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Introducción al tema

• El tema es sobre la CPU, la memoria principal, la placa base, los buses y las tarjetas, así como periféricos y memoria secundaria.

Arquitectura Von Neumann

• En 1945, Von Neumann describió el fundamento de todo ordenador electrónico con programas almacenados.
• Describió cómo un ordenador funciona con sus unidades conectadas permanentemente coordinadas por la unidad de control (CPU).
• La base del funcionamiento de los ordenadores sigue siendo la misma, a pesar de los avances tecnológicos y la complejidad de las arquitecturas iniciales.

Partes básicas de la CPU

• Unidad de control
• ALU (Unidad Aritmético-Lógica)
• Memoria
• Dispositivos de entrada y salida

CPU - Componentes

• El CPU está físicamente formado por circuitos electrónicos integrados en un microprocesador.
• El microprocesador ejecuta instrucciones mediante una unidad de control y operaciones aritméticas y lógicas por la unidad aritmético-lógica (ALU).

Tipos de Instrucciones

• Transferencia de datos: Copian datos sin modificar el origen.
• Aritméticas: Operaciones como sumas, restas, multiplicaciones y divisiones.
• Lógicas: Incluyen comparaciones, cruciales para cualquier programa.
• Control de flujo: Permiten saltar a otras partes del programa.
• Instrucciones de E/S (Entrada/Salida): Manejo de datos con dispositivos externos.

Formatos de instrucción

• Una instrucción se divide en código de la operación (CO) y datos.
• El CO designa la operación a realizar y se representa con mnemónicos en lenguaje ensamblador.
• Los datos de la operación varían según la instrucción.

Modos de direccionamiento

• Los modos de direccionamiento definen cómo se especifica un operando (dato) en una instrucción.
• Hay diferentes modos como inmediato, directo e indirecto.

CPU - ALU (Unidad Aritmético-Lógica)

• La ALU lleva a cabo las operaciones aritméticas y lógicas.
• Contiene circuitos como sumadores, multiplexores y restadores.
• Almacena los resultados de las operaciones en el acumulador o en otros registros específicos.

Microprocesador

• El CPU es físicamente un microprocesador, un circuito electrónico integrado en una sola pastilla o chip.
• Puede contener una o más CPUs y es el encargado de ejecutar programas.
• Está conectado a la placa base por un zócalo específico.
• La refrigeración del microprocesador es crucial.

Evolución del microprocesador

• Los primeros microprocesadores Intel (4004, 8008, 8086/8088, 80286, 80386) marcaron etapas en el desarrollo de la tecnología.
• Los microprocesadores modernos manejan arquitecturas de 64 bits.
• Intel y AMD son los principales fabricantes.

Funciones del microprocesador

• Almacena las instrucciones de la memoria principal para su ejecución.
• Decodifica las instrucciones para llevar a cabo las operaciones necesarias.
• Genera pulsos de tiempo para la sincronización de operaciones.
• Almacena datos en el banco de registros.
• Realiza las operaciones aritméticas y lógicas.

Otros Componentes de CPU

• La unidad de coma flotante (FPU): Realiza cálculos de coma flotante
• Unidad de gestión de memoria (MMU): Maneja la memoria.
• Caché: Acelera las lecturas y escrituras en la memoria.

Características de Microprocesador

• Frecuencia de reloj: Indica la velocidad de operaciones por segundo.
• Núcleos/Cores: CPUs integradas para aumentar el rendimiento.
• Memoria caché: Área de almacenamiento rápido de datos.
• Zócalo: Conector para fijar el microprocesador a la placa base.

Memoria Principal

• La memoria primaria temporalmente almacena datos y programas para la CPU.
• La memoria principal es parte inseparable del microprocesador, conectadas a través de buses de datos y direcciones.
• Determinado su ancho, la capacidad del microprocesador para direccionamiento.

Estructura de Memoria Principal

• La memoria se estructura en celdas, cada una con una posición relativa.
• Cada celda almacena información específica.
• El registro de dirección de memoria indica la posición de la celda.
• El registro de información guarda el dato durante las operaciones de lectura o escritura.

Características de la Memoria Principal

• Velocidad efectiva: Ciclos del reloj multiplicados por 2.
• Ancho de banda: Frecuencia y ancho del bus de datos utilizado para transferencia.
• Latencia: Ciclos de reloj entre la solicitud del dato y su transmisión. Latencia total se compone de ACTIVE, RAS, CAS y PRECHARGE.
• Capacidad: Cantidad de información que almacena. Se mide en unidades de bits, bytes o palabras.
• Modo de acceso: Permite el acceso aleatorio a la información a partir de la dirección solicitada.
• Volátil: La información se pierde al apagar el equipo, excepto en DRAM que requiere refrescos.
• Tipos de memoria : SRAM, DRAM.

Tecnología de Fabricación

• Basadas en biestables (flip-flops)
• Basadas en condensadores (DRAM)

Memoria ROM

• Memoria de solo lectura, no volátil, almacena información independiente al suministro de energía.
• La BIOS se guarda en ROM, con un sistema de entrada y salida básico que inicializa el equipo.

Memoria ROM Tipos

• ROM (Read-Only Memory): Contenido definido durante la fabricación.
• PROM (Programable ROM): Programable una sola vez.
• EPROM (Borrable PROM): Programable y borrable más de una vez.
• EEPROM (Electrónicamente PROM: programable, borrable y reprogramable eléctricamente.
• Flash: La más común.

La Placa Base

• Es una tarjeta de circuito impreso donde se conectan los componentes del ordenador.
• El tamaño de la placa base limita la capacidad del ordenador.

Elementos de la Placa Base

• Chipset (Northbridge y Southbridge): Coordina la transferencia de datos.
• Socket del procesador: Conector para el microprocesador.
• Conectores RAM: Donde se coloca la memoria RAM.
• Ranuras de expansión (Slots): Para conectar tarjetas adicionales.
• Conectores de entrada/salida: Puertos para conectar dispositivos externos (USB, VGA, RJ45, serie, paralelo etc).
• Reloj en tiempo real: Para mantener la hora y fecha.
• CMOS: Memoria RAM alimentada por pila para guardar la configuración del sistema.
• BIOS: Programa que gestiona la comunicación entre el sistema operativo y la placa base.

Buses

• Son las vías para la circulación de datos, instrucciones y direcciones entre las partes del sistema.

Tarjetas

• Tarjetas gráficas, de sonido y de red, insertados en las ranuras de expansión.
• Muchas funcionalidades de las tarjetas son ahora integradas en la placa base.

Periféricos

• Componentes que se conectan al ordenador para comunicación e intercambio de información.
• Se clasifican como de entrada, salida, y entrada/salida.
• Controladores de entrada/salida: Conectan los periféricos a la placa base.

Dispositivos de entrada

• Teclado
• Ratón
• Escáner
• Lector de tarjetas biométricas
• Sistemas biométricos
• Tabletas digitalizadoras

Dispositivos de salida

• Monitores
• Impresoras
• Altavoces
• Auriculares

Dispositivos Entrada/Salida

• Pantalla táctil
• Tarjetas de conexiones de red externas
• Móviles, Tablets, etc.

Memoria Secundaria

• Almacenamiento masivo y permanente.
• Tecnología: Magnética (disco duro, unidades flash), Óptica (CD, DVD, BluRay etc)
• Mayor capacidad que la memoria principal pero menor velocidad.