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FUNDAMENTOS DE HARDWARE UD 1. Introducción a los equipos y sistemas informáticos Marcos Rodrı́guez CIFP Ponferrada 1 / 43 Índice 1 Sistemas informáticos 2 Datos. Representación de la...

FUNDAMENTOS DE HARDWARE UD 1. Introducción a los equipos y sistemas informáticos Marcos Rodrı́guez CIFP Ponferrada 1 / 43 Índice 1 Sistemas informáticos 2 Datos. Representación de la información Sistemas numéricos El sistema binario Operaciones Representación de números enteros Representación de números reales Representación de caracteres alfanuméricos 3 El ordenador Estructura fı́sica Unidades funcionales 2 / 43 Sistemas informáticos (1) Sistema informático Un sistema informático es un conjunto de partes que permiten almacenar y procesar información. Las partes que forman un sistema informático son: Hardware: es la parte fı́sica del sistema informático. Se compone de los dispositivos electrónicos y mecánicos que realizan cálculos y manejan la información. Software: es la parte lógica del sistema informático. Se compone de los programas y los datos que va a procesar el hardware. Personal: es la parte humana del sistema informático. Se compone de las personas que trabajan con el sistema: usuarios, técnicos de mantenimiento, programadores, etc. Documentación: puede presentarse en formato fı́sico (papel) o en formato lógico (cheros, páginas web, wikis, etc.). Se compone de manuales de usuario, guı́as, tutoriales, etc. que proporcionan indicaciones para usar o mantener el sistema y sus componentes. 3 / 43 Sistemas informáticos (2) El elemento principal del hardware de un sistema informático es el ordenador (también llamado computador o computadora). Ordenador Un ordenador es una máquina cuya función es recibir unos datos de entrada, procesarlos y ofrecer otros datos de salida, resultantes de ese procesamiento. En inglés, a los datos de entrada se les denomina input, a los de salida output y al procesamiento de esos datos se le denomina compute. De ahı́, el nombre de computer para referirse a los ordenadores y el uso de las iniciales I/O para referirse a la entrada/salida (E/S) de datos. El tamaño o los componentes electrónicos de cada ordenador pueden variar en función del uso que se le vaya a dar pero su labor va a ser siempre la misma: procesar datos. 4 / 43 Datos. Representación de la información (1) Los ordenadores trabajan con impulsos eléctricos y solamente son capaces de interpretar si uno de sus componentes está cargado o no de electricidad. De esta forma, si a la ausencia de electricidad le damos el valor 0 y a la presencia de la misma, le damos el valor 1, un componente del ordenador almacenará un solo dato que solo podrá tomar uno de esos dos valores. A esta unidad mı́nima de información se la denomina bit. Si queremos almacenar un dato que pueda tomar más valores distintos, necesitaremos usar más componentes, de manera que si tenemos 2 componentes (es decir, 2 bits de información), dispondremos de 4 valores distintos para un dato (00, 01, 10 y 11). Si tenemos 3 componentes (3 bits), serán 8 los valores distintos (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110 y 111). Ası́, si tenemos n bits, podremos almacenar un dato con 2n valores distintos. En denitiva, un ordenador trabaja con datos en forma de ceros y unos, por eso decimos que usa un código binario para representar la información. 5 / 43 Datos. Representación de la información (2) Sin embargo, los seres humanos no trabajamos con información compuesta por ceros y unos, sino que lo hacemos con textos, imágenes, vı́deos, etc. Esto quiere decir que los datos de entrada que pasamos al ordenador, deberán ser codicados a binario para poder ser usados por él y que los datos de salida que nos pase el ordenador, deberán ser decodicados a textos, imágenes, etc. para poder ser usados por nosotros. 6 / 43 Datos. Representación de la información (3) La unidad mı́nima de información entendible por un ordenador es el bit. Por otro lado, la unidad mı́nima de información entendible por un humano serı́a una letra, un dı́gito, etc. En resumen, un carácter alfanumérico. Para poder representar cualquier carácter alfanumérico, un ordenador necesita un mı́nimo de 8 bits. A un grupo de 8 bits se le conoce como byte u octeto. 7 / 43 Datos - Sistemas numéricos (1) Sistema numérico Un sistema numérico es un conjunto de reglas y sı́mbolos (dı́gitos) que permiten representar números. Ejemplo: En el sistema numérico decimal, representamos el número veintitrés de la siguiente manera: 23 Para hacerlo, estamos utilizando unos dı́gitos (2 y 3) y aplicando unas reglas (el 3 indica las unidades y va al nal, el 2 las decenas, etc.) Existen dos tipos de sistemas numéricos: Sistemas numéricos no posicionales: son aquellos en los que los dı́gitos siempre representan la misma cantidad, sin importar en qué parte del número aparezcan. Un ejemplo serı́an los números romanos, donde el dı́gito M va a valer siempre 1000, esté en el lugar que esté (M M CM LIV = 2954). 8 / 43 Datos - Sistemas numéricos (2) Sistemas numéricos posicionales: son aquellos en los que los dı́gitos van a representar una cantidad diferente en función de la posición que ocupen dentro del número. Ejemplos de este tipo de sistemas numéricos serı́an el sistema decimal, el binario, etc. (2954 ̸= 4592) El ordenador representa los números usando el sistema binario, mientras que los humanos lo hacemos usando el decimal. En informática también se suelen usar los sistemas octal y hexadecimal. Un sistema numérico se distingue por su base, que es la cantidad de dı́gitos distintos con los que puede representar números. Los dı́gitos de los principales sistemas de numeración son: Sistema binario (base 2): 0, 1 Sistema octal (base 8): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 Sistema decimal (base 10): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 Sistema hexadecimal (base 16): 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F 9 / 43 Datos - Sistemas numéricos (3) Como existen dı́gitos que son comunes a distintos sistemas de numeración, suele ser conveniente indicar la base a la hora de representar un número para evitar confusiones. Ejemplo: Vamos a representar el número 123 en distintos sistemas numéricos: 123(10 = 1111011(2 = 173(8 = 7B(16 Para pasar cualquier número en cualquier base a decimal, se aplica el teorema fundamental de la numeración. Teorema fundamental de la numeración Si tenemos un número N en base b, formado por n dı́gitos: N = d(n−1) d(n−2)... d1 d0 (b su valor en decimal sera: n−1 V (N ) = i=0 d i · bi 10 / 43 Datos - Sistemas numéricos (4) Ejemplos: Convertir a decimal el número 1111011(2 6 V (N ) = i=0 di · 2i = 1 · 20 + 1 · 21 + 0 · 22 + 1 · 23 + 1 · 24 + 1 · 25 + 1 · 26 = 123(10 Convertir a decimal el número 173(8 2 V (N ) = i=0 di · 8i = 3 · 80 + 7 · 81 + 1 · 82 = 123(10 Convertir a decimal el número 7B(16 1 V (N ) = i=0 di · 16i = 11 · 160 + 7 · 161 = 123(10 11 / 43 Datos - Sistemas numéricos (5) Para convertir cualquier número decimal a cualquier base, se divide el número entre la base deseada. El cociente de la división lo volvemos a dividir entre la base y ası́ sucesivamente hasta no poder dividir más. Las cifras del número en la base deseada serán los restos de las divisiones, tomados de derecha a izquierda (del último al primero). Ejemplos: Convertir a binario el número 123(10 : 1 2 3 2 0 3 6 1 2 1 0 1 3 0 2 1 1 0 1 5 2 0 1 7 2 1 3 2 1 1 ←− 123(10 = 1111011(2 12 / 43 Datos - Sistemas numéricos (6) Convertir a octal el número 123(10 : 1 2 3 8 4 3 1 5 8 3 7 1 ←− 123(10 = 173(8 Convertir a hexadecimal el número 123(10 : 1 2 3 16 1 1 7 ←− 123(10 = 7B(16 13 / 43 Datos - Sistemas numéricos (7) Los seres humanos trabajamos con el sistema decimal y el ordenador lo hace con el sistema binario. Para el ordenador no supone problema convertir números de un sistema a otro, sin embargo, para nosotros resuta tedioso en cuanto el número empieza a tener una cantidad apreciable de cifras. Por eso, en informática, se suelen utilizar otros sistemas numéricos como el octal y el hexadecimal que son entendibles (más o menos) por los humanos y que se pueden convertir a binario y de binario a ellos de forma mucho más sencilla que el decimal. Para convertir un número binario a octal, tomamos sus bits de 3 en 3, empezando por la derecha y rellenando con ceros a la izquierda si es preciso. Después, se convierte a decimal cada uno de los trı́os de bits que formarán cada una de las cifras del número octal. Al contrario, para convertir un número octal en binario, convertimos cada una de sus cifras a un número binario de 3 bits. 14 / 43 Datos - Sistemas numéricos (8) Ejemplos: Convertir a octal el número 1111011(2 : 22 21 20 22 21 20 22 21 20 001 111 011 ↓ ↓ ↓ 1 7 3 Convertir a binario el número 173(8 : 1 7 3 ↓ ↓ ↓ 001 111 011 22 21 20 22 21 20 22 21 20 15 / 43 Datos - Sistemas numéricos (9) Para convertir un número binario a hexadecimal, tomamos sus bits de 4 en 4, empezando por la derecha y rellenando con ceros a la izquierda si es preciso. Después, se convierte a decimal cada uno de los cuartetos de bits que formarán cada una de las cifras del número hexadecimal. Al contrario, para convertir un número hexadecimal en binario, convertimos cada una de sus cifras a un número binario de 4 bits. Ejemplos: Convertir a hexadecimal el número 1111011(2 : 23 22 21 20 23 22 21 20 0111 1011 ↓ ↓ 7 B Convertir a binario el número 7B(16 : 7 B ↓ ↓ 0111 1011 23 22 21 20 23 22 21 20 16 / 43 Sistema binario - Operaciones (1) Ahora que ya sabemos cómo es el sistema binario, vamos a ver cómo se realizan las operaciones aritméticas en este sistema. Las operaciones se realizan de forma parecida a como hacemos las decimales, con la diferencia de que se manejan solamente los dı́gitos 0 y 1. Esto provoca que al hacer sumas podamos excedernos de 1 (overow o desbordamiento), con lo que tendremos un acarreo (carry ) que se sumará a la operación parcial siguiente. Del mismo modo, al hacer restas podemos irnos por debajo del 0 (underow o también overow ), con lo que tendremos un acarreo que se restará a la operación parcial siguiente. Para hacer las operaciones aritméticas, partiremos de las siguientes tablas: Suma Resta Multiplicación División a b a+b acarreo a b a-b acarreo ab a´b a b a÷b 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 01 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 10 0 1 0 ∞ 1 1 0 1 1 1 0 0 11 1 1 1 1 17 / 43 Sistema binario - Operaciones (2) Ejemplos: 1010 + 0011 1010 - 0011 1 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 1 1 + 0 0 1 1 3 − 0 0 1 1 3 1 1 0 1 13 0 1 1 1 7 1010 ´ 0011 1010 ÷ 0011 1 0 1 0 10 1 0 1 0 10 1 1 3 x 0 0 1 1 3 1 1 1 3 1 0 1 0 − 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 0 1 1 − 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 30 18 / 43 Sistema binario - Operaciones (3) Por la importancia que tienen en la construcción de circuitos electrónicos y para la programación, destacamos también las operaciones lógicas que puede realizar un ordenador. Las operaciones lógicas son aquellas que dan como resultado un valor de cierto (1) o falso (0), es decir, comparaciones y combinaciones de éstas. Las principales son el Y lógico (AND), el O lógico (OR) y la negación lógica (NOT). El O exclusivo (XOR) es una variación del O lógico en el que la salida es cierta si uno de los operandos es cierto pero el otro no. Los circuitos electrónicos que implementan estas operaciones se llaman puertas lógicas y son la base de todos los circuitos del ordenador. AND OR XOR NOT a b a AND b a b a OR b a b a XOR b a NOT a 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 19 / 43 Sistema binario - Operaciones (4) Como podemos observar, la tabla del AND coincide con la de la multiplicación y la del XOR con la suma. Eso nos da una pista de cómo hace realmente las operaciones aritméticas el ordenador. Ejemplo de diseño de un circuito sumador a b a+b acarreo 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1) Tabla de partida 2) Mapa de Karnaugh 3) Circuito resultante 20 / 43 Sistema binario - Números enteros (1) A la hora de representar números enteros en binario, nos encontramos con dos problemas: ¿Cómo representar los números negativos? ¿Cómo representar el cero? Para que el ordenador pueda representar números enteros en binario se tienen 3 opciones: 1 Signo y magnitud 2 Complemento a 1 3 Complemento a 2 21 / 43 Sistema binario - Números enteros (2) 1 Signo y magnitud: Es el sistema más sencillo y consiste simplemente en representar el número en binario y añadirle un bit más a la izquierda que indique el signo (0 → positivo, 1 → negativo). Ejemplo: El número 19(10 se representarı́a como 010011(2 , mientras que el −19(10 se representarı́a como 110011(2 Este sistema tiene dos grandes inconvenientes: ▶ Es más complejo realizar operaciones aritméticas. Las sumas y las restas se harán de manera distinta dependiendo del signo de los operandos, lo que requiere de circuiterı́a adicional. ▶ Hay una doble representación del cero (00 y 10). 22 / 43 Sistema binario - Números enteros (3) 2 Complemento a 1: Con este método también vamos a usar un bit a la izquierda con el signo (0 → positivo, 1 → negativo) y representaremos los números positivos en binario puro, mientras que los negativos los representaremos en complemento a 1. El complemento a 1 de un número se calcula cogiendo el número en binario puro y con el signo positivo (es decir, con un 0 delante) y luego invirtiendo todos sus bits (es decir cambiando los 0 por los 1 y viceversa). Es importante no olvidarse del bit de signo, ya que al invertir los bits, todos los números negativos empezarán por 1. Esta representación facilita las operaciones aritméticas pero seguimos teniendo el problema de la doble representación del cero (00 y 11). 23 / 43 Sistema binario - Números enteros (4) Ejemplo: El número 19(10 se representarı́a como 010011(2 , mientras que el −19(10 se representarı́a como 101100(2. De esta forma, si hacemos 19 + (−19): 010011 + 101100 0 1 0 0 1 1 19 + 1 0 1 1 0 0 −19 1 1 1 1 1 1 0 NOTA: si al nal de la suma queda acarreo no se añade un 1 a la izquierda del resultado sino que se suma 1 al mismo para que salga correcto. 24 / 43 Sistema binario - Números enteros (5) 3 Complemento a 2: Con este método también vamos a usar un bit a la izquierda con el signo (0 → positivo, 1 → negativo) y representaremos los números positivos en binario puro, mientras que los negativos los representaremos en complemento a 2. El complemento a 2 de un número se calcula haciendo el complemento a 1, como vimos antes, y sumándole un 1 al resultado. Otra forma, más sencilla de hacerlo, es coger el número positivo y luego invirtiendo los bits que quedan a la izquierda del primer 1 que encontremos empezando por la derecha. Esta representación, además de facilitar las operaciones aritméticas, soluciona el problema de la doble representación del cero. 25 / 43 Sistema binario - Números enteros (6) Ejemplo: El número 19(10 se representarı́a como 010011(2 , mientras que el −19(10 se representarı́a como 101101(2. De esta forma, si hacemos 19 + (−19): 010011 + 101101 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 19 + 1 0 1 1 0 1 −19 0 0 0 0 0 0 0 NOTA: si al nal de la suma queda acarreo no se añade un 1 a la izquierda del resultado sino que se ignora. 26 / 43 Sistema binario - Números reales (1) Para representar números reales, distinguiremos si se trata de números reales de coma ja (los que tienen una parte entera y otra fraccionaria) o de coma otante (lo que llamamos notación cientı́ca). Los números reales de coma ja se representan eligiendo un número concreto de bits para representar la parte entera y otro número concreto de bits para representar la parte fraccionaria. Cada una de las dos partes se podrá expresar siguiendo los métodos que ya conocemos: signo y magnitud, complemento a 1 o complemento a 2. Para los números reales de coma otante, se usa una representación similar a la notación cientı́ca que usamos en el sistema decimal: signo mantisa · 2exponente Como los números en coma otante pueden tener un innito número de decimales y el ordenador necesita un valor concreto para trabajar, nunca vamos a tener el número exacto sino una aproximación más o menos precisa del número, con la que se pueda operar. 27 / 43 Sistema binario - Números reales (2) Se usan dos tipos de precisiones: Precisión simple (32 bits): usa 1 bit para el signo, 8 bits para el exponente y 23 bits para la mantisa. Precisión doble (64 bits): usa 1 bit para el signo, 11 bits para el exponente y 52 bits para la mantisa. En cualquiera de los dos casos, siempre se tiene que cumplir que: 1 El bit de signo será 0 para un número positivo y 1 para un número negativo 2 La mantisa se debe normalizar para que siempre represente un número real con formato 1,... (es decir, corremos la coma lo que sea necesario hasta llegar al primer 1). Ese 1 no lo vamos a almacenar, solamente se almacenará la parte fraccionaria del número, aunque el 1 será tenido luego en cuenta a la hora de operar. 3 El exponente puede ser positivo o negativo en función de hacia donde hayamos corrido la coma (positivo → izquierda, negativo → derecha). 28 / 43 Sistema binario - Números reales (3) Ası́ pues, un número real representado en binario por el ordenador seguirı́a esta notación: signo 1,... · 2exponente Ejemplo: Para representar el número 3, 25(10 en binario, seguimos estos pasos: 1 Convertimos la parte entera a binario mediante el método de las divisiones entre la base (restos cogidos de abajo a arriba): 3 2 1 1 2 Convertimos la parte fraccionaria a binario mediante multiplicaciones por la base (partes enteras cogidas de arriba a abajo): 0, 25 | 2 0, 5 | 2 1, 0 3 El número resultante es el 11, 01(2 , que en notación de coma otante serı́a: 01, 101 · 21 El ordenador almacenarı́a por un lado el signo (0), por otro la parte fraccionaria de la mantisa (101) y por otro el exponente (1). 29 / 43 Sistema binario - Caracteres alfanuméricos (1) La unidad mı́nima de información que maneja un ordenador es el bit (0 o 1), mientras que para las personas, la unidad mı́nima de información es una letra de nuestro alfabeto o un dı́gito numérico. Esto es lo que llamamos carácter alfanumérico. Al comienzo de la era informática (años 40), cada ordenador tenı́a una forma diferente de codicar los caracteres alfanuméricos. Esto hacı́a que los datos fueran incompatibles entre ellos y obligaba a realizar conversiones. En los años 60, el ANSI (American National Standards Institute o Instituto Nacional Americano de Estándares) crea el primer estándar de codicación de caracteres para unicar su representación y hacerla compatible entre los distintos ordenadores. Este estándar es conocido como ASCII (American Standard Code for Information Interchange o Código Estándar Americano para el Intercambio de Información). 30 / 43 Sistema binario - Caracteres alfanuméricos (2) ASCII utiliza un código de 7 bits para codicar los caracteres alfanuméricos, lo cual permite un total de 128 caracteres distintos, suciente para letras del alfabeto inglés, dı́gitos y signos de puntuación. En realidad ASCII usa 8 bits (1 byte), ya que a los 7 bits que representan el carácter, se añadió un bit más para comprobación de errores. El código ASCII asigna a cada carácter un número entero (de 0 a 127) para que el ordenador pueda trabajar con él. 31 / 43 Sistema binario - Caracteres alfanuméricos (3) Con la expansión de la informática al resto del mundo no anglosajón, el código ASCII resulta insuciente, ya que no incluye caracteres de otros alfabetos diferentes del inglés. Ası́, comienzan a aparecer otros códigos de 1 byte que aprovechan el bit sobrante del ASCII para añadir otros 128 caracteres con letras de los alfabetos nórdicos, el español, el francés, etc. (vocales con distintas tildes, la ’ñ’, la ’ç’, etc.). Todos estos códigos son compatibles con ASCII (es decir, los 128 primeros caracteres son los mismos que en ASCII) y se conocen, en general, como códigos ASCII extendido. Los más usados son: CP850 (Code Page 850) u OEM850 (Original Equipment Manufacturer 850 ): es la codicación de caracteres usada por el sistema operativo MS-DOS. En Windows la sigue usando cmd y las aplicaciones que se ejecuten desde él. 32 / 43 Sistema binario - Caracteres alfanuméricos (4) ISO 8859: es la codicación de caracteres propuesta por la ISO (International Organization for Standardization u Organización Internacional de Normalización). Consiste en varios juegos de caracteres distintos en los que los 128 caracteres extendidos varı́an en función de la lengua usada. Los más conocidos son: ▶ ISO-8859-1 (Latin1): añade caracteres de lenguas de Europa Occidental (español, francés, portugués, etc.). Con la llegada del euro, se tuvo que añadir el carácter ’€’ y pasó a ser el estándar ISO-8859-15. ▶ ISO-8859-2 (Latin2): añade caracteres de lenguas de Europa del este. ▶ ISO-8859-4 (Latin4): añade caracteres de lenguas del norte de Europa. ▶ ISO-8859-5 (Latin/Cyrillic): añade caracteres de lenguas que usan caracteres cirı́licos (ruso, ucraniano, etc.). ▶ ISO-8859-6 (Latin/Arabic): añade caracteres de lenguas árabes. ▶ ISO-885976 (Latin/Greek): añade caracteres de griego. ▶ ISO-8859-8 (Latin/Hebrew): añade caracteres hebreos. Windows-1252 (CP1252): es una variante de ISO-8859-1, usada por el sistema operativo Windows. 33 / 43 Sistema binario - Caracteres alfanuméricos (5) Con la aparición de la Web, en los años 90, se hizo necesaria una codicación de caracteres universal, ya que una página web creada con la codicación local del creador de la misma, no se veı́a bien en el navegador de un usuario que estuviese usando una codicación distinta. Entonces surge el estándar Unicode, que incluye soporte para caracteres de todas las lenguas existentes ya sean vivas o muertas e incluso aquellas que usan signos como los kanjis japoneses, los sinogramas chinos o los caracteres han coreanos. Ası́, abarca unos 150.000 caracteres distintos. Unicode usa una codicación de entre 1 y 4 bytes, dependiendo del sistema Unicode elegido y es compatible con ASCII (primeros 128 caracteres) y con ISO-8859-1 (los 128 caracteres siguientes). Los más usados son: UTF-8: usa una codicación de tamaño variable de entre 1 y 4 bytes según el carácter almacenado. UTF-16: usa una codicación de tamaño jo de 2 bytes. UTF-32: usa una codicación de tamaño jo de 4 bytes. 34 / 43 Ordenador - Estructura fı́sica (1) El hardware de un ordenador se organiza siguiendo la llamada arquitectura o modelo de Von Neumann, denida por el matemático John von Neumann en 1945. Esta arquitectura divide el hardware de un ordenador en unidades funcionales. Una unidad funcional es un conjunto de componentes de hardware que trabajan en colaboración para realizar una función determinada. La unidad funcional es un término conceptual, no especica el tipo, marca, modelo o caracterı́sticas de los componentes concretos del ordenador. Por ejemplo, si hablamos de unidad de memoria, nos estamos reriendo a todo tipo de hardware que podemos usar en el ordenador para almacenar datos, ya sea memoria RAM, disco duro, discos externos, pendrives, etc. 35 / 43 Ordenador - Estructura fı́sica (2) Modelo Von Neumann 36 / 43 Ordenador - Estructura fı́sica (3) El modelo von Neumann establece que todo ordenador debe tener 4 unidades funcionales: Unidad de control (UC o CU). Unidad aritmético-lógica (UAL o ALU). Unidad de Entrada/Salida (E/S o I/O). Unidad de memoria. En el pasado, la unidad de control y la unidad aritmético-lógica se encontraban en dos chips (circuitos integrados) separados. Actualmente, ambas se encuentran en el interior del chip del procesador, por lo que a veces se consideran como una sola unidad funcional denominada Unidad Central de Procesamiento (UCP o CPU). Todas estas unidades funcionales se comunican por medio de vı́as o cables denominados buses Unidad de control (UC o CU): dirige y coordina al resto de las unidades funcionales. Es el cerebro del ordenador. Está formada por una serie de circuitos electrónicos dentro del chip del procesador. 37 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (1) Unidad Aritmético-Lógica (UAL o ALU): realiza las operaciones matemáticas y lógicas que tiene que hacer el ordenador. También está formada por circuitos electrónicos dentro del chip del procesador. Unidad de Entrada/Salida (E/S o I/O): la forman todos los componentes que sirven para introducir o sacar datos del ordenador. A estos componentes se les llama periféricos y pueden ser de entrada (teclado, ratón, etc.), de salida (monitor, impresora, etc.) o de entrada/salida (pantalla táctil, tarjeta de red, bluetooth, etc.). La gestión de la E/S es muy importante para el ordenador porque los distintos periféricos compiten por el uso del procesador y deben ser coordinados. Para ello existen 3 técnicas: ▶ E/S programada: cuando el procesador quiere usar un periférico, da la orden y espera a que el dispositivo esté listo, sin hacer nada. ▶ E/S por interrupciones: cuando el procesador quiere usar un periférico, da la orden y sigue realizando otras operaciones hasta que el dispositivo le indique que está listo (interrupción). ▶ E/S por acceso directo a memoria (DMA): el periférico tiene acceso directo a la RAM y puede transmitir datos sin intervenir el procesador. 38 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (2) Unidad de memoria: engloba todos los componentes del ordenador que pueden almacenar datos. Los más importantes son: ▶ Registros: son pequeños componentes de memoria que están dentro del chip del procesador. Almacenan los datos con los que el procesador está trabajando directamente en un momento concreto. ▶ Memoria RAM o memoria principal: son las siglas de Random Access Memory o Memoria de Acceso Aleatorio. Se trata de un conjunto de chips, organizados en módulos que almacenan los datos con los que el ordenador está trabajando en un momento concreto. Es una memoria volátil (cuando el ordenador se apaga, se borra todo su contenido). ▶ Memoria caché: memoria pequeña, compuesta por circuitos y situada entre la memoria RAM y el procesador. Puede estar dentro del procesador o en la placa base. Esta memoria almacena solamente los datos que usa más a menudo el procesador para poder acceder a ellos más rápidamente y mejorar el rendimiento. Está fabricada con tecnologı́as más rápidas y caras que la memoria RAM. 39 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (3) ▶ Disco duro o memoria secundaria: memoria de gran capacidad formada por discos magnéticos (HDD) o por chips (SSD) que almacena datos de forma permanente (los datos no se borran al apagar el ordenador). Es mucho más lenta que la memoria RAM, por lo que el ordenador va pasando los datos con los que necesita trabajar del disco duro a la RAM y trabaja con ellos allı́, hasta que se vuelven a guardar en el disco duro. ▶ Memoria auxiliar o externa: componentes de memoria externos al ordenador como pueden ser: CD/DVD, discos duros externos, pendrives, tarjetas de memoria, etc. 40 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (4) Jerarquı́a de la memoria 41 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (5) Las unidades funcionales del ordenador están unidas por buses, que son vı́as, canales o manojos de cables que transportan datos de un punto a otro de un circuito electrónico. Según el tipo de datos que transporten, tenemos 3 tipos de buses: Bus de datos: transporta datos en general. Bus de direcciones: transporta direcciones de memoria que el procesador solicita a la memoria. Podemos considerar la memoria como un bloque de celdas numeradas, cada una de las cuales contiene un dato de 1 byte. Cuando el procesador quiere trabajar con un dato de la memoria, lo solicita indicando el número (dirección) de la celda donde está almacenado a través del bus de direcciones y recibe el dato a través del bus de datos. Las direcciones de memoria suelen expresarse en hexadecimal. Bus de control: transporta señales de control para dirigir el uso y acceso a los buses de datos y direcciones y sincronizar a los distintos componentes del ordenador para que trabajen de forma organizada. 42 / 43 Ordenador - Unidades funcionales (6) 43 / 43