Buses


10


Bus de DATOS

Bus de DATOS

Dependiendo del tipo de buses utilizado, se habla de diferentes arquitecturas de ordenadores.Bus de 8 bits, en la CPUa 8088, información transmitida por canales paralelos de 8 bits.ISA (Industry Standard Architectura): Buses de 16 bits.MCA (Micro Channel Arquitecture): permitía una ruta de datos de 32 bits. Incompatible con otras arquitecturas (tarjetas de expansión)EISA ( Ex tended Industry Standard Architectura): actualización a la ISA para poder transmitir en 32 bits. Compatible con 8 y 16 bits.VL-Bus ( Vesa Local Bus): transmisión de datos en 32 bits a más velocidad, mayor de 10 MHz.PCI (Peripheral Component Interconnect ): es independiente de la CPU, ya que entre la CPU y el bus PCI se instalará siempre un controlador de bus PCI. El bus PCI no depende del reloj de la CPU, porque está separado de ella por el controlador del bus. El actual estándar PCI autoriza frecuencias de reloj que oscilan entre 20 y 33 Mhz. Se utiliza actualmente en los PENTIUM y permite la configuración automática de los periféricos( Plug&Play).AGP (Advanced Graphic Port): este bus se utiliza exclusivamente para las tarjetas de video AGP. Se trata tambien de un bus de 32 bits.

Arquitecturas


11

Como realiza una instrucción el ordenador

Bus de DATOS

Bus de DATOS

Basicamente se realiza siguiendo estos pasos

Funcionamiento


ENTRADA •UC , Lee en la memoria las instrucciones de los programas•Toma los datos de la memoria o de los periféricos

PROCESO •ALU, utiliza los datos para hacer cálculos

SALIDA •Devuelve los resultados a la memoria o a los periféricos.

12

Placa base (mainboard) o (motherboard )


El microprocesador, es el elemento principal de todo ordenador, en el que se encuentran todos los aparatos y dispositivos.Fisicamente se trata de una "oblea" de un material sintético, sobre la cual existe un circuito electrónico (PCB), que conecta diversos elementos que se encuentran anclados sobre ella. Todo ello forma la placa base.

Microprocesador

Memoria

Slots

BIOS

Diversos chips

13

Placa base


Existen de diferentes formas y con diversos conectores para los periféricos. Los fabricantes han definido varios standares para evitar costes y facilitar la intercambiabilidad. En principio la calidad de las placas bases no depende del tipo de la misma.

ATX (actuales)• Las más comunes• USB, FireWire y mini-DIN

Baby- AT• Fue el estándar absoluto• Mala circulación del aire, mucho cableado• Clavijas DIN

LPX • Ranuras de expansión paralelas a la placa base• Similar a las Baby -AT

Diseños propios

• IBM, Hewlett-Packard, etc.

Tipos

14

Placa base (mainboard) o (motherboard )


15

Placa base


Zócalos o socketsLugar donde se instala la CPU o el microprocesador. Durante más de 10 años consistía en una pastilla cuadrada de plástico con más o menos pines se introducía con mayor o menor facilidad, desde la aparición de los Pentium II este panorama ha cambiado.Actualmente enlos Pentium IV se utiliza el Socket 775 y 939 . Actualmente microprocesadores en Slots (ranuras)

Componentes

PGA•386 y 486•Inserción por presión

ZIF•Zero Insertion Force, •486,…… Pentium II y actualmente

Socket 7 “Super 7”, basados en ZIF•AMD K6, Bus de 100 MHz•Inserción de varios micros

Socket 370 o PGA 370•Intel Celeron y Mendocino (con 128 K de Caché)•Pentium III

Socket A, 478•AMD K7 Athlon, AMD Duron

16

Placa base


Slot 1Lugar donde se conectan los Pentium (en ranuras o slot) o mas bien para desenchufar a la competencia. Es un invento de Intel., conviertiendo una arquitectura abierta en un diseño propietario. Este diseño produce la discordia entre Intel y AMD, aunque ahora actualmente son los mismos pero cada uno gestiona su propia marca.

Componentes

17

Placa base


Ranuras de memoriaLugar donde se instalan la circuiteria que conforman el banco de memoria RAM del equipo. Los módulos de memoria hani do variando en tamaño, capacidad y formaSIMMDIMMRIMM

Componentes

18

Placa base


Chipset de controlEl "chipset" es el conjunto (set) de chips que se encarga de controlar determinadas funciones del ordenador , como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la caché, o el control de puertos PCI, AGP, USB….

Componentes

De Intel

De SiS, ALI, VLSI y ETEQ

De Vía

ALI Aladdin Pro

19

Placa base


La BIOS (Basic Input-Output System)Es un chip donde se encuentra el programa que hace que cuando arranque el equipo da soporte al manejo de los dispositivos denomindados entrada –salida (Input-Ouput).Ademas, la BIOS conserva ciertos parametros: tipo de HD, fecha y hora del sistema, etc., los cuales los guarda enuna memoría CMOS, de muy bajo consumo y que es mantenida con una pila cuando desconectamos el ordenador.

Componentes

20

Placa base


Slots para tarjetas de expansiónSon ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de video ,de sonido, de red …..).

Componentes

Ranuras ISA

• 8 MHz, 16 MB /s

Ranuras Vesa Local Bus

• 40 MHz, 160 MB/s

Ranuras PCI

• 33 MHz, 133 MB/s

Ranuras ISA-PCI- AGP

21

Placa base


Memoria caché o caché externaEs un tipo de memoria muy rápida que se utiliza de puente entre el micro y la memoria principal o RAM, de tal forma que los datos más utilizados se encuentren antes, acelerando el rendimiento del equipo.Todos los microprocesadores desde el 486 llevan una caché interna.

Componentes

22

Placa base


Conectores externosSe trata de los conectores para periféricos externos

Componentes

TecladoPuerto Paralelo

Puertos seriePuerto para ratón PS/2

Puerto para juegos

Puerto VGA

USB

23

El microprocesador o CPU


El microprocesador o CPUEs un chip electrónico que está formado por muchos circuitos integradosALU, operadores, registros (acumulador)UC,registros: CP, RI, FLAGS, MAR,DIBuses (dirección, control y datos)AlimentaciónReloj del Sistema

DefiniciónFases de una instrucción

24



Ejecución de una instrucción (fase de búsqueda y de ejecución)

Como opera

MEMORIA

Dirección Contenido

Dirección Instrucción

Dirección Dirección Instrucción Instrucción

CP MAR MDR IR

CP contador de programaMAR, registro de direcciones

MDR, registro de datosIR, registro de instrucciones

Instrucción Instrucción

25



INTEL8086, buses de 8bits8088 (XT), emulaban a 16 bits80286 (AT), 16 bits80386, 32 bits; DX, SX80486, 32 bits cn coprocesador matemático y caché interna muy rápida.80586 o PENTIUM, PENTIUM PRO, PENTIUM MMX, PENTIUM II, PENETIUM III, PENTIUM 4 (GHz)

EvoluciónOtros fabricantesAMD, AMD K7Power PC d, IBM, Motorola

26

La memoria


Todos los periféricos deben ser conectados a través de conectores

RAM (principal)• Ramdom Access

Memory• DRAM y RAM estáticas• RAM CMOS, guarda

información del chequeo inicial, necesita una pila

• Módulos. SIMM, DIMM (70 a 10 nseg)

ROM-BIOS, fabricante, (principal)• Read Only Memory• Chequeo del sistema

Memoria Caché, agiliza las operaciones.

HD,

• Externo• Interno

Lectores/RW: CD, DVD,

Disquetes, cintas

Flash memory

27

La memoria


Lugar donde el ordenador guarda los datos o instrucciones en el momento presente.

RAM

Registro

de direccionesMAR

Decodificador de

direcciones

Matriz Registro

de datos

Instrucciones

Datos

BUS, direcciones

BUS, datos

BUS, direcciones,Salida instrucciones(ROM)

Straps: líneas de activación

R/W

28

Puertos de comunicación


Todos los periféricos deben ser conectados a través de algún conector, para que tengan acceso al bus interno del ordenador.

Conectores particulares• Los del ratón y teclado

(mini DIM• USB, gran velocidad;

concentradores USB• Inalámbricos (IR)Puertos de comunicación• Serie: COM1 y

COM2Read Only, USB• Paralelos: LPT1 (cables

cortos)• FireWIRE (rápidos)

Tarjetas de expansión

• Tarjeta de video o tarjeta gráfica• Tarjeta de red• Tarjeta de sonido

Ranuras de expansión. Controladores. Funcionamiento

• Conexión a las ranuras de expansión• Instalación del controlador

29

Periféricos


Los periféricos permiten introducir y obtener información del ordenador

Entrada• Ratón• Teclado• Lectores de códigos• Escáner• Joystick• Lector de bandas

magnéticas• Pantallas táctiles• Micrófonos• Cámaras digitales• Los del ratón y teclado (mini

DIM• USB, gran velocidad;

concentradores USB

Salida

• Monitor ( LCD (TFT), plasma). Resolución 1024x768 o más

• Impresoras. Láser, chorro de tinta, térmicas

Entrada/ Salida

• Lectores CD, DVD• Flas Memory• Modem-fax: (interno, externo); bps, baudios• ADSL , cable • Tarjetas RDSI

30

Sistemas de almacenamiento


Los sistemas de almacenamiento han evolucionado muchísimo en los cinco últimos años

Magnéticos

• HD• IDE 512 MB• IDE avanzado GB• SCSI varios GB• Actuales ATA, 500 GB

• Floppy disk (disquetes)• ZIP (100 MB)• HD, externos (como un paquete de tabaco), 1TB• Cintas magnéticas

ÓPTICOS

• CD ROM, RW• DVD (17 GB); DVD /RW

Magnéticos -ópticos

• Tecnología mixta

arquitectura de ordenador

Education