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ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS Félix Guadalupe González Muñoz

Unidad 1. Arquitectura de cómputo

Introducción a Arquitectura de computadoras.

La arquitectura de computadoras se interesa por la estructura y desempeño de los diferentes módulos funcionales de la computadora y Cómo interactúan para atender las necesidades de procesamiento del usuario. La Organización de las computadoras estudia la manera en que se conectan los componentes de la circuitería para formar un sistema computacional.

El diseño de computadoras analiza el desarrollo de la circuitería de computadoras tomando en consideración un cierto conjunto de especificaciones. La arquitectura de la computadora se preocupa por la estructura y el comportamiento de las computadoras digitales. Se ha convertido en una disciplina para el diseño y evaluación de computadoras en gran parte es la respuesta a la proliferación.

Hablando Ya de las arquitecturas más avanzadas podemos encontrar que éstas se centran alrededor del concepto de procesamiento paralelo. Los sistemas informáticos paralelos más evolucionados pueden clasificarse en tres apartados estructurales. Computadoras de segmentación encauzada, procesadores matriciales y sistemas multiprocesadores. El desarrollo y aplicación de estos sistemas informáticos requieren un amplio conocimiento de las estructuras de Hardware y Software.

Sistemas multiprocesadore6s: Son una alternativa que la tecnología actual ha tomado para incrementar el rendimiento de los equipos de cómputo y móvil mediante la unión de un cierto número de procesadores.

Procesamiento paralelo: Es la ejecución de una tarea en dos o más microprocesadores de manera simultánea con el fin de obtener resultados más rápidos.

Circuiteria: Es el conjunto o la combinación de circuitos empleada en un equipo de cómputo.

Disciplina: Son actitudes que nos establecemos o no se establecen para desarrollar habilidades más rápido.

Desarrollo de la unidad.

1. Modelos de arquitectura de computadoras.

1.1.1 Clásicas.

Estas arquitecturas aún no son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas.

*Arquitectura de Von neumann: La principal de esta arquitectura es que el bus de datos y direcciones único se convierten en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se le o se escribe a la memoria obligando a que todos los accesos a esta estén secuenciales.

1.1.2 Segmentadas.

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizado paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

1.1.3 De multiprocesamiento.

Cuando se ve cementar el desempeño más allá de lo que permite la técnica de segmentación del cauce, se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.

Las cpu de multiprocesamiento:

SISO - (single instruction, Single operation) - computadoras independientes.

SIMO - (Single instruction, Multiple operation) - procesadores vectoriales.

MISO - (Multiple instruction, Single operation) - no implementado.

MIMO - (Multiple instruction, Multiple operation) - sistema SMP cluster.

1.2 Análisis de los componentes.

1.2.1 CPU.

La unidad central de procesamiento es el componente del computador y otros dispositivos programables. Los cpu proporcionan la característica fundamental de la computadora digital. Se conoce como microprocesador el cpu que es manufacturado con circuitos integrados.Y hoy en día, el término cpu es aplicado usualmente a todos los microprocesadores. La unidad central de procesamiento es una cierta clase de máquinas de lógica que pueden ejecutar complejos programas de computadora. La forma, diseño y la implementación de los empleos ha cambiado drásticamente pero su operación fundamental ha permanecido bastante similar.

1.2.1.1 Arquitecturas.

La miniaturización como la estandarización de los cpu ha aumentado la presencia de estos dispositivos digitales en la vida moderna. Los microprocesadores modernos aparecen en todo desde automóviles hasta teléfonos móviles o celulares entre otros.

1.2.1.2 Tipos.

Los primeros cpu fueron diseñados a la medida como parte de una computadora más grande, este costoso método de diseñar los cpu a la medida para una aplicación particular, ha desaparecido en gran parte y se ha sustituido por el desarrollo de clases de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o muchos propósitos.

Esta tendencia comenzó Generalmente en el área de computadoras centrales, este ha permitido que sean diseñados y fabricados cpu más complejos en espacios pequeños.

1.2.1.3 Memoria.

La memoria se refiere a la parte de los componentes que forman parte de una computadora, son dispositivos que retienen datos informáticos durante un intervalo de tiempo, proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna. Es uno de los componentes fundamentales de todos los computadores modernos. Las memorias suelen ser de rápido acceso y pueden ser o no volátiles.

1.2.2.1 Conceptos básicos del manejo de la memoria.

Se produce bajo el control directo y continuo de programa que solicita la operación de entrada y salida tanto en la entrada y salida programada cómo con interrupciones, el procesador es responsable de extraer los datos de la memoria en una salida y almacenar los datos en la memoria principal. El problema con la entrada y salida es que el procesador tiene que esperar un tiempo considerable Hasta que el módulo en cuestión esté preparado para recibir o transmitir datos.

1.2.2.2 Memoria principal semiconductora.

Circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar información. Puede contener millones de minúsculos transistores o condensadores. En las computadoras modernas, la memoria principal consiste exclusivamente en memoria semiconductora

volátil y dinámica, conocida como RAM. Con el cambio ha habido un crecimiento en el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductores llamado Flash, se están usando como memorias secundarias en varias o varios dispositivos de electrónica avanzada y computadoras especializadas.

1.2.2.3 Memoria cache.

Es la memoria de acceso rápido de una computadora, que guarda temporalmente las últimas informaciones procesadas. Es un buffer especial de memoria que poseen las computadoras que funcionan de manera similar a la memoria principal. Es usada por el microprocesador para reducir el tiempo de acceso a datos ubicados en la memoria principal que se utiliza con más frecuencia. Es una memoria que se sitúa entre la unidad central de procesamiento y la memoria de acceso aleatorio para acelerar el intercambio de datos.

1.2.3 Manejo de la entrada y salida.

1.2.3.1 Módulos de entrada y salida.

Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los dispositivos de entrada convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central. Los dispositivos de entrada típicos son los teclados, lápices, palancas de mandó, CD, etc.

1.2.3.2 Entrada y salida programada.

Se produce bajo el control directo y continuó del programa que solicita la operación de entrada y salida tanto en la entrada y salida programada como con interrupciones, el procesador es responsable de extraer los datos de la memoria en una salida y almacenar los datos en la memoria principal. El problema con la entrada y salida es que el procesador tiene que esperar un tiempo considerable Hasta que el módulo es cuestión esté preparado para recibir o trasmitir datos.

1.2.3.3 Entrada y salida mediante interrupciones.

El problema con la entrada y salida programada es que al cpu tiene que esperar un tiempo considerable a que el módulo de entrada y salida en cuestión esté preparado para recibir o transmitir los datos.

El módulo de entrada y salida interrumpida al cpu para solicitar su servicio cuando esté preparado para intercambiar datos.

Entrada y salida síncrona: Cuando la operación finaliza el control es retornado al proceso que la género.

Entrada y salida asíncrona: Retorna el programa usuario sin esperar que la operación de entrada y salida finalice la ventaja de este tipo de entrada y salida es el incremento de la eficiencia del sistema.

1.2.3.4 Acceso directo a memoria.

Permite a cierto tipo de componentes de una computadora acceder a la memoria del sistema para leer o escribir independiente de la unidad central de procesamiento. Una transferencia DMA consiste principalmente es copiar un bloque de memoria de un dispositivo a otro. Un ejemplo típico es mover un bloque de memoria desde una memoria externa a una interna más rápida. Las transferencias DMA son esenciales para aumentar el rendimiento de aplicaciones que requieren muchos recursos.

1.2.3.5 Canales y procesadores de entrada y salida.

En las entradas y salidas que se Ejecutan desde el procesador entran tres conceptos que se deben conocer.

1.- DMA: Con un incremento moderado de la lógica asociada con el periférico se puede lograr transferir un bloque de información.

2.- Los canales: Es una extensión del concepto de DMA, tiene la capacidad de ejecutar instrucciones de entrada y salida.

3.- Las instrucciones.

1.2.4 Buses.

En arquitectura de computadoras, el bus es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora o entre computadoras. Existen diversas especificaciones de que un bus se define en un conjunto de características mecánicas como conectores, cables y tarjetas, además de protocolos eléctricos y de señales.

1.2.4.1 Tipos de buses.

*Bus paralelo: Es un bosque en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas.

En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus de procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo hasta las impresoras. Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo.

*Bus serial: En este los datos son enviados bit a bit y se reconstruye por medio de registros o rutinas de software. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia.

1.2.4.2 Estructura de los buses.

*Est. de un bus:

- Líneas de datos

- Líneas de dirección

- Líneas de control

*Datos

- Llevan datos y también comandos para dispositivos de entrada y salida.

- Su amplitud influye en el rendimiento del bus.

- Relacionado con el tamaño de palabra del sistema.

*Direcciones

- Llevan direcciones de memoria en acceso a memoria o permiten seleccionar un dispositivo conectado al bus.

- Su amplitud determina el espacio de direcciones tanto de memoria como entrada y salida.

*Control

- Arbitraje del bus

- Reloj del sistema

- Sinc. de las comunicaciones

1.2.4.3 Jerarquías de buses.

Si introducen múltiples buses pasando la jerarquía en los requerimientos de comunicaciones de los dispositivos.

- Bus local: Conecta el procesador con la caché y con algún dispositivo entrada y salida muy rápido.

- Bus del sistema: Conecta al procesador con la memoria del sistema y con un segundo nivel de dispositivos de velocidad media.

- Bus de expansión: Se conecta al bus del sistema y hace de interfaz entre éste y los dispositivos más lentos.

1.2.5 Interrupciones.

Una interrupción es una señal recibida por el procesador de un ordenador indicando que este debe interrumpir el curso de ejecución actual y pasar a ejecutar código específico para tratar esta situación.

Una interrupción es una suspensión temporal de la ejecución de un proceso, por lo general, no forma parte del programa, sino que pertenece al sistema operativo o al bios.

Una vez finaliza dicha subrutina, se reanuda la ejecución del programa. Las interrupciones surgen de la necesidad que tienen los dispositivos periféricos de enviar información al procesador principal de un sistema informático.

La primera técnica que se emplea para Esto fue el polling, qué consistía en que el propio procesador se encargará de sondear los periféricos cada cierto tiempo para averiguar si tenía pendiente alguna comunicación para él. El mecanismo de interrupciones fue la solución que permitió al procesador desentenderse de esta problemática y delegar en el dispositivo la responsabilidad de comunicarse con él cuando lo necesitará. El procesador no es de ningún dispositivo, sino que queda a la espera de que estos le avisen cuando tengan que comunicarse.

Investigación de los diferentes modelos de Arquitectura de computadoras.

Arquitecturas Clásicas.

Estas arquitecturas se desarrollaron en las primeras computadoras electromecánicas y de tubos de vacío. Aun son usadas en procesadores empotrados de gama baja y son la base de la mayoría de las arquitecturas modernas.

Arquitectura Mauchly-Eckert (Von Newman).

Esta arquitectura fue utilizada en la computadora ENIAC. Consiste en una unidad central de proceso que se comunica a través de un solo bus con un banco de memoria en donde se almacenan tanto los códigos de instrucción del programa, como los datos que serán procesados por este.

Esta arquitectura es la más empleada en la actualidad ya, que es muy versátil. Ejemplo de esta versatilidad es el funcionamiento de los compiladores, los cuales son programas que toman como entrada un archivo de texto conteniendo código fuente y generan como datos de salida, el código máquina que corresponde a dicho código fuente (Son programas que crean o modifican otros programas).

Estos datos de salida pueden ejecutarse como un programa posteriormente ya que se usa la misma memoria para datos y para el código del programa.

La principal desventaja de esta arquitectura, es que el bus de datos y direcciones único se convierte en un cuello de botella por el cual debe pasar toda la información que se lee de o se escribe a la memoria, obligando a que todos los accesos a esta sean secuenciales.

Esto limita el grado de paralelismo (acciones que se pueden realizar al mismo tiempo) y por lo tanto, el desempeño de la computadora. Este efecto se conoce como el cuello de botella de Von Newman.

En esta arquitectura apareció por primera vez el concepto de programa almacenado. Anteriormente la secuencia de las operaciones era dictada por el alambrado de la unidad de control, y cambiarla implicaba un proceso de recableado laborioso, lento (hasta tres semanas) y propenso a errores.

En esta arquitectura se asigna un código numérico a cada instrucción. Dichos códigos se almacenan en la misma unidad de memoria que los datos que van a procesarse, para ser ejecutados en el orden en que se encuentran almacenados en memoria. Esto permite cambiar rápidamente la aplicación de la computadora y dio origen a las computadoras de propósito general.

Mas a detalle, el procesador se subdivide en una unidad de control (C.U.), una unidad lógica aritmética (A.L.U.) y una serie de registros. Los registros sirven para almacenar internamente datos y estado del procesador. La unidad aritmética lógica proporciona la capacidad de realizar operaciones aritméticas y lógicas.

La unidad de control genera las señales de control para leer el código de las instrucciones, decodificarlas y hacer que la ALU las ejecute.

Arquitectura Harvard.

Esta arquitectura surgió en la universidad del mismo nombre, poco después de que la arquitectura Von Newman apareciera en la universidad de Princeton. Al igual que en la arquitectura Von Newman, el programa se almacena como un código numérico en la memoria, pero no en el mismo espacio de memoria ni en el mismo formato que los datos.

Por ejemplo, se pueden almacenar las instrucciones en doce bits en la memoria de programa, mientras los datos de almacenan en ocho bits en una memoria aparte.

El hecho de tener un bus separado para el programa y otro para los datos permite que se lea el código de operación de una instrucción, al mismo tiempo se lee de la memoria de datos los operados de la instrucción previa. Así se evita el problema del cuello de botella de Von Newman y se obtiene un mejor desempeño.

En la actualidad la mayoría de los procesadores modernos se conectan al exterior de manera similar a a la arquitectura Von Newman, con un banco de memoria masivo único, pero internamente incluyen varios niveles de memoria cache con bancos separados en cache de programa y cache de datos, buscando un mejor desempeño sin perder la versatilidad.

Arquitecturas Segmentadas.

Las arquitecturas segmentadas o con segmentación del cauce buscan mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo. El procesador se divide en varias unidades funcionales independientes y se dividen entre ellas el procesamiento de las instrucciones.

Para comprender mejor esto, supongamos que un procesador simple tiene un ciclo de instrucción sencillo consistente solamente en una etapa de búsqueda del código de instrucción y en otra etapa de ejecución de la instrucción. En un procesador sin segmentación del cauce, las dos etapas se realizarían de manera secuencial para cada una de las instrucciones.

En un procesador con segmentación del cauce, cada una de estas etapas se asigna a una unidad funcional diferente, la búsqueda a la unidad de búsqueda y la ejecución a la unidad

de ejecución. Estas unidades pueden trabajar en forma paralela en instrucciones diferentes. Estas unidades se comunican por medio de una cola de instrucciones en la que la unidad de búsqueda coloca los códigos de instrucción que leyó para que la unidad de ejecución los tome de la cola y los ejecute.

Esta cola se parece a un tubo donde las instrucciones entran por un extremo y salen por el otro. De esta analogía proviene el nombre en inglés: Pipelining o entubamiento.

Completando el ejemplo anterior, en un procesador con segmentación, la unidad de búsqueda comenzaría buscando el código de la primera instrucción en el primer ciclo de reloj. Durante el segundo ciclo de reloj, la unidad de búsqueda obtendría el código de la instrucción 2, mientras que la unidad de ejecución ejecuta la instrucción 1 y así sucesivamente. La siguiente figura muestra este proceso.

En este esquema sigue tomando el mismo número de ciclos de reloj (el mismo tiempo), pero como se trabaja en varias instrucciones al mismo tiempo, el número promedio de instrucciones por segundo se multiplica. La mejora en el rendimiento no es proporcional al número de segmentos en el cauce debido a que cada etapa no toma el mismo tiempo en realizarse, además de que se puede presentar competencia por el uso de algunos recursos como la memoria principal.

Otra razón por la que las ventajas de este esquema se pierden es cuando se encuentra un salto en el programa y todas las instrucciones que ya se buscaron y se encuentran en la cola, deben descartarse y comenzar a buscar las instrucciones desde cero a partir de la dirección a la que se saltó. Esto reduce el desempeño del procesador y aún se investigan maneras de predecir los saltos para evitar este problema.

Arquitecturas de Multi-procesamiento.

Cuando se desea incrementar el desempeño más aya de lo que permite la técnica de segmentación del cauce (limite teórico de una instrucción por ciclo de reloj), se requiere utilizar más de un procesador para la ejecución del programa de aplicación.

Las CPU de multiprocesamiento se clasifican de la siguiente manera (Clasificación de Flynn):

● SISO – (Single Instruction, Single Operand)

computadoras Monoprocesador

● SIMO – (Single Instruction, Multiple Operand) MMX

procesadores vectoriales, Exenciones

● MISO – (Multiple Instruction, Single Operand)

No implementado

● MIMO – (Multiple Instruction, Multiple Operand) sistemas SMP, Clusters, GPUs

Procesadores vectoriales – Son computadoras pensadas para aplicar un mismo algoritmo numérico a una serie de datos matriciales, en especial en la simulación de sistemas físicos complejos, tales como simuladores para predecir el clima, explosiones atómicas, reacciones químicas complejas, etc., donde los datos son representados como grandes números de datos en forma matricial sobre los que se deben se aplicar el mismo algoritmo numérico.

La mayoría de los procesadores modernos incluye algunas instrucciones de tipo vectorial, tales como las extensiones al conjunto de instrucciones tales como MMX y SSE. Estas instrucciones les permiten procesar flujos multimedia más eficientemente.

Los Procesadores Digitales de Señales (DSP), son procesadores especializados en el procesamiento de señales tales como audio, vídeo, radar, sonar, radio, etc. Cuentan con instrucciones tipo vectorial que los hace muy aptos para dicha aplicación. Suelen utilizarse en conjunto con un microcontrolador en dispositivos como reproductores de audio, reproductores de dvd y Blueray, teléfonos celulares, sistemas de entretenimiento, sistemas de adquisición de datos, instrumentos médicos, controles industriales, etc.

En los sistemas SMP (Simetric Multiprocesesors), varios procesadores comparten la misma memoria principal y periféricos de I/O, Normalmente conectados por un bus común. Se conocen como simétricos, ya que ningún procesador toma el papel de maestro y los demás de esclavos, sino que todos tienen derechos similares en cuanto al acceso a la memoria y periféricos y ambos son administrados por el sistema operativo.

Pueden formarse con varios núcleos en un solo circuito integrado o con varios circuitos integrados en una misma tarjeta madre. La primera opción ha sido popularizada al hacerse más económicos los procesadores multinucleo de los principales fabricantes y con su uso en sistemas de gama media y baja, e inclusive en teléfonos celulares y tabletas.

La segunda opción fue la que se usó en un principio y sigue siendo usada en estaciones de trabajo y en servidores de alto rendimiento debido a que incrementa el poder computacional del sistema, pero también incrementa considerablemente el costo del sistema.

Los Clústers son conjuntos de computadoras independientes conectadas en una red de área local o por un bis de interconexión y que trabajan cooperativamente para resolver un problema. Es clave en su funcionamiento contar con un sistema operativo y programas de aplicación capaces de distribuir el trabajo entre las computadoras de la red.

Este tipo de computadora paralela se ha vuelto muy popular por que permite usar los avances en los procesadores comerciales que tienen una muy buena relación costo rendimiento y se puede incorporar rápidamente los avances que proporciona las nuevas tecnologías en cuanto es económicamente viable.

Sin embargo, se debe tener cuidado al implementar la aplicación, ya que si los datos que hay que pasar de un procesador a otro son demasiados, el tiempo empleado en pasar información de un nodo a otro puede sobrepasar a la ganancia que se tiene al dividir el trabajo entre varios procesadores.

Las unidades de procesamiento gráfico (Graphics Processing Unit GPU) – sistemas diseñados originalmente para el procesamiento de Gráficos, con múltiples procesadores

vectoriales sencillos compartiendo la misma memoria, la cual también puede ser accedida por el CPU. Por la gran cantidad de núcleos con los que cuenta, logran un excelente desempeño al ejecutar algoritmos que se adaptan a ser paralelizados, a tal grado que muchas de las supercomputadoras más rápidas de la actualidad utilizan estos procesadores, y los fabricantes de tarjetas gráficas producen versiones de sus productos especializadas en acelerar los cálculos de propósito general.

Cuadro comparativo de los modelos de Arquitectura de computadoras.

Modelos de Arq.

Características.

Avances

Limitaciones

Clásicas

Consiste en una unidad central de procesamiento que se comunica a través de un solo bus con un banco de almacenamiento que contiene los códigos de instrucciones del programa como los datos que serán procesados. El programa se almacena como un código numérico en la memoria pero no en el mismo espacio de memoria ni del mismo formato de los datos.

Revista arquitectura aparece por primera vez el concepto de programa almacenado anteriormente la secuencia era detectada por el alambrado de la unidad de control.

El bus de datos y direcciones único que se convierten en un cuello de botella por la cual se debe pasar toda la información obligando a que todos los accesos a este sean secuenciales.

Segmentadas

Segmentación del descomprimiendo lo en etapas, procesa una instrucción diferente en cada una y trabaja con varias a la vez. Transforma un flujo de datos en un proceso comprendido por

Esta arquitectura Busca mejorar el desempeño realizando paralelamente varias etapas del ciclo de instrucción al mismo tiempo pero está comenzó Buscando el código de la instrucción en el primer

Cuando existen saltos en el programa puede llegar a reducir significativamente el desempeño del procesador.

Multiproc.

varias fases. Es una de las tecnologías utilizadas para hacer procesadores más rápidos.

ciclo del reloj.

Se compone de microprocesadores independientes que se comunican con la memoria o a través de un bus compartido. Varios procesadores comparten la misma memoria principal y periféricos de entrada y salida. Permiten que cualquier procesador trabaje en cualquier tarea sin importar su localización.

Estar dentro de un modelo simplificado de un sistema de control de tráfico. El conjunto de sensores distribuidos recogen información sobre el flujo de tráfico y la procesan localmente antes de enviarla a una sala de control los operadores toman decisiones actualmente usando esta información y dan instrucciones a un proceso de control de semáforos.

Se deberá tener cuidado al implementar la aplicación ya que si los datos que hay que pasar de un procesador a otro son demasiados el tiempo empleado puede sobrepasar a la ganancia que se obtiene al dividir el trabajo entre varios procesadores.

Mapa mental-conceptual de los componentes internos de un CPU.

Memoria RAM. La memoria RAM es la memoria principal de un dispositivo donde se almacenan programas y datos informáticos.

Placa madre. Es una tarjeta de circuito impreso a la que se conectan los componentes que constituyen la computadora, es una parte fundamental para montar cualquier computadora.

CPU

Procesador. Es el dispositivo de Hardware que puede tener diversos procesadores, es el cerebro del sistema, proceso todo lo que ocurre en la PC.

Disco duro. Es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales.

Diagrama de asociación: Componentes – Función.

Explicación c/Bloque: Función

Procesador. El procesador de una computadora o de cualquier dispositivo informático, es una especie de cerebro, que le permite al equipo realizar diferentes acciones. Seguidamente, vamos a describir cuál es la función del procesador, y por qué es tan importante para una computadora, portátil o móvil.

La principal función del procesador, es simplemente, funcionar como un dispositivo lógico programable, reduciéndose así, el tamaño del equipo o computadora. Al ser programable, le ofrece al usuario diversos servicios, como por ejemplo: Controlar flujo de información dentro del PC, manejar y controlar la memoria RAM y realizar operaciones básicas sobre los datos del ordenador.

Podemos decir entonces, que el procesador ejecuta instrucciones almacenadas con números binarios y operaciones con dichos datos, las cuales se realizan por cada ciclo de reloj del ordenador (Hertz).

Placa base. La función de la placa madre de la computadora es actuar como el circuito principal que conecta y comunica a todos los dispositivos y componentes conectados a ella. Asimismo, la placa madre facilita la comunicación entre los dispositivos. Se diseñan en función del tipo de unidad central de procesamiento (CPU, pos sus siglas en inglés) en el que se instalarán.

Dado que las placas madre funcionan como la base de todos los otros componentes de la computadora, se debe considerar de antemano la cantidad de ranuras de PCI y de memoria, de puertos USB y SATA entre otros, antes de construir una computadora personal.

Memoria RAM. La función principal de la memoria RAM es cargar información y ejecutar programas de manera temporal y aleatoria, lo que permite que la computadora, el Smartphone o la tableta funcionen.

Mientras más memoria RAM tenga un equipo electrónico, más velocidad de ejecución de programas y capacidad de trabajo tendrá. Esto se debe a que cuenta con más espacio para almacenar datos temporales y ejecutar secuencias de comandos (programas).

Disco duro. La función fundamental de un disco duro es almacenar información de forma permanente. En un ordenador el disco duro hospeda el sistema operativo, las aplicaciones y los datos del usuario.

Los discos duros también se pueden utilizar para recuperar información. La información almacenada en el disco se mueve hacia otro disco para recuperarla si el disco se ha dañado o para hacer copias de seguridad.

El disco duro se puede emplear con fines de portabilidad. Habitualmente nos movemos llevando información de un lugar a otro. Los discos duros se utilizan con mucha frecuencia para obtener redundancia almacenando datos en varios discos duros. Esto es lo que se conoce como arreglo de disco o RAID.

Unidad 2. Estructura y funcionamiento de la CPU

Software para análisis y diagnóstico para PC.

*PC WIZARD:

PC Wizard es un mago del análisis, una herramienta idónea para exprimir tu hardware y obtener datos de su rendimiento en las condiciones más exigentes.

Con PC Wizard obtendrás un sinfín de información sobre tu sistema operativo, archivos de sistema y demás programas, configuración de los componentes de tu equipo, etc. En definitiva, todo aquello que en ocasiones necesitas pero que no sabías cuando compraste tu PC.

PC Wizard se estructura en varias secciones en una barra lateral. Cada categoría tiene subcategorías con una lista de elementos y su información extendida.

Uno de los apartados más interesantes es el de Benchmark, que te indica el rendimiento de tu equipo de cara a tareas de alto nivel con la tarjeta gráfica o la CPU.PC Wizard permite obtener informes en varios formatos, como TXT, HTML, RTF, PDF y CSV.

*Everest

Everest Portable es la versión del popular programa de análisis de hardware y software para llevar en tu pendrive, memoria USB o disco externo.

Everest Portable cuenta con todas las funciones y pruebas de testeo del programa original: análisis de los componentes de hardware, unidades de almacenamiento, periféricos conectados, sistema operativo y librerías DirectX, codecs de audio y vídeo, servicios y librerías en uso, carpetas compartidas y mucho más.

Además, al tratarse de la edición Ultimate, Everest Portable cuenta también con los bancos de pruebas del programa instalable. Gracias a ellos puedes comprobar la velocidad de lectura y buffer de las unidades ópticas y las de escritura y la latencia de la memoria RAM, además del monitor y otros componentes.

Disponer de las innumerables cualidades de Everest Ultimate en cualquier lugar es una gran ventaja, y gracias a Everest Portable ahora está al alcance de todos.

*Aida32

- Muestra información detallada acerca del hardware que está instalado en un PC.

- Sirve para conocer qué componentes tiene un PC en el interior sin tener que abrirlo y ver los componentes físicamente. Tan sencillo como descargar AIDA32 en el PC y ejecutarlo para obtener la información acerca de los componentes del PC.

- No se limita a mostrar información del hardware, sino que además muestra la Web oficial de la marca de los componentes hardware y también un link hacia la página de drivers para actualizar los componentes hardware.

Entre sus características principales podemos mencionar:

- Conocer las características técnicas de una computadora.

- Diagnosticar el ordenador

- Pre visualizar, imprimir o guardar reporte

- Testear el computador

- Detectar y comprobar errores de rendimiento

- Obtener información del hardware instalado en tu PC

- Actualizar drivers de componentes de tu computadora

- Conocer la temperatura del microprocesador

- Diagnosticar hardware en general

Caracteristicas del Aida32

Los ordenadores actuales contienen una gran cantidad de componentes, cada uno con sus especificaciones propias y complejas, lo que hace complicado que un usuario pueda recordarlos todos.

AIDA32 es una sencilla y práctica aplicación que analizará todos los componentes de nuestro ordenador, tanto físicos como controladores, mostrándonos una lista ordenada y clasificada. Con solo hacer Clic con el ratón sobre los diferentes componentes nos mostrará un resumen de sus características, permitiéndonos también generar informes en varios formatos, como TXT o HTML, con los resultados del análisis. Este programa fue relanzado con el nombre de Everest por sus desarrolladores, haciéndolo de pago. AIDA32 es una versión más antigua pero completamente gratuita.

*SIW

SIW es un acrónimo de System Information for Windows, es decir, un programa que chequea el ordenador y te informa sobre sus características de hardware y software, modelo de la CPU, memoria, periféricos, sistema operativo, programas activos en memoria, programas que arrancan al encender el ordenador, redes activas, máquinas conectadas a las redes, puertos abiertos y un largo etcétera.

Además dispone de útiles herramientas para recuperar contraseñas perdidas y otros datos en el caso de borrados accidentales. Incluye medidores en tiempo real de la ocupación de la CPU, la memoria y el tráfico de red.

Y si quieres tener un informe detallado de los datos comentados anteriormente, también permite generar informes en los formatos CSV, HTML, TXT y XML, siendo capaz de funcionar en modo preprogramado (Batch).

Seguramente al leer el contenido anteriormente expuesto, dirás que hay muchos programas como SIW, pero éste es un software gratuito, apenas ocupa 1,5 MB, está en español y lo mejor de todo que no necesita instalación.

Lo cual lo hace muy versátil y por lo tanto que puedas llevarlo a donde te haga falta, copiándolo en una memoria USB, y de ese modo chequear ordenadores con frecuencia o simplemente para tenerlo a mano cuando quieras comprobar las características de un periférico en particular.

» Descarga y funcionamiento de SIW

Antes de nada necesitas descargar SIW, y para ello debes de dirigirte a la página oficial del programa que se encuentra en la dirección web www.gtopala.com, donde en su parte

superior aparece el enlace llamado Download, que una vez pulsado dará acceso a la página de descargas de SIW.

En la misma encontrarás varios apartados donde descargar la aplicación, así dirígete al enlace llamado Multilanguage Version y pulsa sobre uno de los enlaces que se encuentra en el apartado Standalone.

*Sisoft Sandra

Sisoft Sandra nos permite obtener el rendimiento de varios dispositivos de nuestro ordenador como puede ser el procesador, la memoria o los discos duros, y compararlo con el obtenido por otros equipos.

Uno de los mejores programas para evaluar eficientemente nuestro PC y obtener información sobre el sistema y sus principales periféricos. Sisoft Sandra incluye 58 módulos de información que brindan reportes sobre los principales dispositivos de hardware y software, benchmarks para medir el rendimiento de la computadora (micro, funciones multimedia, unidades de CD/DVD, memoria, etc.), y asistentes para generar informes sobre el estado de la PC en cada rubro, por lo que resulta un excelente asistente de reportes, diagnóstico y análisis del sistema.

Puede obtener información sobre la CPU, chipset, gráfica, puertos, impresoras, tarjeta de sonido, memoria, red, Windows internas, AGP, conexiones ODBC, USB2, Firewire, etc. Se trata de una completa herramienta gratuita que nos muestra muchísima información del Hardware de nuestro equipo.

Dispone de versiones más completas pero evidentemente de pago, pero la versión gratuita es perfecta para la mayoría de usuarios que usamos este tipo de aplicaciones.

Sisoft Sandra contiene módulos diseñados para realizar un número importante de funciones sobre su ordenador personal, como la prueba de referencia, el analisis y el listado de componentes de software o hardware.

La interfaz es simple, con grupos claros y pruebas bien etiquetadas. Dependiendo de lo que usted quiera comprobar, se mostrarán los detalles inmediatamente, respetando el tiempo necesario para que la especificación pueda ser analizada.

*WINAUDIT

Descripción

Se trata de un programa totalmente gratuito que analiza tu PC y en pocos segundos te muestra toda la información referente a programas instalados, sistema operativo, procesador, memoria, discos duros, etc.

Su uso e instalación no pueden ser más sencillos. Una vez descargado el programa, descomprimelo, no requiere instalación, y comienza a inventariar (pulsando Recolectar). En breves instantes tendrás una impresionante lista, con todos los datos perfectamente agrupados, con todo lo que habita en tu PC.

Funciones de Auditoría

El software winaudit permite tener claro qué programas y dispositivos tiene instalado un computador y eso en una auditoría sirve para identificar qué programas se utilizan dentro de la empresa.

Se identifica si se maneja software sin licencia.

Se determina el software de tipo personal que tienen los empleados que se encuentra restringido en las empresas.

Identifica qué modelos de computadoras se utilizan y para qué servicios son dispuestos.

“WinAudit es de libre distribución para cualquier persona y solo trabaja en plataforma Windows”.

Observaciones

El Winaudit es una herramienta muy básica que ofrece unas funcionalidades básicas que ayudan mucho a analizar un computador sobre que se tiene instalado y sobre qué dispositivos se manejan, todo en muy corto tiempo.

Características del programa WinAudit

El programa informa sobre prácticamente todos los aspectos del inventario y la configuración del equipo. La información puede guardarse en formato HTML, o incluso exportarse a un documento PDF.

En nuestro ordenador de pruebas la operación tardó menos de un minuto, y en adición a los formatos mencionados puedes elegir entre valores separados por coma (.csv), archivo de texto plano o formato XML. También existe la opción de enviar la información por correo electrónico.

Ya sea que su interés se centra en el cumplimiento de software, inventario de hardware, soporte técnico, seguridad o simplemente pura curiosidad, WinAudit tiene todo.

El Programa cuenta con características avanzadas como la detección de etiqueta de servicio, diagnóstico de fallos del disco duro, puerto de red para procesar la cartografía, la

velocidad de conexión de red, estadísticas de disponibilidad del sistema, así como de actualización de Windows y firewall configuración.

Requerimientos del sistema

WinAudit requiere un PC con un procesador Pentium y Windows 95 o superior.

Para enviar el informe de auditoría por e-mail su equipo necesita un programa de e-mail, junto con la denominada Interfaz de programación de aplicaciones de mensajería (MAPI). Este es un componente de software estándar y casi todas las computadoras ya lo tienen instalado.

Para exportar el informe de auditoría de base de datos, Open Database Connectivity (ODBC) y el controlador ODBC para la base de datos debe estar instalado en el ordenador.

Para guardar el informe de auditoría en formato HTML compilado (CHM), el equipo debe tener instalado HTML Help Workshop. Esta es una utilidad de Microsoft ® y está disponible para descargar desde su página web.

11 preguntas (Procesador, Registros, Instrucciones).

¿Qué es un procesador?

Se le considera la parte principal y Cerebro de una computadora, esto incluye tanto registros visibles para el usuario, como registro de control de estado. Utilizar la segmentación de instrucciones para acelerar su ejecución, los registros pueden ser organizados en una estructura jerárquica compuesta con claves, subclaves y entradas.

Marcas en el mercado.

-Intel -AMD -GRIX -10m -ARM -Motorola

Funcionalidad.

La función de un procesador sería comparable al trabajo que hace el cerebro en el cuerpo humano. Básicamente realizan operaciones aritméticas elementales, suma, resta, multiplicación, división, que son cruciales para ejecutar cualquier acción en las computadoras modernas.

Tipos de procesadores.

- Risk (para ordenadores)

- Cisc (para móviles)

Diferencia entre procesador y microprocesador.

El procesador es multiarea y el microprocesador sólo realiza tareas específicas.

¿Qué es un registro?

En una memoria de alta velocidad y para capacidad integrada en el microprocesador, que permite guardar y acceder a los valores más usados como las operaciones Matemáticas, son la manera más rápida que tiene el sistema de almacenar datos.

Tipos de registros.

* Registros visibles para el usuario: Estos minimizan el acceso entre el microprocesador CPU debido a que se encuentra dentro del CPU.

* Registros de control y estado: Existen muchos para su funcionamiento, la mayoría de ellos, en la mayor parte de las máquinas no son visibles para el usuario. Naturalmente, diferentes tendrán distintas organizaciones de registro y usarán distinta tecnología.

Funciones.

Son esenciales 4 registros para la ejecución de una instrucción:

1.- Contador de programa: Contiene la dirección de la instrucción.

2.- Registro de instrucción: Contiene la instrucción captada más reciente.

3.- Registro de dirección de memoria: Contiene la dirección de una posición de memoria.

4.- Registró intermedio de memoria: Contiene la palabra de datos a escribir en memoria o la palabra leída más reciente.

¿Qué es una instrucción?

Es el conjunto de datos insertados en una secuencia estructurada o específica que el procesador interpreta y ejecuta.

Función.

* Facilita el trabajo del escritor de compiladores.

* Mejora la eficiencia de la ejecución.

* Da soporte a HLL aún más complejas y sofisticadas.

Tipos de instrucciones.

-CASE de VAX

* Aritméticas.

* De transferencia de datos.

* De transferencia de control.

* De entrada y salida.

* De conversación.

Mapa mental/conceptual

Tema 2.1.- Organización del procesador

Mapa mental/conceptual

Tema 2.2.- Estructura de registro

Mapa mental/conceptual

Tema 2.3.- El ciclo de instrucción

Tarea 1. De acuerdo a la practica 1 enlistar los elementos que integran un sistema de cómputo y otra lista de los componentes físicos que necesitaremos para identificar cada uno de los elementos que integran al sistema de cómputo.

*Lista de los componentes que integran un sistema de cómputo.

#1.- Procesador

#2.- Fuente de poder

#3.- Tarjeta madre

#4.- Unidades ópticas

#5.- Gabinete

#6.- CPU Cooler

#7.- Tarjeta de gráficos

#8.- Tarjeta de audio

#9.- Discos de almacenamiento

#10.- Memoria RAM

*Lista de los componentes físicos para identificar a los componentes que integran un sistema de cómputo.

#1.- Herramienta especial para su desarmado y armado.

#2.- Guantes/Pulsera para no dañar el equipo.

#3.- Lentes/Lupa para identificar elementos o características del equipo.

De la práctica 2 de los software aplicaremos uno a dos computadoras diferentes identificar las diferencias entre los procesadores considerando el número de bits que tenga cada BIOS de datos.

Computadora número 1.

Tipos de computadora: X64 ACPI (MOBILE)

Tipo de cpu: X2, 2000MHZ

Fabricante de BIOS: Insyde Inc.

Versión de BIOS: 1.40

Sistema operativo: Windows 10 Pro, Professional 6.2.9200

Tipo de BIOS: Insyde

Memoria del sistema: 7136MG

Procesador: AMD A8-6410

Velocidad de reloj: 2000MHZ

Computadora número 2.

Tipos de computadora: X64 Basada en pc (MOBILE)

Tipo de cpu: X4, 2500MHZ

Fabricante de BIOS: Desconocido

Versión de BIOS: Desconocido

Sistema operativo: Windows 10 Home Edition

Tipo de BIOS: Desconocido

Memoria del sistema: 8054MG

Procesador: Intel I5-7300HQ-CPU

Velocidad de reloj: 2500MHZ

Tarea 2.- Describir la solución breve enumerando los pasos a seguir para solucionar las siguientes fallas de una computadora.

* La computadora no enciende.

Número 1. Comprueba que has encendido el PC.

Número 2. Analiza los cables y conexiones.

Número 3. Asegúrate que hay corriente.

Número 4. Sube brillo de la pantalla.

Número 5. Revisar la fuente de alimentación.

* Las imágenes en el monitor tienen pocos colores.

Número 1. Revisar la resolución de la pantalla.

Número 2. Ajustar el número de colores.

Número 3. Ajustar el brillo y el contraste.

Número 4. Configurar el Gama.

Número 5. Configurar la temperatura del color.

* Disminución de su rendimiento.

Número 1. Eliminar programas no necesarios.

Número 2. Organizar archivos necesarios.

Número 3. Deshabilitar procesos inútiles.

Número 4. Limpiar los componentes físicos.

* Se reinicia automáticamente.

Número 1. Reiniciar la PC y presionar f8.

Número 2. Elegir la opción última configuración buena conocida elegimos tal opción y se reiniciara.

Número 3. Iniciar sesión, con esto estará resuelto el problema.

* Se bloquea.

Número 1. Limpiar las memorias RAM.

Número 2. Actualizar los drivers.

Número 3. Verificar la conexión del cableado.

* Se escucha ruidos y vibraciones en el gabinete.

Número 1. Revisar la tornillería.

Número 2. Revisar la conexión del cableado.

Número 3. Revisar que el gabinete no esté dañado.