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TEMA 2. SOFTWARE
Introducción
Un ordenador consta de 4 partes:
-Un procesador capaz de interpretar y ejecutar los programas
-Una memoria para almacenar programas y datos
-Diferentes dispositivos de comunicación con el exterior
-Sistemas de interconexiones entre los bloques.
Conceptos previos
§ La Capacidad:
Bit (BInary DigiT) es la unidad mínima de información => 0 o 1
Byte numero mínimo para representar un carácter. 1 Byte = 8 bits.
-1 Kilobyte KB= 1024 Bytes
-1 Megabyte MB= 1024 KB
-1 Gigabyte GB = 1024 MB
-1Terabyte TB = 1024 GB
-1 Petabyte PB = 1024 TB
-1 Exabyte EB = 1024 PB
-1 Zetabyte ZB = 1024 EB
-1 Yottabyte YB = 1024 ZB
§ Velocidad de los dispositivos:
No sirve de nada tener un procesador muy rápido si el resto de los componentes son muy lentos.
§ Analizando el microprocesador:
Reloj del sistema: Entre pulso y pulso solamente se puede realizar 1 operación (hay procesadores que mas). La frecuencia del reloj se mide en Megahercios (MHz). 1 MHz = 1000.000 ciclos X segundo. Cuanto mas sea la frecuencia del reloj del sistema, más rápido será el procesamiento.
Ancho de Bus Es la cantidad de datos que la CPU puede transmitir en cada momento hacia la memoria principal, el chipset y los dispositivos de entrada/salida. Suele ser 8, 16, 23, 64, 128 bits.
Tamaño de palabra. Es la cantidad de datos que la CPU puede procesar en un ciclo de reloj. Un procesador de 8 bits puede manear 8 bits por cada ciclo de reloj.
El microprocesador
§ Definición:
-Todo ordenador cuenta con una unidad que ejecuta instrucciones de programas. Esta unidad se comunica con subsistemas (dispositivos) dentro del ordenador y a menudo controla su funcionamiento.
-Esta unidad se conoce como Microprocesador o CPU (Unidad Central de Proceso)
-La función principal realizada por la CPU es traer instrucciones desde la memoria y ejecutarlas.
§ Partes del microprocesador:
- Encapsulado: carcasa que rodea a la oblea de silicio, para proteger el procesador y permitir el enlace con los conectores externos que lo acoplarán a su zócalo o a la placa base. Hay distintos tipos de encapsulados que determinan la compatibilidad con las placas base y los disipadores térmicos:
1. Según numero de contacto
2. Según las medidas
3. Según la tensión de alimentación.
- Unidad Aritmético lógica: se encarga de realizar operaciones:
Aritméticas: +,-,*, /, seno, coseno, tangente…. números decimales
Lógicas: and, or, not, xor, etc.
La ALU toma los datos y depositará los resultados en un registro.
- Unidad de Control: Es la parte más importante del procesador ya que regula el proceso entero de cada operación que realiza. Basándose en la Unidad de Decodificación, crea señales que controlan la ALU y los registros. La UC dice qué hacer con los datos y en qué lugar guardarlos.
- Unidad de anticipación: decide cuándo pedir los datos desde la memoria principal o de la caché de instrucciones. Las instrucciones llegan aquí para asegurarse que son correctas y pueden enviarse a la unidad de decodificación.
- Unidad de decodificación: decodifica o traduce los códigos de instrucciones en algo fácil de entender para la ALU y los registros.
- Registros: Se emplean para almacenar datos de pequeña capacidad (1, 2,4 Bytes) y de rápido acceso como los códigos de operación, los operandos de las instrucciones y el estado del proceso.
- Memoria Caché: memoria de pequeña capacidad y altísima velocidad de acceso, que almacena datos que se utilizaran en las siguientes operaciones.
- Coprocesador matemático: realiza operaciones en coma flotante, hasta el modelo de microprocesador 386DX, este no estaba incluido en el micro, sino que era un chip que estaba pinchado en la placa base.
§ Hyper threading:
-Permite que un procesador manipule 2 conjuntos de instrucciones independientes al mismo tiempo, virtualmente como un biprocesador. Aumenta un 25 % el rendimiento.
-Compartiendo caché, las unidades funcionales y los buses, por ello no se obtiene el mismo rendimiento que con 2 procesadores reales.
-Tiene que ser compatible el sistema operativo, la placa base, el chipset y la Bios.
-Hay aplicaciones específicas para el aprovechamiento de esta técnica.
-Tecnología desarrollada por Intel
§ Multicore:
-La tecnología Multicore consiste en incluir 2 o mas núcleos de procesamiento en 1 solo procesador.
-AMD e Intel ya disponen de microprocesadores de doble núcleo (Dual Core)
-Supone una mejora importantísima en rendimiento de aplicaciones multiproceso.
-El ordenador tiene que estar preparado a nivel de hardware y software
-Si tenemos Dual Core y soporta Hyper Theading supondremos tener 4 procesadores virtuales.
§ Procesadores CISC y RISC:
Son filosofías de diseño de microprocesadores:
CISC: Complex Instruction Set Computer
RISC: Reduced Instruction Set Computer
- CISC trabaja con instrucciones largas que se decodifican y ejecutan con microinstrucciones almacenadas en ROM interna empleando varios ciclos de reloj.
Se descubrió que la ejecución de programas compilados directamente con microinstrucciones (residentes en memoria externa al circuito integrado) resultaban ser mas eficientes, gracias a que el tiempo de acceso a las memorias se fue acortando por su mejora tecnológica de encapsulado.
- RISC crea un juego de instrucciones reducido con una estructura fija que se ejecutan mucho más rápidamente y que permiten procesos paralelos dentro del procesador, obteniéndose de 2 a 4 veces más rendimiento.
RISC es más rápido pero al tener instrucciones más simples necesita mas instrucciones para realizar funciones complejas (hay que realizar más accesos a memoria. ¿Qué es más apropiado usar muchas instrucciones en un solo ciclo aprovechadas al máximo o pocas de múltiples pasos de reloj con las que existe infrautilización?
Hasta el momento es RISC el que ofrece mejores prestaciones pero el mercado lo tiene copado Intel y no utiliza esta tecnología. RISC lo desarrolla Apple, IBM y Motorola.
§ Tipos de instrucciones:
El lenguaje máquina se compone de instrucciones interpretables por el hardware del ordenador que indican las acciones a realizar por la máquina.
Se clasifican por la función que desempeñan:
-Instrucciones de transferencia de datos.
-Instrucciones de ruptura de secuencia.
-Instrucciones aritméticas y lógicas.
-Instrucciones declamativas.
Según su formato:
-Instrucciones de 3 operandos. En el operando 3 se deja el resultado
-Instrucciones de 2 operandos., en el que el operando 2 se deja el resultado
-Instrucciones de 1 operando o de 1 dirección, en el que el operando es el acumulador además de llevar un operando se deja el resultado.
-Instrucciones sin operandos son instrucciones de control que no necesitan operandos, si se utilizan se realiza en ordenadores con arquitectura de pila en la memoria. Solo llevan código de operación.
§ Métodos de direccionamiento:
Método de direccionamiento es la forma en que el procesador determina el lugar donde se almacena un operando o la dirección de debe saltar ante la instrucción de ruptura de secuencia.
Los fines que persiguen las técnicas de direccionamiento son:
- Dar versatilidad, para poder utilizar arrays, índices, etc.
- Reducir el numero de bits del campo operando.
Direccionamientos utilizados:
- Direccionamiento inmediato. El dato está en la propia instrucción.
- Direccionamiento directo. La instrucción contiene la dirección de memoria en que se encuentra el dato,
- Direccionamiento Indirecto. Contiene la dirección de memoria que a su vez contiene la dirección donde se encuentra el dato
- Direccionamiento Indexado. La dirección de memoria donde se encuentra el dato se obtiene sumando a la dirección que lleva la instrucción una cantidad que se encuentra en un registro especial llamado índice de direccionamiento indexado.
La memoria
§ Introduccion:
Los dispositivos de almacenamiento se utilizan para guardar los datos de forma temporal o permanente.
Cuanta más capacidad y más velocidad tenga un dispositivo de almacenamiento mas caro será.
La información se encuentra en el disco duro (HD), el sistema operativo se encarga de copiar los datos que se van a utilizar en memoria RAM, después las instrucciones y los datos que va a utilizar el procesador en un momento determinado se cargan en la memoria caché.
El procesador buscar un dato en la caché , si no está ahí lo busca en la RAM y si no en el disco duro, aumentando consecutivamente el tiempo de búsqueda.
§ Memoria RAM:
RAM (Random Access Memory) o memoria de acceso aleatorio. Se utiliza para almacenar instrucciones y datos de forma temporal.
Un programa cargado en RAM se procesa rápidamente.
Es uno de los componentes más importantes del ordenador y su evolución hacen que cada vez sean más rápidas.
La CPU ordena al disco duro cargar una serie de datos en memoria, trabajando con la RAM de forma mucho más rápida.
Una diferencia muy importante entre RAM y HD es que la RAM es volátil y el disco duro no.
§ Funcionamiento de la memoria RAM:
Cuando el procesador necesita información de la memoria, envía una solicitud a el Nort Bridge chipset, encargado de controlar el acceso a RAM.
La Velocidad de acceso a RAM se mide en MHz o el tiempo de acceso, nanosegundos, que es el tiempo real que necesita para acceder a los datos.
La velocidad indica la rapidez con la que el módulo de memoria puede responder a una solicitud, una vez que esta se genera.
§ SIMM y DIMM:
Se refieren a la forma física de las tarjetas en que se colocan las pastillas de memoria RAM.
Estas se colocan en slots (ranuras) en la placa base. El número de conectores depende del bus de datos del microprocesador.
-SIMM (Single In-Line Memory Modules):
1. De 30 contactos, maneja 8 bits cada vez y miden 8,5 cm. (en 386 y 486 tiene un bus de 32, necesita poner de 4 en 4 módulos iguales.
2. De 72 Contactos, manejan 32 bits, miden 10,5 cm. Y suelen ser de color blanco.(En Pentium hay que colocar 2 módulos iguales, ya que manejan 64 bits.)
-DIMMs (Dual In-line Memory Modules):
1. De 13 cm., con 168 contactos y sus zócalos son normalmente negros llevan dos muescas.
2. Transfieren 64 bits de datos a la vez.
3. Hay módulos DIMM para voltaje estándar(5v) o reducido(3,3 v)
4. Los tipos de DIMMs mas comunes son:
Ø DIMMs de 72 contactos, SO DIMM (portátiles, 32 bits)
Ø DIMMs de 144 contactos, SO DIMM (portátiles, 64 bits)
Ø DIMMs DE 168 contactos, SDRAM
Ø DIMMs de 184 contactos. DDR SDRAM
Ø DIMMs de 240 contactos. DDR2 SDRAM
-RIMM (Rambus In-Line Memory Modules)
1. Son módulos de memoria semejantes a DIMM de 184 contactos, pero con una organización de contactos distinta.
2. Transfieren datos en bloques de 16 bits con una frecuencia muy alta de 300MHz a 533Mhz.
3. Requieren disipadores de calor.
4. A pesar de su rendimiento, el coste ha influido en la baja aceptación de esta tecnología en el mercado.
§ Tipos de RAM:
La forma de conocer el tipo de RAM que contiene nuestro módulo es interpretar las marcas de los chips. Cada fabricante tiene diferentes marcas y números para identificar la tecnología del chip.
Tipos de memorias RAM:
1. DRAM (Dinamic-Ram) anteriores a 386, forma de DIMMs y SIMMs de 30 contactos.
2. Fast Page (FPM). Más rápida que la DRAM se usa hasta los primeros pentium. SIMM de 30 o 72 contactos.
3. EDO o EDO-RAM (Extended data Output-RAM). Permite introducir nuevos datos mientras los anteriores están saliendo, hace que sea un 5% mas rápido. Pentium MMx y AMD k6. Físicamente se instala en SIMMs de 72 contactos y DIMMs de 168 pines.
4. SDRAM (Sincronic-Ram) .Funciona de manera sincronizada con la velocidad de la placa (de 50 a 66 MHz) aumenta la velocidad con respecto a las anteriores. Se presenta en DIMMs de 168 contactos. Se instala en los Pentium II de menos de 350 MHz y en los Celeron.
5. PC100 o SDRAM . Funciona a 100 MHz. AMD K6-2 y los Pentium II a 350 MHz.
6. PC133. Tecnología SDRAM, alcanza 133 MHz con un rendimiento de 1.066 MB/s.
§ SIMM y DIMM:
- DDR SDRAM. Permite que el chip de la memoria realice transacciones a 266 MHz. Los DIMMs DDR tienen las mismas dimensiones físicas que los DIM SDRAM; pero en lugar de tener 2 muescas y 168 pines tienen 1 y 184 pines. Puede transmitir 2 paquetes de datos por cada ciclo de reloj, con lo que la tasa de transferencia se duplica.
- DDR2 SDRAM. Es la evolución de DDR SDRAM pero con velocidades mas altas, anchos de banda mayores, menor consumo de energía y disipación térmica mejorada. DDR2 permite que los búferes trabajen al doble de velocidad de la frecuencia del núcleo permitiendo cada ciclo de reloj que se realicen cuatro transferencias. Tienen 250 pines, no son compatibles con DDR.
§ Doble canal:
Desde que apareció la tecnología DDR aparece la configuración doble canal (Dual Channel) que consiste en habilitar 2 canales paralelos de transmisión de datos entre el controlador de memoria y la RAM, se dobla el ancho de banda agilizando el trafico y la información. Para ello los dos módulos de memoria han de ser idénticos, es decir tener la misma velocidad, las mismas latencias y el mismo fabricante.
§ Voltajes:
En la mayoría de los ordenadores se utiliza un voltaje de 5 voltios y el calor es un problema en los chips.
Se empezó a utilizar en portátiles chips de 3.3 voltios, la temperatura bajó y la batería dura mas.
Se está montando chips a 2.4 voltios a medida que los productos son cada vez mas pequeños y los componentes quedan mas juntos.
§ La memoria caché:
La memoria caché es una cantidad relativamente pequeña de memoria (menos de 1MB) de alta velocidad que reside muy cerca de la CPU.
Está diseñada para proporcionar a la CPU los datos e instrucciones que se solicitan con mas frecuencia.
El tiempo de acceso es mucho menor que la RAM. Si la información no se encuentra aquí se debe ir a la RAM.
Hay una regla 80/20 que establece que el 20 % de lo datos se utilizan el 80% del tiempo y a la inversa el 80% restante de los datos se utiliza aproximadamente el 20% del tiempo.
La memoria caché realiza las funciones:
1. Almacena direcciones concretas de sectores.
2. Almacena una copia del directorio
3. Almacena porciones o extensiones del programa o programas en ejecución.
En la memoria caché podemos encontrar dos niveles:
-Memoria Caché de Nivel 1 (L1 o Level 1)
1. Es la que se encuentra dentro del microprocesador (también llamada caché interna)
2. Es mas rápida o mas cara.
3. Puede tener un tamaño de 64, 128 KB como mínimo.
-Memoria Caché de Nivel 2 (L2 o Level 2)
1. Es la memoria externa que se encuentra situada entre el microprocesador y la memoria.
2. Es de mayor tamaño que la L1 con capacidad desde 128 /256 hasta 2 MB.
Placa Base
-Es uno de los componentes principales y esenciales del ordenador.
-También llamada:
1. Placa Principal
2. Placa Madre
3. Mainboard
4. Motheboard
-Físicamente es una oblea de material sintético, con conectores, zócalos y buses, donde se montan los diversos componentes del ordenador como.
1. El Microprocesador
2. Memoria Principal (RAM), montada sobre bancos de Memoria.
3. Ranuras de expansión o slots, donde se conectan periféricos como tarjetas gráficas, de sonido, de red, de televisión etc.
4. Chips de control como son la Bios y Chipset, así como otros controladores.
§ Estandares de la placa base:
Para abaratar costes se han ido marcando estándares que agrupan las recomendaciones sobre su tamaño y disposición de elementos sobre ellas.
-Baby-AT: ha sido el estándar absoluto durante años.
1. Placa de entre 22 y 33 cm.,
2. Con una posición determinada para el teclado con un conector DIN ancho, los slots de expansión y los agujeros de anclaje a la caja.
3. El conector eléctrico divido en 2 piezas, cada una con 6 cables, dos negros en el centro.
4. Típicas de los clónicos, desde el 286 hasta los primeros Pentium.
5. Aparecieron los primeros disipadores y ventiladores por su mala circulación del aire en la carcasa.
6. Gran maraña de cables que no dejan ver la caja.
-LPX: tamaño como la Baby-AT, los slot de expansión no están sobre la placa, sino en un conector especial en el que están pinchadas llamado riser card.
1. Las tarjetas quedan paralelas a la placa base
2. Caja estrecha de menos de15 cm. de alto.
3. El riser card so suele tener mas de 2 o 3 slots en vez de 5 en una Baby-AT típica.
-ATX: Las mas comunes en el mercado
1. La nueva estructura de conectores hacen que la ventilación sea mayor y menos cables.
2. El microprocesador se coloca cerca del ventilador de la fuente de alimentación.
3. Surge el estándar AC97 que define el tipo, posición y numero de conectores.
4. Aparecen nuevos conectores como USB o Firewire y las clavijas mini_DIN para teclado y ratón.
-BTX Balanced Tecnology Extended), comienza a comercializarse en 2005. Se caracteriza por:
1. Nueva distribución de componentes, para la mejora de enfriamiento de todos los componentes.
2. Uso de ventiladores de alta calidad reduciéndose el número de estos.
3. Dimensiones ajustables a las palcas. Varios tamaños y configuraciones.
4. Fuentes de alimentación mas pequeñas y eficientes.
5. Hay al menos 4 formatos diferenciados principalmente por el tamaño y numero los slots PCI.
Ø Regular BTX
Ø Micro BTX
Ø Nano BTX
Ø Pico BTX
§ La Bios:
-BIOS (Basic Input-Output system) Sistema Básico de Entrada Salida. Es un chip que se encarga de configurar el sistema.
-La Bios es un dispositivo que se encarga de reconocer el hardware y arrancar el SO cuando se enciende el ordenador.
-La Bios permite que se pueden modificar sus datos, si cambia el horario de verano, si se pone un nuevo disco duro, si queremos que el arranque sea distinto, etc. Por ello se implementa en un chip de memoria escribible y su código es en ensamblador.
-Los datos de la nueva configuración, se deben guardar cuando se apague el ordenador para ello se usa la memoria CMOS, alimentada por una pila de botón o un dispositivo que se recarga cuando tenemos conectado a la corriente eléctrica.
-Cuando se enciende el ordenador, la Bios toma el control realizando un autotesteo de encendido verificando que no hay errores en el encendido y reconoce todos los dispositivos y si trabajan correctamente.
-Lo hace con el siguiente orden:
1. Tarjeta gráfica.
2. Fabricante y número de versión
3. Tipo de microprocesador y velocidad
4. Memoria RAM
5. Indicación de cómo acceder a la Bios
6. Mensajes de otros dispositivos
§ El Chipset:
-Se encarga de controlar la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria RAM, la memoria Caché o el control de los puertos y slot ISA, PCI, AGP, USB…, para recibir y entregar datos. Se dice que es la médula espinal del ordenador. De la calidad del chipset dependerá:
1. Obtener el máximo rendimiento al microprocesador
2. Posibilidades de actualización del ordenador.
3. Posibilidad utilizar tecnologías mas avanzadas de memoria y periféricos.
-El Chipset está formado por:
1. NorthBridge o Puente Norte, que controla las funciones de acceso entre:
Ø Microprocesador
Ø Memoria RAM
Ø Tarjeta grafica
Ø Comunicaciones con el SouthBridge.
2. SouthBridge o Puente sur, que se encarga de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
Ø Controladora de discos IDE
Ø Puertos USB, infrarrojos, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, LAN …
§ Buses:
-Son un conjunto de conexiones eléctricas en forma de pistas metálicas, que llevan información de un dispositivo a otro del ordenador. La información puede viajar en serie o en paralelo, síncrona o asíncronamente.
-Pueden clasificarse como:
1. Bus de datos: Es de doble dirección, recibe los datos de dispositivos de entrada (teclado, ratón..) y los envía a dispositivos de salida (monitor, impresoras) o también con dispositivos que pueden enviar y recibir (disco duro, disquetes )
2. Bus de Direcciones: Indica la dirección de la memoria a la que desea acceder o para seleccionar un dispositivo o con el que se quiere trabajar.
3. Bus de Control: Se encarga de transportar señales de control que informan del estado de ciertos dispositivos del sistema, la dirección del flujo de la información del bus de datos, el momento en que suceden ciertos eventos de forma que no haya colisión entre ellos etc.
-En las plataformas PC se pueden encontrar:
1. Interno. FSB y memoria RAM
2. Tarjetas internas. PCI, ISA, AGP, PCI-Express
3. Conexión exterior: Serie, paralelo, USB, Firewire
4. Almacenamiento: IDE, SATA, SCSI
-En MAC
1. PCI, USB, FIREWIRE
§ Buses: Tipos de Buses internos
-Bus FSB: Es el bus de datos que conecta al procesador con los componentes del sistema. Se puede decir que su velocidad nos da una idea del rendimiento global del sistema.
-Bus ISA (Industry Standard Architecture) maneja el bus de direcciones de 20 bits, un bus de datos de 8 bits y diversas señales de control. El bus de direcciones se amplia a 16bits y EISA amplia el bus de direcciones a 32 bits y permite velocidades de hasta 33 MHz/s.
§ Buses: Tarjetas internas
-Bus PCI (Peripheral Component Interconnect), desarrollado en 1993 que permite que el bus opere independientemente del microprocesador, ya que se instala un controlador entre micro y bus PCI. Permite utilizar otros procesadores como Apple y AMD.
La transferencia de datos está sincronizada con la señal de reloj del bus. Puede transferir hasta 528Mb/s a 66 MHz con u slot de 64 bis.
Emplea un conector microchanel de 124 pines o 188(para 64 bits).
En 1998, IBM, HP y Compaq, sacan al mercado la PCI eXtended con el protocolo para permitir frecuencias de trabajo de 133 MHz (1066 MB/s). Está diseñado para soportar dispositivos con grandes necesidades de banda ancha , como fibra óptica, etc.
-PCI-X 2.0 incrementa la frecuencia de trabajo del bus hasta 266MHz(2133MB/s)
El PCI dispone de 32 líneas físicas donde se multiplexan direcciones y datos, 1º se envía la dirección del periférico al cual desea acceder y luego se envían o reciben los datos
(direcciones y datos comparten la misma línea del bus y el ancho de banda).
-Bus AGP (Accelerated Graphics Port) Se crea en 1996. Se presenta como un único conector de 8 cms al lado de las PCI
Es de 32 bits y tiene 8 canales adicionales para acceso a memoria. También puede acceder directamente a esta a través del chipset N.
Hay distintas versiones.
1. AGP 1X a 66 MHz con tasa transf. 264MB/s a 3,3V.
2. AGP 2X a 133 MHz con tasa transf. 528MB/s a 3,3V.
3. AGP 4X a 266 MHz con tasa transf. 1 GB/s a 3,3 o 1,5V.
4. AGP 8X a 533 MHz con tasa transf. 2GB/s a 0,7 o 1,5V.
Estas tasas de transferencia se consiguen aprovechando los ciclos de reloj del bus mediante un multiplicador. AGP tiene un bus de direcciones de 32 bits y otro de Dato de 32 bits. Esta separación hace posible que en un mismo ciclo de reloj se envíe la dirección del dispositivo al que se quiere acceder y los datos. AGP es mucho más eficaz y rápido que PCI.
-Bus PCI Express (denominado también 3GIO, tercera generación de E/S)
1. Trabaja con conexiones serie punto a punto. Manteniendo el rendimiento del bus.
2. El tamaño varía según el número de líneas serie disponibles.
Ø Un slot 1X tiene un canal serie
Ø Uno de 2X tiene dos..
3. La conexión PCI Express es bidireccional, lo que permite un ancho de banda de hasta 4GB/s para un conector de 16X
4. PCI Express incluye mejor gestión de energía, conexión y desconexión en caliente de dispositivos y capacidad de manejar transferencias de datos entre dispositivos sin tener que pasen a través del controlador.
5. En 2006 PCI Express se toma como bus estándar, especialmente en tarjetas graficas.
-Buses y chipset
Viendo esta imagen podemos apreciar lo que hemos aprendido hasta ahora. En la parte superior se encuentra el procesador (en este caso un Pentium 4) conectado directamente al NorthBridge del chipset (Memory Controller Hub), que va directamente al Slot o Bus de Expansión del tipo AGP (de velocidad 4x) y también tiene conexiones con la memoria RAM convencional del tipo RDRAM. Si nos dirigimos más abajo, hacia el SouthBridge del chipset (I/O Controller) vemos que están los Buses de Expansión PCI, los puertos USB, el conector de red 10/100 Ethernet, los discos duros y otros periféricos.
§ Buses: Conexión exterior
-Todo ordenador necesita comunicarse con el exterior
-USB (Universal Serie Bus) se creó para proporcionar conexiones bidireccionales de velocidad media/alta.
1. Es éstardar y se pueden conectar hasta 128 dispositivos por bus.
2. Proporciona alimentacion a dispositivos de bajo consumo situado a menos de 5 metros del PC.
3. La topología de conexión es en estrella, un servidor y múltiples dispositivos conectados en estructura de árbol, lo que implica la utilización de concentradores USB para realizar conexiones de varios equipos.
4. En USB 2.0 aumenta la velocidad 40 veces al USB 1.1, alcanzando los 480 Mbps
5. USB On the GO permite a un puerto actuar como servidor o como dispositivo, diseñado para conectar teléfonos móviles y PDA´s a un PC como dispositivo y conectarse como servidor a un teclado o ratón.
-Firewire (IEEE 1394) o iLink o Linx diseñado por Apple. De alta velocidad, para conectar periféricos.
1. Alcanza una velodidad de 800 Mbps y ancho de banda 30 veces mayor que el USB1.1.
2. Se pueden conectar hasta 64 dispositivos con cables hasta 4,25 metros.
3. Desconectable en caliente.
4. No necesitan identificadores de dispositivos, ni tornillos ni terminadores.
-Puertos infrarojos y las tarjetas PCMECIA son creados para aumentar la capacidad de las máquinas.
-Puerto Serie. Conector que proporciona conexiones asíncronas de baja velocidad. La transmisión se realiza con paquetes de 8 bits. Las nuevas tecnologías inalámbricas están haciendo desaparecer este modo de conexión.
-Puerto Paralelo. Se utiliza para conexión al ordenador con otros periféricos como impresora, escáner, etc. aunque también tienden a desbancarles las tecnologías inalámbricas.
Almacenamiento externo
§ Los discos:
-El disco duro es el encargado del almacenamiento masivo de datos de forma permanente. Suelen tener 1000 veces mas capacidad que la memoria RAM y es 1000 veces mas lento que esta.
-Está formado por:
1. Una serie de discos rígidos o platos, de metal recubiertos de una capa de oxido de hierro, con propiedades magnéticas.
2. Un eje en el que se montan los platos.
3. Cabezales de lectura escritura por cada lado del plato.
4. Elementos electrónicos integrados que permiten mover los cabezales.
-¿Cómo se escriben y se leen sus datos?
1. Para escribir en el disco se aplica a su superficie un campo magnético determinado que orienta sus partículas en un sentido u otro y dependiendo de este sentido asume que se han escrito 1 o 0 con lo que se logra almacenar los bits de información.
2. Para leer los datos se utiliza un cabezal que detecta la orientación de las partículas y la traduce en los bits correspondientes.
§ Los discos: soporte y formato
-El funcionamiento y la estructura es similar en todos los soportes. Pero hay alguna diferencia como:
1. Por la tecnología aplicada: magnética, óptica o magneto-óptica.
2. Por su ubicación/movilidad: internos-fijos o externos-removibles
3. Por el modo de acceder a los datos:
Ø Acceso Secuencial: para acceder a un determinado dato hay que recorrer todos los registros anteriores hasta llegar a el.
Ø Acceso Directo: Que se accede directamente a la posición del registro para obtener el dato.
§ Los dicos: soportes fijos
-Disco duro
1. Es el soporte mas utilizado para guardar datos.
2. Normalmente es interno, pero también puede ser externo.
3. Almacena el sistema operativo, programas ejecutables y nuestros datos.
4. Se comunica con el microprocesador mediante un bus que puede ser IDE, SATA, SCSI.
5. Puede contener una o varias superficies, cada una de ellas se descompone en pistas, sectores y cilindros.
6. La geometría del disco determina la capacidad que se obtendrá multiplicando los cilindros x superficies x sectores x los vides que tienten los sectores.
7. Tiempo de acceso = Tiempo de búsqueda + latencia
8. Velocidad de transferencia = Velocidad a la que se transfieren los bits de un sector. Se mide en MB/s y viene dada por la velocidad del giro y la densidad de los datos grabados en el soporte.
§ Interfaz IDE:
Interfaz IDE (Integrated Device Electronic, electrónica de dispositivos integrados) o ATA (Avanced Technology Attachement, tecnologia avanzada de conexionado) es la tecnología mas utilizada hoy en dia en la conexión de discos duros y dispositivos ópticos.
1. El cable tiene 40n hilos y permite una distancia de 45 cm.
2. En la placa hay 1 controlador y 2 conectores que si se conectan dos discos duros 1 hay que ponerlo como master y otro como esclavo por la posicione de los jumpers.
3. Tiene el inconveniente que mientras se utiliza uno al otro no se puede acceder. El arranque del sistema operativo siempre será desde el master del primer canal IDE.
§ SATA o serial ATA:
SATA o Serial ATA es compatible con sistema IDE
1. Es una conexión tipo serie como USB o Firewire.
2. El cable de datos tiene solo 7 hilos y permite cables de 1 metro. Al tener menos hilos produce menos interferencias y aumenta la frecuencia de funcionamiento.
3. La tensión son de 0,25v en vez de los 5 da IDE
4. No necesitan configuración master, esclavo.
5. Permite conectar discos en caliente.
6. La placa base tiene que tener un conector SATA.
§ Serial ATA International Organization:
Serial ATA International Organization (SATA-IO)
1. La velocidad de transferencia es de 3 GB/s
2. 15 puertos por controlador
3. Selector de puertos: 1 disco podrá estar conectado a 2 controladores diferentes a la vez creando redundancia.
4. Encolamiento de comandos en disco, o sea que un controlador elige en qué orden ejecutar los comandos para minimizar el movimiento mecánico del disco.
5. Hacen de estos discos servidores de almacenamiento de datos.
§ Interfaz SCSI :
Interfaz SCSI (Small Computer Systems Interface)
1. Tasa de transferencia de datos muy elevada y constante
2. Los dispositivos SCSI son mas caros que los equivalentes con interfaz IDE o paralelo además necesita una controladora SCSI ya que solo las placas mas avanzadas llevan incorporada esta tecnología.
3. Permite conectar desde 7 a 16 dispositivos en Wide ultra SCSI, mientras que IDE permite solo 4 dispositivos.
§ SAS:
SAS (Serial Attached SCSI) es una evolución de SCSI
1. Permite transferencia full duplex, que significa que se pueden hacer transferencias simultáneas en ambas direcciones de un mismo dispositivo, cosa que con SATA no ocurre lo mismo.
2. El ejemplo mas común de una comunicación half duplex es el sistema telefónico. Las dos partes pueden hablar y escuchar simultáneamente al mismo tiempo. Los walkie talkees, serian el ejemplo de half duplex, ya que para dar paso a la otra persona que hable tiene que decir la palabra “cambio”.
3. La tasa de transferencia de SAS es de 3 a 6 GB/s.
4. Se puede conectar hasta 128 dispositivos por controlador pero se puede expandir con la capacidad de 16.256 dispositivos.
§ Los discos: Estructura
Todos los discos duros tienen sectores para guardar la información y cada sector tiene una función distinta, dependiendo de la posición y el sistema de archivos que el S.O. implemente.
1. Cuando se arranca el ordenador lo primero que hace es verificar el hardware y con un programa grabado en la BIOS accede al sector 0 si es un disco de arranque y…
2. En el sector 0 está el MBR (master boot record) o Registro de arranque principal. Es el que se encarga de acceder a la dirección del cargador del Sistema Operativo y de cargar el S.O. al ordenador.
3. El resto de sectores del disco se dividen en:
Ø Área de Datos
Ø Area de Localización. FAT(File Allocation Table) en MS-Dos y Windows.
§ Dispositivos extraíbles:
-Disquetes. De 8 y 5 ¼ pulgadas ya en desuso y 3 ½ con muy poco uso, pueden almacenar 720 kB, 1,44 MB o 2,88 MB.
1. Son soportes de muy poca capacidad y tiempo de acceso elevado. Se seguían utilizando por su pequeño tamaño, pero han pasado al ultimo puesto desbancados por las memorias flash o Pen drive.
-Zip
1. El Iomega Zip (también llamado unidad Zip o disco Zip) es una unidad de almacenamiento masiva removible de media capacidad, lanzada por Iomega en 1994 .La primera versión tenía una capacidad de 100 MB pero versiones posteriores lo ampliaron a 250 y 750 MB.
-SuperDisk ls 120:su posterior variante el LS-240, es un dispositivo de almacenamiento desarrollado por la división de almacenamiento de 3M ,posteriormente conocida como Imation .La verdadera capacidad de las unidades de "120 MB" es de 120,375 MB (6848 cilindros x 36 bloques/cilindro x 512 bytes). Las unidades de "240 MB" tiene una capacidad de 240,75 MB.
-Discos Jaz: es un sistema de almacenamiento masivo removible creado por Iomega y lanzado inicialmente en 1977. En la actualidad ha sido descatalogado, Existen dos versiones de la unidad, la inicial con una capacidad de 1 GB, y una versión revisada con una capacidad de 2 GB.
-Un CD-R es un formato de disco compacto gravable. Se pueden grabar en varias sesiones, sin embargo la información agregada no puede ser borrada ni sobrescrita, en su lugar se debe usar el espacio libre que dejó la sesión inmediatamente anterior.
-Discos CD-RW: En el disco CD-RW la capa que contiene la información está formada por una aleación cristalina de plata, indio, antimonio y telurio que presenta una interesante cualidad: si se calienta hasta cierta temperatura, cuando se enfría deviene cristalino, pero si al calentarse se alcanza una temperatura aún más elevada, cuando se enfría queda con estructura amorfa. La superficie cristalina permite que la luz se refleje bien en la zona reflectante mientras que las zonas con estructura amorfa absorben la luz. Por ello el CD-RW utiliza tres tipos de luz:
1. -Láser de escritura: Se usa para escribir. Calienta pequeñas zonas de la superficie para que el material se torne amorfo.
2. -Láser de borrado: Se usa para borrar. Tiene una intensidad menor que el de escritura con lo que se consigue el estado cristalino.
3. -Láser de lectura: Se usa para leer. Un CD-ROM estándar puede albergar 650 o 700 MB de datos. El CD-ROM es popular para la distribución de software ,especialmente aplicaciones multimedia, y grandes bases de datos. Un CD pesa menos de 30 gramos.
-Un DVD-RW (Re-Writable) es un DVD regrabable en el que se puede grabar y borrar la información varias veces. La capacidad estándar es de 4,7 GB .
- Discos DVD-RAM: Formato de disco DVD regrabable aprobado por el DVD-Forum .Se diferencia del DVD-RW (y del DVD+RW )en que no hace falta borrar todo el disco para recuperar el espacio de los contenidos que deseamos borrar y en que se puede grabar directamente en él cómo si fuera un disco duro ,sin necesidad de programas de grabación de DVD, ni de programas controladores intermedios (en el caso de grabadores DVD-RAM para ordenadores).
-Blue-ray
El Blue-ray es un formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y datos. El modelo básico, de una cara y una capa, podrá almacenar unos 25 GB, mientras que uno de doble capa podría llegar a los 54 GB. Incluso TDK ha presentado un modelo de 4 capas, el cuál llega a los 100 GB. Desde 2.003 ya se pueden encontrar .
-Cintas DAT: Dispositivo magnético de acceso será secuencial y se utilizan para hacer backups.
-Una memoria USB (de Universal Serial Bus ,en inglés pendrive o USB flash drive) es un pequeño dispositivo de almacenamiento que utiliza memoria flash para guardar la información. Se pueden encontrar en el mercado fácilmente memorias de 1, 2, 4, 8 GB o más (esto supone, como mínimo el equivalente a unos 1000 disquetes) por un precio moderado. Su gran popularidad le ha supuesto infinidad de denominaciones populares relacionadas con su pequeño tamaño y las diversas formas de presentación, sin que ninguna haya podido destacar entre todas ellas: pincho, mechero, llavero, llave o las de los embalajes originales en inglés pendrive, flash drive o Memory stick.
- Secure Digital (SD) es un formato de tarjeta de memoria flash .Se utiliza en dispositivos portátiles tales como cámaras fotográficas digitales, Wiis ,ordenadores PDA y Palm, entre otros.
Organización de la información
§ Sistema de archivos:
Cada Sistema Operativo dispone de su propio sistema de archivos con el objetivo de permitir al usuario un fácil y lógico manejo de los mismos. Vemos peculiaridades de los sistemas de archivos de MSDOS y Windows.
§ El nombre de un archivo:
-Cadenas de hasta 8 caracteres, Windows permite nombres largos.
-Se diferencian entre mayúsculas y minúsculas (unix)
-Casi todos tienen un nombre un punto y una extensión que indica el tipo de archivo que es. Document.doc
-Junto con el nombre también se guardan unos atributos:
1. S: Atributo de sistema
2. H: Atributo de oculto (hidden)
3. R: Atributo de solo lectura (Read only)
4. A: Atributo de Archivo. Cambia cuando se modifica el archivo
5. Fecha: almacena la fecha de la creación o la ultima modificación
6. Hora: almacena la hora de la creación o la ultima modificación.
7. Tamaño. Almacena el tamaño que ocupa el archivo.
-En linux se guardan también los ínodos, la pertenencia a un usuario, grupo y los permisos del propietario de lectura, escritura y ejecución, así como los que tienen los del grupo y los otros.
§ Los directorios y archivos:
En un sistema de archivos, hay 2 objetos directorios y archivos.
1. Los archivos son objetos encargados de contener datos
2. Los directorios los objetos contenedores, de archivos y/o de otros directorios; es decir la información necesaria como el nombre y la posición del sector del disco en el que comienzan esos archivos o directorios.
3. En todo sistema de archivos hay un directorio raíz (ROOT) que es el que contiene todos los demás directorios y archivos. Desde este es desde donde se parte en su búsqueda mediante su ruta de acceso absoluta. Ruta de acceso Relativa de búsqueda es la ruta utilizada a partir de donde estamos.
Ø En MSDOS las rutas están separadas por el carácter “\\”. Ej: \\windows\\system32\\config
Ø En UNIX se usa el carácter contrario “/”. Ej: /usr/bin/calculo
Ø El . y .. Son entradas en cada directorio tiene y que significan el padre .. O al directorio superior y al propio directorio(.) Estas hacen la navegación por directorios mucho mas cómoda.
§ Implementacion del sistema de archivos:
Será el registro de los bloques asociados a cada archivo en cada S.O.
1. Un bloque está compuesto por un determinado número de sectores que se asocian a un único archivo. Por lo tanto un archivo se almacena en 1 o más bloques de sectores.
2. El tamaño medio de un bloque en UNIX y DOS es de 512 bytes, 1(2 sectores de 512bytes) o 2 kB(4 sectores de 512), ya que la mayoría de los archivos son de 1 KB
3. Para guardar una archivo que ocupa más de 1 Bloque, se utilizan técnicas de:
Ø Asignación adyacente. Se guarda la dirección de inicio y se escribe en los siguientes hasta finalizar, pero produce fragmentación.
Ø Asignación en forma de lista ligada. El directorio contiene la dirección del primer bloque y cada bloque contiene la dirección del siguiente bloque o el valor null cuando sea el ultimo. Tiene el inconveniente que cada bloque pierde parte de su capacidad y se tarda mas tiempo ya que hay que ir leyendo todos antes de llegar a uno determinado.
Ø Asignación mediante lista ligada y un índice. Se crea una tabla con un registro por cada uno de los bloques del disco, indicando si esta libre o cual es la dirección del siguiente bloque, asociándose el nombre del archivo con el número del bloque que comienza dicho archivo y con este dato y la tabla se puede averiguar la dirección de todos los bloques que componen el fichero. La tabla está en memoria con lo cual el acceso a los bloques es muy rápido. Si el disco es muy grande la tabla también lo será y ocupará mucho espacio en memoria. Esta técnica la utilizan MS-DOS y Windows y la tabla se llama FAT(File Allocation Table)
Ø Basados en Inodos, Unix y Linux utilizan esta técnica que consiste en que a cada archivo se le asocia una tabla, llamada ínodo, que contiene los atributos y direcciones en el disco de los bloques del archivo. Las ultimas entradas del inodo se reservan para cuando el archivo ocupa mas y hay que asignarle la dirección de otro bloque, a este se le llama bloque indirecto. Cuando Unix abre un archivo lo que hace es cargar en memoria su Inodo.
Sitema de almacenamiento centralizado
Las grandes empresas trabajan con gran cantidad de información y esta debe estar accesible desde cualquier punto. Surgiendo la necesidad de almacenamiento en red.
§ Las redes de almacenamiento NAS (network Attached Storage):
Son unidades de almacenamiento que conectan directamente las redes de datos tradicionales basadas en TCP/IP a través de interfaces Ethernet y pone a disposición de los equipos que están en red (servidores y estaciones de trabajo) el almacenamiento que gestiona mediante un protocolo de sistema de ficheros en red (NFS, CIFS o incluso HTTP).
§ Redes de almacenamiento SAN (Storage Area Network):
Una SAN es una red dedicada de datos de alta capacidad y velocidad que conecta diferentes tipos de unidades de almacenamientos, tales como librerías y sistemas RAID, actuando de manera independiente de la LAN pero coexistiendo con ella.
Este arreglo hace posible que el almacenamiento sea accesible a todos los servidores en la red permitiendo que la información se consolide y sea compartida entre diversos y diferentes servidores de red sin ningún impacto en la LAN (red de área local). Ya que la información no reside directamente en ninguno de los servidores, los recursos de éstos pueden ser utilizados para otros propósitos incrementado la capacidad y rapidez de la red. Además la escalabilidad de toda la SAN puede ser mantenida dentro de cualquiera de los recursos individuales: a medida que se agregan dispositivos adicionales a la SAN, estos son accesibles desde cualquier servidor en la red. La interconexión será con fibra óptica, muy rápida.
§ Diferencias entre NAS y una red de almacenamiento SAN:
SAN y NAS se diferencian debido a sus protocolos de acceso:
-La tecnología de fibrocanal de las SANs proporciona tiempo de respuesta mucho mas rápida.
-La solución NAS puede implantarse en unos minutos utilizando la infraestructura LAN
- Los volúmenes almacenados en la SAN se asocian a los servidores usando el protocolo SCSI. Este protocolo SCSI hace que el espacio almacenado aparezca como si estuviera directamente unido al servidor. Esto implica que la entrada / salida de datos es manejada por el sistema operativo del servidor a nivel de bloques. El espacio almacenado de la SAN podrá hacer funcionalmente todas las operaciones que el sistema operativo le permita como si estuviera utilizando un disco tradicional.
-Por otro lado, NAS tiene estructura cliente-servidor, por lo que sus comandos de I/O se hacen a través de una conexión estándar de IP. El administrador de archivos (file system) maneja la colocación de la información. Como resultado, NAS permite compartir archivos entre distintos usuarios y sistemas operativos a través de los protocolos: Network File System (NFS - para Unix) y Common Interface File System (CIFS - para NT).
-Múltiples servidores pueden ver el sistema de archivos en forma simultánea. Generalmente, NAS se utiliza para aplicaciones que tienen tareas de lectura intensivas. En estos casos, muchos clientes pueden acceder en forma simultanea a los mismos volúmenes.
Las NASLas NAS solo requieren como hardware de interconexión la placa tradicional de conexión a la red Network Interface Cards (NICs).
NAS SAN
Tipo de datos Archivos compartidos Datos a nivel de bloque por ejemplo bases de datos Tipo de datos Archivos compartidos Datos a nivel de bloque por ejemplo bases de datos
Cableado Utilizado Ethernet, LAN existente Fibra óptica dedicada Cableado Utilizado Ethernet, LAN existente Fibra óptica dedicada
Clientes Principales Usuarios finales Servidor de Aplicaciones Clientes Principales Usuarios finales Servidor de Aplicaciones
Acceso a disco A través de dispositivos NAS Acceso Directo Acceso a disco A través de dispositivos NAS Acceso Directo
Perifericos
Los periféricos son todos aquellos dispositivos que permiten enviar o recibir información a la CPU de forma estructurada e inteligible para ella, comunicándose a través de periféricos que se clasifican:
1. Periféricos de entrada
2. Periféricos de salida
3. Periféricos de entrada/salida.
§ Entrada y salida:
-El objetivo principal es la transferencia de datos desde el interior del ordenador a un dispositivo exterior o periférico y viceversa. Para ello hay que:
1. Indicar a qué periférico se desea acceder mediante una dirección E/S.
2. Identificar el estado del dispositivo.
3. Indicar que operación que se desea realizar.
-Las funciones que tiene que realizar el ordenador serán:
1. Direccionamiento o selección del dispositivo
2. Transferencia de datos entre el procesador y dispositivo
3. Sincronización y coordinación de las operaciones por las diferentes velocidades de los dispositivos.
-Operación de E/S es un conjunto de acciones necesarios para la transferencia de un conjunto de tatos. Se deben realizar las siguientes funciones:
4. Recuento de las unidades de información transferidas.
1. Sincronización de velocidad
2. Detección de errores, como códigos de redundancia y bits de paridad.
3. Almacenamiento temporal de la información o buffer temporal
4. Conversión de códigos, de serie/paralelo, etc.
-En toda conexión de E/S se pueden distinguir:
1. Interfaz o driver, programa que se encarga de gestionar el intercambio de la información entre la CPU y el periférico
2. Controlador. Es el hardware que se ocupa de gestionar directamente el dispositivo periférico.
3. Periférico. El dispositivo.
§ Estructura del controlador E/S:
-Son dispositivos hardware que van asociados a los periféricos y controlan de uno o varios procesadores de propósito especifico para el tipos de dispositivos que controlan, así como de varios registros para comunicar con la CPU y el periférico.
-El software que gobierna el circuito controlador es el driver o manejador.
-El controlador oculta a la CPU los detalles de temporización, formato de los datos y principios físicos del funcionamiento del periférico. El controlador se comunica con la CPU a través de los buses de datos, de direcciones y de control. Escribiendo y leyendo los valores de los registros del controlador en la CPU, se puede tener información del estado actual del periférico, enviar órdenes y recibir o enviar datos. Los registros mas frecuentes del controlador son:
1. Registro de Control (configura las funciones del dispositivo)
2. Registro de Estado (almacena el estado del periférico y controlador)
3. Registro de datos (almacena temporalmente los datos que se transfieren)
§ El direccionamiento:
Permite identificar los dispositivos de E/S. Para organizar los espacios de direccionamiento de la CPU hay dos formas:
1. Usar buses separados: uno para memoria y otro para E/S
2. Utilizar el mismo bus para la memoria principal y el sistema de E/S. Hay otros dos formatos de este tipo:
Ø Direccionamiento con bus único y E/S mapeada en memoria no realiza ninguna distinción entre la memoria principal y los dispositivos de e/s
Ø Direccionamiento en bus único y e/s aislada, se compone de un bus único para la comunicación con la memoria y el sistema de e/s, pero el espacio de direccionamiento queda separado debido a que el bus de direcciones incluye una señal de control llamada MEM I/O.
§ Modos de control y sincronizacion de la E/S:
La transmisión de datos entre la CPU y un dispositivo de e/S se debe realizar en 2 pasos
1. Sincronización de la CPU y el dispositivo
2. Envío/recepción del dato.
Estas operaciones se pueden realizar:
Sincronización Transferencia de datos
Por Programa Software ejecutado por la CPU Software ejecutado por la CPU
Por Interrupción Hardware Software ejecutado por la CPU
Por DMA Hardware Hardware
§ Entrada y salida controlada por programas:
la CPU va preguntando a los dispositivos si tienen algún dato que enviar o están listos para recibir datos.
1. Presenta el inconveniente que si tienen algo urgente tienen que esperar a ser preguntado. La mayoría de las preguntas resultan negativas con lo cual se pierde mucho tiempo.
2. Para programar la E/S se dispone de cuatro tipos de instrucciones:
Ø De control, para enviar ordenes al periférico
Ø De comprobación, para obtener el estado del controlador y/o periférico
Ø De lectura
Ø De escritura.
§ Entrada y salida por interrupciones:
-Este sistema permite a los periféricos requerir la atención de la CPU mediante señales eléctricas llamadas interrupciones. Una interrupción provoca detención momentánea de la ejecución del programa y comienza una rutina de tratamiento de interrupción que se encarga de realizar las operaciones de E/S y después vuelve donde se había interrumpido la ejecución del programa.
-Los pasos que sigue son:
1. La CPU tiene activado el sistema de interrupciones poniendo a 1 el bit del registro de estado ( re).
2. Uno de los periféricos genera la señal de interrupción (I)
3. La cpu finaliza la instrucción en curso y guarda su estado en la pila, es decir el contador de programa (CP), el registro de estado (RE)…
4. La CPU lee el vector de la interrupción que se ha producido en memoria para obtener la dirección donde está ubicada la instrucción para el tratamiento de la interrupción.
5. La CPU desactiva las interrupciones poniendo a 0 el bit correspondiente al registro de estado (RE), para que no sea interrumpida de nuevo.
6. La CPU ejecuta la rutina de tratamiento de interrupciones.
7. Se restaura el estado de la CPU correspondiente al programa de interrumpido y prosigue su ejecución.
8. Finalmente la CPU Habilita nuevamente las interrupciones modificando el registro de estado (RE).
-Cuando se producen interrupciones el sistema determina en que orden se atenderán. Hay 16 líneas de IRQs. Se pueden tener 2 o mas dispositivos en la misma IRQ siempre que sean compatibles y no funcionen simultáneamente.
§ Entrada/Salida por Acceso Directo a Memoria (DMA):
-Se trata de un módulo con capacidad para leer/escribir directamente en la memoria los datos procedentes/enviados de/a los dispositivos periféricos.
-Durante el tiempo en que la memoria es gestionada por DMA es desconectada de la CPU. Cuando finaliza la operación de E/S se genera una llamada a la CPU para que vuelva a tomar el control de la memoria. La velocidad de transferencia sólo estarán limitadas por el ancho de banda de la memoria.
-El controlador DMA dispone de 3 registros para gestionar la transferencia de datos:
1. Datos
2. Dirección
3. Contador de palabras, que va acumulando el numero de palabras que quedan por transmitir, decrementando automáticamente. Cuando el valor tiene 0 finaliza la operación DMA
-La información que manda la CPU al controlador DMA es :
1. Sentido de la operación de E/S (lectura/escritura)
2. Dirección del periférico
3. Posición de memoria donde comienza el bloque de datos a transferir
4. Número de palabras que componen el bloque.
-El controlador DMA puede gestionar el bus de distintas formas.
1. Por ráfagas: El DMA toma el bus y no lo libera hasta haber transferido todo el bloque de datos.
2. Por robo de ciclos: El DMA toma el bus durante un ciclo para transferir una palabra del porque de datos y libera el bus para permitir el acceso de la CPU a la memoria.
3. Transparente: el DMA solo accede al bus en los ciclos que la CPU no necesita acceder a memoria. De esta forma no ralentiza la CPU
§ La conexión de los perifericos a las unidades centrales:
Los periféricos externos acceden a los buses del sistema a través de puertos que siguen un estándar que define las características de las señales de datos de control en la comunicación
La velocidad de transferencia es una de las características mas importantes.
La comunicación a través de puertos paralelo es mas rápida, ya que se envían varias señales de datos a la vez.
§ El teclado:
El primero de esto fue la lectora de tarjetas perforadas que introdujo Hollerit.
Teclado: Es por excelencia el que está presente en todos los ordenadores.
Características:
1. Sistema de conexión.
Ø AT( o DIM de 5 pines ) conector redondo.
Ø PS2 (o mini-DIM
Ø USB
2. Mecánico o membrana
3. Diseño
Ø Ergonómicos
Ø Con teclas de acceso rápido
Ø Con lector de banda magnética, etc.
4. Inalámbricos: en alguno de los puertos indicados se conecta un receptor que se comunica mediante teclado mediante la tecnologia bluetooth que utiliza radiofrecuencia.
§ Los apuntadores:
-Los apuntadores: Son dispositivos que permiten mover un elemento apuntador en la pantalla como puntero de ratón, trackball y joystick.
-RATON, al ser arrastrado sobre la mesa transmite movimientos al puntero del ratón. Suele tener 2 o 3 botones pulsarlos es lo que se llama el evento clic y también tiene una rueda
-Sistema de conexión
1. Puerto serie ( tipo D de 9 o 25 pines)
2. PS2 (o mini-DIM)
3. USB
-Mecánico u óptico.
1. En los mecánicos la guía se mueve mediante una bola que se desliza sobre sus ejes.
2. En los ópticos se utiliza una tecnología óptica, lo que les hace mas precisos.
3. Optomecánico. Son un híbrido de los dos anteriores.
-Diseño, hay algunos que son ergonómicos e incluyen botones.
-Inalámbricos
-El trackball es una variante del ratón. El usuario hace girar la bola con el pulgar, los dedos, o la palma de la mano para mover el cursor.
Los trackball son comunes en las estaciones de trabajo CAD por su facilidad de uso.
-El joystick o palanca de juego es un dispositivo mecánico con funciones específicas de juegos (ráfagas, disparos…).
§ Los detectores de posición:
-Lápiz óptico. Es una especie de lápiz que consta de una célula fotoeléctrica y de un pulsador . Cuando se posiciona el lápiz sobre un punto de la pantalla y se presiona el pulsador, se envía una coordenada exacta de ese punto a la CPU.
-Tableta digitalizadora es otro dispositivo para introducir coordenadas con exactitud, utiliza lápiz y un tablero sensible que contiene zonas específicas para introducir ordenes y coordenadas.
§ Opticos:
-Escáner, que explora imágenes panas que son introducidas en el ordenador en forma de mapa de bits. Si la imagen corresponde a texto también se puede procesar mediante los OCR(optical Character Recognition) para que interprete caracteres y guardarlo en un archivo de texto.
-Cámara fotográfica digital. La cámara tiene un sistema óptico que capta las imanes con calidad fotográfica. Tienen una gran resolución gráfica medida en Mega píxeles y capacidad de memoria se limita por el numero de fotos y su calidad guardándose en tarjetas SD, mini SD, etc.
-La videocámara Digital, captura video con sonido en formato digital.
-La Webscams es una videocámara para comunicarse a través de Internet en tiempo real, es de calidad y precio muy inferior a la videocámara digital.
Detectores de códigos de barras. También tienen un sensor óptico que convierte el código de barras en una secuencia de impulsos que son traducidos a datos.
§ Sonoros:
-Micrófono de carbón.
-Micrófono de cristal.
-Micrófono de cinta.
-Micrófono de bobina móvil.
-Micrófono de condensador.
Para conectar un micrófono a un ordenador es necesario un periférico de entrada/salida como es la tarjeta de sonido.
§ Magneticos:
-La cabeza lectora efectúa un barrido sobre la banda magnética interpretando los códigos de los caracteres impresos.
-Prueba de ello tenemos. Tarjetas de crédito, billetes metro buses, llaves magnéticas, tarjetas telefónicas, etc.
§ Los sistemas de adquisición de datos analigicos:
La mayoría de las variables físicas que se pueden medir son funciones de valor real y continuas en el tiempo, es decir corresponden a datos analógicos. Mediante sensores o detectores se pueden traducir esto valores a datos, como puede ser maquinas para medir la temperatura, presión, intensidad de la luz, humo, humedad, sonido…
§ De soporte electrónico: Monitor, LCD, proyector o cañón:
-El dispositivo de salida mas importante es el monitor. Basados en tubos catódicos cuya bobina emite electrones sobre los puntos fosforescentes de la pantalla iluminándola de modo selectivo. Cada píxel está formado por 3 puntos fosforescentes de los colores básicos RGB (rojo, verde, azul)
-Pantalla LCD (liquid crystal display) se trata en que al aplicar un campo eléctrico, cambia el ángulo de polarización de las moléculas, alterando la luminiscencia en cada elemento del cristal líquido.
-Las características de una pantalla vienen dadas por su tecnología y por otras propiedades como:
1. Monocromo/ escala de grises / color.
2. Tamaño (medida en pulgadas en diagonal)
3. Tamaño del punto
4. Resolución en píxeles (ancho x alto)
5. Frecuencia.
-Para conectar una pantalla a un ordenador se necesita un periférico, también de salida como es la Tarjeta de video, que destaca en ella su memoria de vídeo y sus posibilidades gráficas.
-El proyector o cañón, es el dispositivo que estamos utilizando para ver esta presentación que permite grandes formatos de pantalla.
§ La impresión grafica:
-La impresora es el periférico que utiliza el ordenador para presentar la información impresa en papel. El soporte utilizado sobre el que plasmar información es el papel, pero también se utilizan telas y plásticos.
-Características de las impresoras:
1. Velocidad, medida en cps (caracteres por segundo) o ppm (paginas por minuto)
2. Resolución se habla en ppp (puntos por pulgada)
3. Buffer de memoria. La impresora láser almacenan en su memoria la pagina completa antes de imprimirla.
4. Conexión. Puerto paralelo o USB, algunas incorporan una tarjeta de red.
5. Capacidad para imprimir gráficos.
-Tipos de impresoras.
1. De impacto: Matriciales o agujas y de caracteres.
2. Térmicas
3. De inyección de tinta
4. Láser
5. Plotters
6. Impresoras para fotos: de sublimación , de cera-termal y de tinta sólida.
7. Impresoras Braille.
§ De soporte Luminoso:
-La información se visualiza en simples dispositivos constituidos por puntos o segmentos luminosos. Los displays de siete segmentos, son muy usados para representar números.
-Hay paneles formados por matrices de puntos luminosos que se utilizan en comercios y en las autopistas para dar información al minuto.
§ De soporte Sonoro: Altavoces, Auriculares...:
-Los altavoces y auriculares son periféricos que transforman señales eléctricas producidas por una tarjeta de sonido en ondas sonoras.
-MIDI (Musical Instruments Digital Interface) es una norma de comunicación física entre sistemas (conectores, cables, protocolos de comunicación) y con las características del lenguaje que hacen posible el intercambio de información entre ellos (entre el instrumento musical y el ordenador). MIDI no transmite sonidos sino información sobre cómo se ha de reproducir una determinada pieza musical. Sería el equivalente informático a la partitura y necesita de un sintetizador MDI que vaya interpretando la partitura y genere las señales de sonido para enviarlas al sistema de amplificación de sonido.
§ Dispositivos robóticos y periféricos industriales:
-Un ejemplo de este dispositivo se utiliza en el campo de la robótica y en máquinas industriales como es el brazo robótico, que es una estructura mecánica articulada gobernada por señales del ordenador que puede realizar operaciones mas o menos sencillas.
-En una bolera utilizan brazos robóticos para colocar lo bolos, y está programado en un autómata programable.
§ Dispositivos de Entrada y Salida:
-De soporte electrónico: Monitores táctiles.
-Tarjeta de sonido
-Terminales tontos e inteligentes,
1. Terminales Punto de Venta
2. Cajeros automáticos.
-Tarjetas de comunicación:
1. MODEM, modula demodula la información transformando las señales digitales en telefónicas y viceversa.
Ø RTB (red telefónica Básica) a 56 Kbps
Ø ADSL (Asimetric Digital Subscriber Line) con llamadas de voz y mucho mas veloz.
Ø RDSI (Red Digital de Servicios Integrados)
-Detectores de caracteres magnetizables. Se utilizan en talones bancarios.
-Dispositivos de E/S de realidad virtual.
-Impresoras multifunción.