UT02 Introduccion a los Sistemas Informáticos MME 2022/2023 PDF

UT02 Introducción a los sistemas informáticos MME 2022/2023 1. Historia de los ordenadores  Ábaco: primer instrumento para calcular  Máquina aritmética (pascalina): realizaba sumas y restas  Máquina de Leibnitz...

UT02 Introducción a los sistemas informáticos MME 2022/2023 1. Historia de los ordenadores  Ábaco: primer instrumento para calcular  Máquina aritmética (pascalina): realizaba sumas y restas  Máquina de Leibnitz (1671) realizaba las cuatro operaciones aritméticas.  Máquinas mecánicas  Máquina de diferencias de Charles Babbage (Inglaterra 1791- 1871): realizaba funciones de 2º grado con 6 cifras  Máquina analítica (Charles Babbage): permitía ejecutar cualquier operación sin intervención humana en el proceso de cálculo  Máquinas electromecánicas  Máquina tabuladora de Herman Hollerith: usada para censo en EEUU  Máquina Z1 de Konrad Zuse: calculadora mecánica binaria operada con electricidad y de programabilidad limitada. 1 1. Historia de los ordenadores 1ª Generación: válvulas de vacío  Triodo o Audión (Lee de Forest 1906). El triodo es un tipo de tubo de vacío con tres elementos: el filamento o cátodo, que al calentarse produce electrones, el ánodo o placa que al estar cargado atrae a los electrones, y la rejilla situada entre el cátodo y el ánodo.  El triodo, fue el primer dispositivo de amplificación de la señal eléctrica.  Características  Disipación calorífica muy elevada  Gran tamaño y poca capacidad  Lenguaje máquina  Monoprogramación  Sin sistema operativo  Memorias de ferritas y lenguaje ensamblador 1. Historia de los ordenadores  Ejemplos  ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Calculator) ◼ 1946: considerado el primer ordenador electrónico de propósito general. ◼ Programación cableada.  ABC (Atanasoff-Berry-Computer) ◼ Primero en emplear elementos electrónicos. ◼ Primero en usar el sistema binario en computación  Colossus  EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer) ◼ Basado en la arquitectura de Von Neumann  UNIVAC I ◼ Primer ordenador comercial con éxito. 2 1. Historia de los ordenadores 1. Historia de los ordenadores 3 1. Historia de los ordenadores 2ª Generación: transistores  El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que se utiliza como amplificador o conmutador electrónico.  Forma parte de conmutadores electrónicos, puertas lógicas, memorias de ordenadores y otros dispositivos.  Fue el sustituto de los triodos en los circuitos.  Características  Menor tamaño, menor disipación de calor, mayor fiabilidad  Primeros lenguajes de alto nivel: ◼ FORTRAN ◼ COBOL ◼ ALGOL  Germen del primer sistema operativo: procesamiento por lotes  Generalización de las memorias de ferritas 1. Historia de los ordenadores 2ª Generación: transistores 4 1. Historia de los ordenadores 2ª Generación: transistores  Innovadores, con poca repercusión comercial:  UNIVAC LARC  IBM STRETCH (o 7030)  Burroughs D-825  ATLAS  Comerciales:  CDC 1604 y 3600  IBM 1410  PDP 1 de DEC  Serie 1100 de Univac 1. Historia de los ordenadores 3ª Generación: circuitos integrados  Circuito integrado: chip/microchip sólido de material semiconductor (silicio) en la que se encuentran múltiples componentes y circuitos electrónicos sobre en una resina.  Estos componentes son transistores, resistencias, diodos, etc.  Según el número de componentes (nivel de integración), los circuitos integrados se clasifican en:  SSI (Small Scale Integration): de 10 a 100 transistores  MSI (Medium Scale Integration): 101 a 1000 transistores  LSI (Large Scale Integration): 1001 a 10000 transistores  VLSI (Very Large Scale Integration): 10001 a 100000 transistores  ULSI (Ultra Large Scale Integration): 100001 a 1000000 transistores  GLSI (Giga Large Scale Integration): más de un millón de transistores 5 1. Historia de los ordenadores 3ª Generación: circuitos integrados  Circuitos integrados analógicos  Pueden constar desde simples transistores encapsulados juntos, sin unión entre ellos, hasta circuitos completos y funcionales, como amplificadores, osciladores o incluso receptores de radio completos.  Circuitos integrados digitales  Pueden ser desde básicas puertas lógicas (AND, OR, NOT…) hasta los más complicados microprocesadores o microcontroladores. 1. Historia de los ordenadores 3ª Generación: circuitos integrados  Características  Menor tamaño, más baratos, menor consumo de energía  Primera familia de ordenadores compatibles a nivel de arquitectura: IBM-360  Concepto de arquitectura de computadores: “Lo que debe conocer un programador para escribir un programa correcto para ese computador”  Supercomputadores: 6600 de Control Data (1963).  Minicomputadores: PDP-8 y PDP-11 (DEC)  Sistemas operativos: multiprogramación y tiempo compartido.  Lenguajes: lenguajes de alto nivel estructurado (Dijkstra, 1968) 6 1. Historia de los ordenadores 3ª Generación: circuitos integrados 1. Historia de los ordenadores 4ª Generación: microprocesadores  Microprocesador: es un circuito integrado que contiene todos los elementos necesarios para conformar una Unidad Central de Procesamiento (UCP / CPU)  Este componente electrónico está compuesto por millones de transistores, integrados en una misma placa de silicio.  Marca el inicio de la informática doméstica. 7 1. Historia de los ordenadores 4ª Generación: microprocesadores  Características  Microprocesadores y memorias de semiconductor.  Otras aplicaciones: electrodomésticos, equipos de música y vídeo, etc.  Arquitectura RISC (MIPS R2000, SPARC)  Supercomputadores: computadores paralelos  Lenguajes de programación: C y Ada  Sistemas operativos. Estandarización: UNIX  Interfaces gráficas.  Generalización de las redes de ordenadores 1. Historia de los ordenadores 4ª Generación: microprocesadores  Ejemplos de procesadores de esta generación: 4 bits: primer microprocesador: Intel 4004 (1971)  8 bits: Intel 8080-85, Motorola 6800 y Zilog Z-80  16 bits: Intel 8086-88, Motorola 68000 y Z-8000 Intel 4004 Intel 8086 Motorola 68000 8  1. Historia de los ordenadores 5ª Generación  Esta generación está asociada a la mejora extrema de las tecnologías de integración de circuitos.  En realidad lo que obtenemos son muchos más transistores en un espacio muy reducido, lo que significa más capacidad de computación y más miniaturización.  Ley de Moore  Tamaño de los transistores: del orden de nanómetros (mil millonésima parte de un metro, 10-9 m)  Por ejemplo, en el año 2019 la CPU AMD Ryzen 9 3900X tiene en su interior unos 9.890.000.000 (casi 10 mil millones de transistores) en un microprocesador, usando una tecnología de 7nm.  En esta generación aparecen los ordenadores portátiles y smartphones. 1. Historia de los ordenadores 2010 Intel Core 2nd Gen (Sandy Bridge) 1.160 millones de transistores (32 nm) 2021 AMD Threadripper 3990X: casi 40 mil millones de transistores (7 nm) 9 1. Historia de los ordenadores Lectura recomendada: https://hardzone.es/tutoriales/rendimiento/nanometros-litografia-transistores/ 1. Historia de los ordenadores 10 1. Historia de los ordenadores 6ª generación… ¿actualidad / futuro?  Inteligencia artificial (IA / AI).  Procesamiento en paralelo / computación distribuida.  Aumento exponencial de la capacidad de computación y almacenamiento.  Big Data.  Ordenadores capaces de interactuar con el ser humano y aprender.  Computación cuántica. 2. Arquitectura de ordenadores  La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura operacional fundamental de un sistema computacional. 11 2. Arquitectura de ordenadores 2. Arquitectura de ordenadores CPU 12 2. Arquitectura de ordenadores  Componentes básicos de un PC (hardware)  Procesador (CPU)  Placa base  Memoria RAM  Tarjeta gráfica  Dispositivos de almacenamiento  Periféricos  Fuente de alimentación 2. Arquitectura de ordenadores  Componentes básicos de un PC (hardware) 13 2. Arquitectura de ordenadores  Componentes básicos de un PC (software)  Software base: sistema operativo ◼ Puente entre el usuario y el hardware de la máquina. ◼ El usuario no necesita saber cómo funcionan los circuitos internos.  Software de aplicación ◼ Habitualmente llamados programas o aplicaciones, orientados a tareas como la ofimática, gestión de datos, diseño, videojuegos, programación, etc. 2. Arquitectura de ordenadores ¿Qué debemos conocer de un ordenador? 14 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann  Estableció el modelo básico de los computadores digitales (1946)  Construyó una computadora con programas almacenados (hasta entonces trabajaban con programas cableados).  Su idea principal consistió en conectar permanentemente las unidades de las computadoras, siendo coordinado su funcionamiento por un elemento de control.  Esta tecnología sigue vigente, aunque evolucionada y con modificaciones. 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann E/S CPU 15 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann  Se compone de cuatro elementos funcionales:  Unidad Central de Proceso (CPU)  Memoria principal (MP)  Interfaces de entrada y salida (I/O - E/S)  Buses ◼ bus de control ◼ bus de datos ◼ bus de direcciones 16 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann  Se compone de cuatro elementos funcionales:  Unidad Central de Proceso (CPU, Central Process Unit) es considerada como el cerebro del ordenador.  Memoria principal (MP) donde se almacenan datos y programas.  Interfaces de entrada y salida (I/O - E/S) destinadas a liberar de trabajo a la CPU en la comunicación con dispositivos periféricos de entrada, salida y entrada-salida  Buses interconectan los tres elementos anteriores a través de un conjunto de líneas que llevan señales de control (bus de control), datos e instrucciones (bus de datos) y direcciones de memoria (bus de direcciones). 2. Arquitectura de ordenadores Arquitectura Von Neumann 17 2.1 CPU: unidad central de proceso  La CPU ejecuta las instrucciones que se encuentran en la memoria principal y procesa los datos de la memoria o de los periféricos.  Cada instrucción realmente se va a descomponer de varias microinstrucciones.  En la actualidad es un circuito integrado llamado procesador o microprocesador.  La CPU (Von Neumann) está compuesta de cuatro elementos:  Unidad de control (UC)  Unidad aritmético-lógica (ALU)  Registros  Buses internos 2.1 CPU: unidad central de proceso  Ejemplo de instrucción: 18 2.1 CPU: unidad central de proceso  Cada arquitectura de CPU define su juego de instrucciones: definición detallada del conjunto de instrucciones que es capaz de ejecutar una CPU.  Esta definición es la que determina lo que realiza exactamente cada instrucción.  Por ejemplo, juego de instrucciones de la arquitectura Intel x86  A modo de curiosidad, vamos a acceder a un desensamblador online para convertir un ejecutable en las instrucciones básicas que lo componen: https://onlinedisassembler.com/ 2.1 CPU: unidad central de proceso 19 2.1 CPU: unidad central de proceso  Unidad de control (UC)  Busca las instrucciones en la memoria principal  Las interpreta (decodificador)  Las ejecuta  Genera las señales de control y señales de estado necesarias  Genera los pulsos de reloj (sincronizador)  Unidad aritmético-lógica (ALU)  Realiza, según le ordena la UC: ◼ operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división) ◼ operaciones lógicas (NOT, AND, OR, XOR, comparaciones...) 2.1 CPU: unidad central de proceso En este ejemplo:  Función 9: sumar  Operando A: 0012_H  Operando B: 0005_H  Resultado: 0017_H 20 2.1 CPU: unidad central de proceso  Registros  Constituyenel almacenamiento interno de la CPU  Almacenan temporalmente la información necesaria para ejecutar las instrucciones.  Buses internos:  Dentro de la CPU hay una serie de buses que permiten intercambiar información de datos, de direcciones y de control entre la UC, la ALU y los registros. 2.1 CPU: unidad central de proceso  ¿Qué es un bus?  Bus: conjunto de líneas eléctricas que permiten la transmisión de los datos en paralelo.  Ancho del bus ◼ Es el número de bits que se pueden transmitir simultáneamente (en paralelo) en ese bus.  Frecuencia del bus. ◼ Se mide en hercios (Hz), ciclos por segundo (si un bus trabaja a 1 GHz significa que puede realizar 109 transferencias de información por segundo)  Ancho de banda de un bus ◼ cantidad de información (bits) que puede transmitir por unidad de tiempo (seg): ancho de banda del bus (bps) = frecuencia del bus (Hz) x ancho del bus (bits) 21 Actividad  ¿Cuál sería el ancho de banda de un bus de 16 bits que trabaja a 133 MHz? Expresar el resultado en Gb/s y en MB/s. 2.1 CPU: unidad central de proceso 22 2.2 Registros de la CPU 2.2 Registros de la CPU  Son celdas de memoria de muy alta velocidad que almacenan datos temporales mientras se ejecuta una instrucción.  Tamaño de pocos bits, siempre potencias de 2: 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits…  Todos los registros de una CPU tienen el mismo tamaño, y a ese tamaño se le denomina palabra.  Cuando un procesador se dice que es de N bits, significa que trabaja con palabras de N bits, y por tanto sus registros tienen una capacidad o tamaño de N bits.  Procesadores de 32 bits vs. procesadores de 64 bits 23 2.2 Registros de la CPU  En la actualidad se trabaja con procesadores de arquitectura de 32 bits (cada vez menos) y arquitectura de 64 bits.  Recuerda: una CPU de 64 bits quiere decir que el tamaño de sus registros es de 64 bits cada uno.  Es decir, el tamaño de su palabra es de 64 bits. 2.2 Registros de la CPU  Algunos ejemplos:  Intel80386, 80486, Pentium, Pentium II, Pentium III, Pentium IV, Core, y AMD K6, Athlon, Athlon XP… eran procesadores de 32 bits.  Intel Pentium D, Core2, Core i3, i5, i7, i9, Atom… y AMD Athlon 64, Phenom, FX, Ryzen… son procesadores de 64 bits: usan palabras de 64 bits. 24 2.2 Registros de la CPU 2.2 Registros de la CPU  Registros de control y de estado en Von Neumann: 25 2.2 Registros de la CPU  Von Neumann: registros de control y de estado  Contador de programa (CP) Program Counter (PC) ◼ Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. ◼ LA UC modifica su valor tras finalizar la ejecución de cada instrucción.  Registro de instrucción (RI) Instruction Register (IR) ◼ Contiene la instrucción que se está ejecutando actualmente.  Registro de dirección de memoria (RDM) Memory Address Register (MAR) ◼ Donde coloca la UC la dirección de memoria o E/S a la que quiere acceder, ya sea para leer o escribir. ◼ Se encuentra conectado al bus de direcciones. 2.2 Registros de la CPU  Von Neumann: registros de control y de estado  Registro de intercambio de memoria (RIM) Memory Buffer Register (MBR) ◼ Donde coloca la unidad de control los datos o instrucciones a leer o escribir en memoria o en un periférico de E/S. ◼ Se encuentra conectado al bus de datos.  RA y RB (registros A y B) almacenan los operandos de entrada de la ALU.  Acumulador (AC) almacena los resultados de las operaciones de la ALU. 26 2.3 Ejecución de una instrucción ¿Cómo se ejecuta un programa? Paso a paso… 2.3 Ejecución de una instrucción ¿Cómo se ejecuta un programa? Paso a paso… 27 2.3 Ejecución de una instrucción ¿Cómo se ejecuta un programa? Paso a paso… 2.3 Ejecución de una instrucción  Un programa es un conjunto de instrucciones ordenadas, que resuelve un problema.  Cada una de estas instrucciones requiere una secuencia de operaciones que se conoce como el ciclo de instrucción, el cual consta de dos fases:  1.Fase de búsqueda: se busca y se lee la instrucción desde la memoria.  2. Fase de ejecución: se decodifica la instrucción y se lanza la secuencia de órdenes para llevar a cabo cada uno de los pasos que esta requiere. 28 2.3 Ejecución de una instrucción 2.3 Ejecución de una instrucción  Ejemplo de instrucción: 29 2.3 Ejecución de una instrucción 1. Fase de búsqueda de la instrucción  El contador de programa CP contiene la dirección de memoria donde está la siguiente instrucción.  La UC coloca esa dirección en el RDM (registro de dirección de memoria).  La UC da orden a la memoria de leer (señal R).  La memoria coloca la instrucción que se encuentra en la posición indicada en el RIM (registro de intercambio de memoria).  La instrucción se carga en el RI (registro de instrucción).  El contador de programa CP se incrementa en 1 para apuntar a la siguiente dirección (donde estará la siguiente instrucción). 2.3 Ejecución de una instrucción 2. Fase de ejecución  Se realizan las operaciones (microinstrucciones) correspondientes al código de la instrucción (codop) almacenada en el RI (registro de instrucción).  Ejemplos de microinstrucciones: saltar a una dirección de memoria a leer su contenido, almacenar el contenido del acumulador en una posición de memoria, cargar el contenido de un registro en otro, operar con los registros de la ALU, etc.  En la ejecución de la instrucción entran en juego tanto la UC como la ALU. 30 2.3 Ejecución de una instrucción  A todo este ciclo de ejecución de una instrucción se le denomina ciclo de CPU.  Cada ciclo de CPU se completa en una serie de ciclos de reloj (en cada ciclo de reloj se ejecutan una o varias microinstrucciones).  A cada ciclo de reloj por segundo se le denomina hercio (Hz)  1 Hz = 1 ciclo/segundo  103 Hz = 1 kHz  106 Hz = 1 MHz  109 Hz = 1 GHz  Es decir, se podría decir que un procesador de 3 GHz realiza 3.000.000.000 de “operaciones” (ciclos de reloj) por segundo. 3. CPUs 31 3. CPUs 32 4. La memoria  En la arquitectura Von Neumann se habla de memoria principal, también llamada: memoria primaria, memoria central, memoria interna o también memoria RAM.  En ella se almacenan temporalmente tanto los datos como los programas que la CPU está procesando o va a procesar en un determinado momento. 4. La memoria  Tipos de memoria  ROM (Read-Only Memory) ◼ Memoria de solo lectura ◼ No volátil (no pierde la información aunque no haya corriente) ◼ En PCs, suele contener el software básico para poder cargar el sistema operativo desde los periféricos de E/S a la RAM (POST y BIOS/EFI). ◼ Estas últimas son ROM programables (EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory), por lo que sí pueden borrarse y escribirse en ellas. ◼ En la actualidad, muchas BIOS ya no son ROM sino que son memorias flash, más rápidas. 33 4. La memoria  Tipos de memoria  RWM (Read-Write Memory) ◼ Memoria de lectura y escritura ◼ Memoria volátil (pierde la información si no hay corriente) ◼ Normalmente es memoria RAM (Random Access Memory), pero no siempre (aunque nos solemos referir a ella así). ◼ Almacena tanto los programas en ejecución (conjunto de instrucciones) como los datos que manejan estos programas. ◼ El núcleo (kernel) del sistema operativo se carga en la RWM. ◼ El sistema operativo se encargará de cargar los programas y datos de usuario en la RWM desde los dispositivos de E/S. 4.1 Memoria principal 34 4.1 Memoria principal  La memoria está compuesta de celdas, casillas, o posiciones de memoria, de un determinado número de bits de capacidad, llamadas también palabras de memoria.  Cada celda de memoria tiene:  Una dirección: número que identifica unívocamente a la celda de memoria.  Un contenido: instrucción o dato que se almacena en esa celda en ese momento.  Esta ligada a las unidades más rápidas del ordenador (UC y ALU). 4.1 Memoria principal 35 4.1 Memoria principal  La memoria principal se comunica con la CPU a través del bus de direcciones y el bus de datos.  Por el bus de direcciones viaja la dirección de memoria a la que se quiere acceder.  Por el bus de datos viaja el dato que se ha leído de la memoria o que se va a escribir en ella. 4.1 Memoria principal  El ancho del bus de direcciones (n bits) determina la capacidad que posee el microprocesador para el direccionamiento de direcciones en memoria.  16 bits de ancho → puede acceder a 216 direcciones  32 bits de ancho → puede acceder a 232 direcciones  64 bits de ancho → puede acceder a 264 direcciones  El ancho de bus de direcciones coincide con el tamaño de palabra (registros) de la CPU. 36 Actividad  Si tenemos una CPU cuya arquitectura es de 32 bits:  ¿Cuál es el ancho de su bus de direcciones?  ¿A cuántas direcciones de memoria puede acceder?  Si cada dirección de memoria contiene 1 byte, ¿cuántos GiB puede direccionar?  ¿Y si la CPU es de 64 bits? 4.1.1 Proceso de lectura  Para leer una posición de memoria:  La UC coloca en el RDM (registro de direcciones de memoria) la dirección de memoria a la que quiere acceder.  Asimismo, por el bus de control, da la orden a la memoria de que quiere leer (señal R).  La dirección almacenada en el RDM viaja por el bus de direcciones hasta la memoria.  Tras un tiempo de búsqueda (que puede ser un ciclo de reloj o más), la memoria pone en el bus de datos el contenido de la celda de memoria que habíamos solicitado leer.  El dato se almacena en el RIM (registro de intercambio de memoria).  Asimismo, la memoria informa por el bus de control a la UC que ya ha puesto el dato pedido en el bus de datos. 37 4.1.1 Proceso de lectura 4.1.2 Proceso de escritura  Para escribir en una posición de memoria  La UC copia en el RDM (registro de direcciones de memoria) la dirección de memoria en la que quiere escribir.  Además, en el RIM (registro de intercambio de memoria) coloca el dato que queremos almacenar en esa posición de memoria.  Asimismo, por el bus de control da la orden a la memoria de que quiere escribir en ella (señal W).  La dirección almacenada en el RDM (registro de direcciones de memoria) viaja por el bus de direcciones hasta la memoria y el dato almacenado en el RIM (registro de intercambio de memoria) viaja por el bus de datos hasta la memoria.  Tras un tiempo de escritura (que puede ser un ciclo de reloj o más), la memoria informa por el bus de control a la UC que ha completado la escritura. 38 4.2 Jerarquía de memoria  La memoria en un ordenador se organiza en varios niveles en función de su velocidad.  Esta distribución se denomina jerarquía de memoria y optimiza el uso de ésta, ya que la información se ubica en un determinado nivel según su probabilidad de ser utilizada: a mayor probabilidad, menor nivel (más rápido).  Los niveles están diseñados de forma que las memorias más rápidas se sitúan en los niveles más bajos.  Existe una relación entre la velocidad de una memoria y su capacidad y coste: a mayor velocidad, mayor coste y menor capacidad 4.2 Jerarquía de memoria Mayor velocidad Discos duros Memoria Memoria Registros y SSD RAM caché CPU Mayor capacidad 39 4.2 Jerarquía de memoria  En general, a igual capacidad, cuanto más rápida es la velocidad de acceso, mayor es el precio.  Esquema de jerarquía de memoria en un ordenador:  Disco duro / SSD: memoria permanente de gran capacidad que intercambia datos con la RAM.  RAM: memoria volátil que almacena instrucciones y datos de manera temporal, intercambiándolos con la CPU.  Caché: memoria volátil en la que se almacena una serie de datos para su acceso rápido.  Registros: celdas de memoria volátil de muy alta velocidad que almacenan datos temporales mientras se ejecuta una instrucción. 4.2 Jerarquía de memoria Memoria auxiliar 40  4.2 Jerarquía de memoria Los niveles 0, 1 y 2 constituyen lo que se conoce como la memoria interna del equipo. El resto de niveles conforman la memoria externa. 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria auxiliar (externa)  Esta memoria se usa como soporte de respaldo de información, pudiendo situarse en medios extraíbles o en red.  Ejemplo: memorias USB, tarjetas SD, cintas de copia de seguridad, CD/DVD/Blu-ray, almacenamiento en red, discos externos, etc. 41 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria secundaria  También llamada memoria de almacenamiento  Se utiliza para almacenar información de forma permanente, por lo que es de alta capacidad.  Ejemplo: discos duros internos, unidades de estado sólido SSD… 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria principal (RAM)  Memoria primaria (MP), memoria principal, memoria central, memoria interna o también memoria RAM.  Se emplea para almacenar datos y programas de forma temporal.  En el momento que dejen de recibir corriente eléctrica, se perderá su contenido. 42 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria principal (RAM) 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria caché  Es una memoria intermedia entre la memoria central (RAM) y la CPU, utilizada como apoyo para acelerar los accesos de la CPU a la RAM.  La memoria caché es “la sala de espera” para los datos que tienen que procesarse.  Si esta sala de espera es pequeña, se corre el riesgo de que la CPU termine su trabajo rápidamente y tenga que esperar a que le lleguen nuevos datos, en lugar de tenerlos preparados para procesarlos inmediatamente.  Por lo tanto, cuanto mayor sea esa memoria caché, más cantidad de datos estarán siempre dispuestos para optimizar el funcionamiento de la CPU. 43 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria caché 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria caché: niveles  La caché en realidad está dispuesta en varios niveles (L1, L2, L3, L4) siendo la L1 la más rápida y de menor capacidad, y la L4 la más lenta y de mayor capacidad. ◼ La L4 no es habitual, pero hay CPUs que la incorporan.  En función de la frecuencia de uso, la información se va moviendo entre los diferentes niveles de la cache antes de abandonarla.  En la actualidad, las memorias caché se encuentran dentro de la CPU, siendo algunos de sus niveles específicos de cada core/núcleo. 44 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria caché: niveles 4.2 Jerarquía de memoria  Memoria caché 45 4.2 Jerarquía de memoria  Registros  Son memorias de muy alta velocidad y baja capacidad (bits) utilizadas para el almacenamiento intermedio de datos en las unidades funcionales, especialmente en la Unidad de Control (UC) y la Unidad Aritmético-Lógica (ALU)  Es decir, se encuentran dentro de cada núcleo de la CPU. Recuerda: el tamaño de los registros es el tamaño de palabra de la CPU (en la actualidad, 64 bits). 4.2 Jerarquía de memoria  Registros 46 4.2 Jerarquía de memoria 5. Unidad E/S  La unidad E/S es la encargada de establecer la comunicación entre la CPU y los periféricos.  La unidad de E/S consta de:  Interfaz:gestiona el intercambio de información entre el periférico y la CPU.  Controlador: se comunica directamente con el periférico. 47 5. Unidad E/S  La unidad E/S es la encargada de establecer la comunicación entre el usuario y la CPU, utilizando los dispositivos denominados periféricos.  La unidad de E/S consta de:  Interfaz: encargada de gestionar el intercambio de información entre el periférico y la CPU. ◼ Adapta la información de cada dispositivo a un conjunto de señales normalizadas.  Controlador: se comunica directamente el periférico 5. Unidad E/S: ejemplo Interfaz (SATA) 48