domingo, 12 de octubre de 2014

Bus


Un bus constituye un sistema común interconectado compuesto por un grupo de cables o circuitos que coordina y transporta información entre las partes internas de la computadora. El bus de una computadora consta de dos canales: uno que el CPU emplea para localizar datos, llamado bus de direcciones, y otro que se utiliza para enviar datos a una dirección determinada llamado bus de datos.


 
Cuando la arquitectura de bus es utilizada en un computador, el procesador o procesadores, los bancos de memoria y las unidades de control periféricas están todos interconectados mediante el bus. El bus está dividido en dos canales, uno para seleccionar donde está localizado el dato (bus de direcciones) y otro para  transferir el dato (bus de datos). Cuando se conecta una tarjeta de circuito impreso (puede ser una tarjeta de video, modem interno, tarjeta de Red etc.) en una de las ranuras de expansión de un computador personal. Se  le está conectando al bus.


Un bus es como una línea de interconexión, formada por un conjunto de cables conductores que representan canales, cuales transporta un bit de información. El número de líneas que forman los buses (ancho del bus) indica la cantidad de bits que puede enviar al mismo tiempo. Éste conecta los componentes internos.

Tipos de Bus
Existen dos grandes tipos clasificados por el método de envío de la información: bus paralelo o bus serie.
Hay diferencias en el desempeño y hasta hace unos años se consideraba que el uso apropiado dependía de la longitud física de la conexión: para cortas distancias el bus paralelo, para largas el serial.

Bus paralelo
Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo.

Bus serial
En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Es usado desde hace menos de 10 años en buses para discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión y para el bus del procesador.

Buses: de control, de direcciones y de datos

Bus de control
Este bus transporta señales de estado de las operaciones efectuadas por la CPU. El método utilizado por el ordenador para sincronizar las distintas operaciones es por medio de un reloj interno que posee el ordenador y facilita la sincronización y evita las colisiones de operaciones (unidad de control). Estas operaciones se transmiten en un modo bidireccional y unidireccional.
Características:
  • Por este se envían los bits que indican las instrucciones a realizar con el dato.
  • Se indica también la IRQ y DMA del dispositivo.
IRQ + un número: Sirve para que el Microprocesador identifique de donde provienen estos datos (AGP, Disco, RAM, Puerto USB, etcétera).
IRQ: Interrupt ReQuest (Pedido de Interrupción).
DMA: Direct Memory Access (Acceso Directo a Memoria).

Bus de direcciones
Es utilizado por el microprocesador para señalar la celda de memoria (o el dispositivo de E/S) con el que se quiere operar. El tipo de operación será de lectura o de escritura y los datos implicados viajarán por el bus de datos.
Por él circula la expresión binaria de la dirección de memoria a la cual el microprocesador quiere acceder. Tiene sentido de flujo unidireccional desde el microprocesador hacia la memoria.
Características:
  • Por este se indican las direcciones de memoria en las cuales se leerán o escribirán los datos.
  • La cantidad de líneas determina la memoria máxima a utilizar.
Bus de datos
Mueve los datos entre los dispositivos del hardware de Entrada como el teclado, el ratón, etc.; de salida como la Impresora, el Monitor; y de Almacenamiento como el Disco Duro, el Disquete o la Memoria-Flash.
Características:
  • Por este se enviarán los bits que conforman al dato.
  • Están compuestos por 8, 16, 32 y 64 líneas.
  • Son bidireccionales.
Para medir el rendimiento de un bus de datos tenemos en cuenta 2 factores:
a) Ancho de Bus:
  1. Cantidad de líneas físicas que lo componen.
  2. Cada línea envía un bit a la vez.
b) Frecuencia:
  1. Velocidad a la que se envían los bits por una línea.
  2. Se mide en Hz (Hertz).
 


  http://datateca.unad.edu.co/contenidos/309696/ECBTI_MPyMC_V_02/Sismp.png

Registros del procesador



Los registros del procesador son sitios de almacenamiento rápido y temporal, se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética.  Los registros son espacios físicos dentro del microprocesador con capacidad de 4 bits hasta 64 bits dependiendo del microprocesador que se emplee.
 

Los registros del procesador se emplean para controlar instrucciones en ejecución, manejar direccionamiento de memoria y proporcionar capacidad aritmética. Los registros son direccionables por medio de un nombre. Los bits por convención, se numeran de derecha a izquierda, como en:

... 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0


Los registros internos del procesador se pueden clasificar en 6 tipos diferentes:

1.     Registros de segmento
Un registro de segmento tiene 16 bits de longitud y facilita un área de memoria para direccionamiento conocida como el segmento actual.

Registro CS: El DOS almacena la dirección inicial del segmento de código de un programa en el registro CS.  Esta dirección de segmento, más un valor de desplazamiento en el registro apuntador de instrucción (IP),  indica la dirección de una instrucción que es buscada para su ejecución.

Registro DS: Genera una referencia a la localidad de un byte especifico en el segmento de datos.

Registro SS: Permite la colocación en memoria de una pila, para almacenamiento temporal de direcciones y datos.

Registros ES: Alguna operaciones con cadenas de caracteres (datos de caracteres) utilizan el registro extra de segmento para manejar el direccionamiento de memoria.


2.     Registros de propósito general
Los registros de propósito general AX, BX, CX y DX son los caballos de batalla del sistema. Son únicos en el sentido de que se puede direccionarlos como una palabra o como una parte de un byte.

Registro AX: El registro AX, el acumulador principal, es utilizado para operaciones que implican entrada/salida y la mayor parte de la aritmética.

Registro BX: El BX es conocido como el registro base ya que es el único registro de propósito general que puede ser índice para direccionamiento indexado.

Registros CX: El registro CX es conocido como el registro contador. Puede contener un valor para controlar el número de veces que un ciclo se repite o un valor para corrimiento de bits.

Registros DX: El registro DX es el registro de datos. En algunas operaciones se indica mediante estos registros el número de puerto de entrada/salida, y en las operaciones de multiplicación y división de 16 bits se utiliza junto con el acumulador AX.

3.     Registros Apuntadores
Los registros SP (apuntador de la pila) Y BP (apuntador de base) están asociados con el registro SS y permiten al sistema acceder datos en el segmento de la pila.

Registro SP: El apuntador de la pila de 16 bits está asociado con el registro SS y proporciona un valor de desplazamiento que se refiere a la palabra actual que está siendo procesada en la pila.

Registro BP: El BP de 16 bits facilita la referencia de parámetros, los cuales son datos y direcciones transmitidos vía pila.


4.     Registro de Banderas
Muchas instrucciones que piden comparaciones y aritmética cambian el estado de las banderas, algunas cuyas instrucciones pueden realizar pruebas para determinar la acción subsecuente. En resumen, los bits de las banderas comunes son como sigue:

OF (Over flow, Desbordamiento): Indica desbordamiento de un bit de orden alto (más a la izquierda) después de una operación aritmética.

DF (Direction flag, Dirección): Designa la dirección hacia la izquierda o hacia la derecha para mover o comparar cadenas de caracteres.

IF (Interruption flag, Interrupción): Indica que una interrupción externa, como la entrada desde el teclado, sea procesada o ignorada.

TF (Trap flag, Trampa): Permite la operación del procesador en modo de depuración (paso a paso).

SF (Sign flag, Signo): Contiene el signo resultante de una operación aritmética (0=positivo; 1=negativo).

ZF (Zero flag, Cero): Indica el resultado de una operación aritmética o de comparación (0 = resultado diferente de cero y 1 = resultado igual a cero).

AF (Auxiliary carry flag, Acarreo Auxiliar): Contiene un acarreo externo del bit 3 en un dato de 8 bits para aritmética especializada.

PF (Parity flag, Paridad): Indica paridad par o impar de una operación en datos de 8 bits de bajo orden (más a la derecha).

CF (Carry flag, Acarreo): Contiene el acarreo del bit de mayor orden después de una operación aritmética; también almacena el contenido del último bit en una operación de desplazamiento o de rotación.



5.     Registro de Apuntador de Instrucciones
El registro apuntador de instrucciones (IP) de 16 bits contiene el desplazamiento de dirección de la siguiente instrucción que se ejecuta. El IP está asociado con el registro CS en el sentido de que el IP indica la instrucción actual dentro del segmento de código que se está ejecutando actualmente.


6.     Registros de PILA
La pila es un área de memoria importante y por ello tiene, en vez de uno, dos registros que se usan como desplazamiento (offset) para apuntar a su contenido. Se usan como complemento al registro y son:

SP- Stack Pointer: Se traduce como puntero de pila y es el que se reserva el procesador para uso propio en instrucciones de manipulado de pila. Por lo general, el programador no debe alterar su contenido.

BP- Base pointer: Se usa como registro auxiliar. El programador puede usarlo para su provecho.
Claro que estos nombres y tipos de registros son estándar, ya que cada fabricante puede utilizar otros registro que reemplacen a estos o los auxilien, aun así, los fabricantes que usan otros registro tienen la misma función que los anteriormente mencionados.

Unidad Central de Proceso (CPU)

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La CPU ( Se le denomina CPU por las siglas en ingles central processing unit), es el núcleo de la funcionalidad de una computadora. La CPU es la parte principal de un equipo que procesa los cálculos matemáticos necesarios para que la máquina funcione. A las CPU se les suele llamar "cerebros" de las computadoras, ya que no podrían funcionar sin ellas.

Sus partes principales son Las siguientes:
  • La unidad de control (UC).
  • La unidad aritmético – lógica (UAL).
  • La Memoria Central (MC).
La unidad central de proceso también incorpora un cierto número de registros rápidos (pequeñas unidades de memoria) de propósito especial, que son utilizados internamente por la misma.
Una aproximación al diseño interno de un microprocesador es el siguiente:
 

Función

Las CPU están diseñadas para ejecutar las instrucciones de un programa. Los programas se almacenan como secuencias numéricas dentro de la memoria de la computadora. Cuando se accede a un programa, la CPU procesa sus instrucciones. Las CPU llevan a cabo instrucciones de programación en el mismo formato original de la computadora con programas almacenados que desarrolló John Von Newmann. Las instrucciones se ejecutan en cuatro pasos: búsqueda, decodificación, ejecución y reescritura. Las CPU buscan las instrucciones del programa y las decodifican. A medida que la CPU va decodificando las instrucciones, ordena y prioriza la información del programa para preparar la ejecución. La ejecución es donde la CPU completa las instrucciones del programa. Una vez que se completa la ejecución de un programa, la CPU vuelve a escribir los resultados de la ejecución de manera que se almacenen en su registro interno o memoria informática. Cuando se vuelve a acceder al programa, la CPU puede acceder a la información de contestación del programa.
 Para una mejor compresión del funcionamiento de la UCP, la misma se puede dividir en dos unidades la unidad de control y la unidad aritmético-lógica.

Unidad de control (UC)

La unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controla y gobiernan todas las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de la instrucción). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:
  • Registro de contador de programas (CP)
  • Registro de Instrucciones (RI)
  • Decodificador (D)
  • Reloj (R)
  • Generador de Señales o Secuenciador (S)
Registro de contador de programas (CP).También denominado registro de control de Secuencia (RCS), contiene permanentemente la dirección de memoria de la próxima instrucción a ejecutar. Si la instrucción que se está ejecutando en un instante determinado es de salto o de ruptura de secuencia, el RCS tomará la dirección de la instrucción que se tenga que ejecutar a continuación; esta dirección la extraerá de la propia instrucción en curso.

Registro de Direcciones (RD). Contiene la dirección de memoria donde se encuentra la  próxima instrucción y esta comunicado con el Bus de Direcciones. El tamaño de este registro determina el tamaño de la memoria que puede direccionar. Una vez que la instrucción se encuentra en la UCP,  el código de la instrucción pasa al registro de instrucciones.

Registro de Instrucciones (RI).Contiene la instrucción que se está ejecutando en cada momento. Esta instrucción llevará consigo el código de operación (CO), acción de que se trata, y en su caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos. Pasa el CO al decodificador.

Decodificador (D). Se encarga de extraer y analizar el código de operación de la instrucción en curso (que está en el RI) y dar las señales necesarias al resto de los elementos para su ejecución por medio del Generador de Señales.

Generador de Señales(GS). En este dispositivo se generan órdenes muy elementales (microórdenes) que, sincronizadas por los impulsos del reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI.

Reloj (R). Proporcionar una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes (frecuencia constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada instrucción.
 

Unidad aritmético–lógica (UAL)

Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (generalmente sumas o restas) y de tipo lógico (generalmente comparaciones). Para realizar su función, consta de los siguientes elementos:
  • Banco de registros (BR). Está constituido por 8, 16 ó 32 registros de tipo general que sirven para situar dates antes de cada operación, para almacenar datos intermedios en las operaciones y para operaciones internas del procesador.
  • Circuitos operadores (CIROP). Compuesto de uno o varios circuitos electrónicos que realizan operaciones elementales aritméticas y lógicas (sumador, complementador, desplazador, etc).
  • Registro de resultado (RR). Se trata de un registro especial, en el que se depositan los resultados que producen los circuitos operadores.
  • Señalizadores de estado (SE). Registro con un conjunto de biestables en los que se deja constancia de algunas condiciones que se dieron en la última operación realizada. 
 

La memoria central (MC)

Es la parte de la unidad central de proceso de una computadora donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para que un determinado proceso pueda ser realizado.
La memoria central está constituida por una multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora esté conectada, la información necesaria.
La memoria central tiene asociados dos registros para la realización de operaciones de lectura o escritura, y un dispositivo encargado de seleccionar una celda de memoria en coda operación de acceso sobre la misma:
  • Registro de dirección de memoria (RDM). Contiene la dirección de memoria donde se encuentran o va a ser almacenada la información (instrucción o dato), tanto si se trata de una lectura como de una escritura de o en memoria central, respectivamente.
  • Registro de intercambio de memoria (RIM). Si se trata de una operación de lectura, el RIM es quien recibe el dato de la memoria señalado por el RDM, para su posterior envío a uno de Los registros de la UAL. Si se trata de una operación de escritura, la información a grabar tiene que ester en el RIM, para que desde él se transfiera a la posición de memoria indicada por el RDM.
  • Selector de memoria (SM). Es el dispositivo que, tras una orden de lectura o escritura, conecta la celda de memoria cuya dirección figure en el RDM con el RIM, posibilitando la transferencia de Los dates en un sentido o en otro.
La memoria central suele ser direccionable por octeto o byte; por tanto, una celda o posición de memoria contiene 8 bits. Una de Las características fundamentales de una computadora es su capacidad de memoria interna (memoria central), la cual se mide en un múltiplo del byte denominado Kilobyte, Kbyte, Kb o simplemente K, y que equivale a 1 024 bytes (1 024 = 2'°). Otro múltiplo utilizado ampliamente en Los últimos tiempos es el Megabyte o simplemente Mega, que equivale a 1 024 * 1 024 Bytes; es decir, a 1 048 576 bytes.

 

sábado, 11 de octubre de 2014

Genraciones del Computador

1ra Generación 
 La primera generación de computadoras abarca desde el año 1945 hasta el año 1958, época en que la tecnología electrónica era base de bulbos, o tubos de vació, y la comunicación era en términos de nivel mas bajo que puede existir, que se conoce como lenguaje de maquina.
   
Características:

  *Estaban construidos con electrónica de válvulas.
  *Se programaban en lenguaje de maquina.


2da Generación


Cuando los tubos de vacío eran sustituidos por los transistores, estas últimas eran más económicas , más pequeñas que las válvulas miniaturizadas consumían menos y producían menos calor. Por todos estos motivos, la densidad del circuito podía ser aumentada sensiblemente lo que quería decir que los componentes podían colocarse mucho más cerca unos a otros y ahorrar mucho más espacio.

El primer transistor fue el de contactos puntuales que había sido inventado por john bardeen y Walter brattain. Consistía en un cristal de germanio cuya superficie estaba en contacto con otros electrodos puntiagudos distantes medio milímetro. Este modelo fue sustituido en 1951 por el transistor de unión , inventado por William shokley , mucho mas estable y potente. A los tres inventores se les concedió el premio nobel de la física en el año 1956.

Características:
Transistor como potente principal. El componente principal es un pequeño trozo de semiconductor , y se expone en los llamados circuitos transistorizados.
Entre los ordenadores construidos mediante transistores se destacan :
 * El STRETCH de IBM , pensado para ser cien veces más rápido que el 704 de la primera generación, fue comercializado en el año 1961.
* Disminución del tamaño.
* Disminución del consumo y de la producción del calor.

3ra Generación
 
 A mediados de los años sesenta se produjo la invencion del circuito integrado o microchip, por parte de Jack St. Claire Kilby y Robert Noyce. Despues llevo a Ted Hoff a la invencion del
Microprocesador, en Intel. A  finales de 1960, investigadores como George Gamow noto que las secuencias de nucleotidos en el ADN forman un codigo, otra forma de codificar o programar.

A partir de esta fecha, empezaron a empaquetarse varios transistores diminutos y otros componentes electrónicos en un solo chip o en capsulado, que contenía en su interior un circuito complemento: un amplificador, un oscilador, o una puerta lógica. Naturalmente, con estos chips ( circuitos integrados ) era mucho mas facil montar aparatos complicados: receptores de radio o televisión y computadoras.

En 1965 y, IBM anuncio el primer grupo de maquinas construidas con circuitos integrados, que recibio el nombre de serie edgar.

Estas computadoras de tercera generacion sustituyeron totalmente a los de la segunda, introduciendo una forma de programar que aun se mantiene en las grandes computadoras actuales.

Esto es lo que ocurrio en (1964 - 1971) que comprende la tercera generacion de las computadoras.
 
* Menor consumo de energía
* Apreciable reducción del espacio
* Aumento de fiabilidad
* Teleproceso
* Multiprogramacion
* Renovacion de perifericos
* Minicomputadoras, no tan costosas y gran capacidad de procesamiento. Algunas de las               mas populares fueron la PDP-8 y la PDP-11
* Se Calculo (numero pi) con 500.000 decimales.

4ta Generación
  
La denominada cuarta generacion (1971 entre otros) es el producto de la microminiaturizacion de los circuitos electronicos. La micro miniaturización permite construir el microprocesador, circuito integrado que rige las funciones fundamentales del ordenador. El tamaño reducido del microprocesador de chips hizo posible la creación de las computadoras personales (PC).

 Se reemplazaron las memorias de nucleos magnéticos, por las de chips de silicio, y la colocación de muchos más componentes en un chip. Intel llevó esta idea a la conclusión lógica creando el microprocesador, un chip que contiene todos los circuitos requeridos para hacerlo programable. El microprocesador es el proceso de reducción de tamaño de los componentes llega a operar a escalas microscópicas.

Características:

Microprocesador: desarrollado por Intel corporación a solicitud de una empresa japonesa (1971).
* Se minimizan los circuitos, aumenta la capacidad de almacenamiento.
* Reducen el tiempo de respuesta.
* Gran expansión del uso de las computadoras.
* Memorias electrónicas más rápidas● Sistemas de tratamiento de base de datos.
* Mayor velocidad.
5ta Generación 
También conocida por siglas en ingles, FGCS ( The Fith Generation Computer Systems) fue un ambicioso proyecto propuesto por Japón a finales de la década de 1970. Su objetivo era el desarrollo de una nueva clase de computadoras, que utilizarían técnicas y tecnologías de inteligencia artificial tanto en el plano de hardware, como el software. Usando el lenguaje Prolog (234) al nivel del lenguaje de maquina y serian capaces de resolver problemas complejos, como la traducción automática de una lengua a otra.
Es en esta epoca donde aparecen las computadoras portatiles, ademas las grandes computadoras podian trabajar en procesos en paralelo que era el trabajo de la computadora por medio de varios microprocesadores cada uno realizaba un trabajo distinto. 


Los dispositivos de almacenamiento de informacion surgen un cambio pudiendo ahora almacenar mayor cantidad de información, se lanza al mercado el CD como estandar para el almacenamiento de musica y vídeo.
6ta Generación
Las computadoras de esta generación cuentan con arquitecturas combinadas paralelo vectorial, con cientos de microprocesadores vectoriales trabajando a tiempo.

Las redes de área mundial seguirán creciendo desorbitadamente utilizando medios de comunicación a través de fibras ópticas y satélites, con anchos de banda impresionantes.
La sexta generación se viene dando a partir de 1990 hasta la fecha, en estos ultimos años las computadoras ahora son mas pequeñas, son mas versatiles, ahora internet es una herramienta indispensable tanto en los centros de labores como en el hogar, casi el 90% de la población hace uso en algun momento de internet, y por consiguiente de una computadora.
 En la actualidad la informatica utiliza satelites, fibra optica, inteligencia artificial lo cual hace que el desarrollo en este campo sea enorme, estamos frente a un avance sin precedentes, Estamos entrando a una era donde las computadoras pueden desarrollar capacidades casi similiares al ser humano, esperamos que el avance tecnologico en el mundo de la informatica y la computación nos facilite más las cosas asi como hasta ahora lo viene haciendo.
7ma Generación
Comienza el año 1999 donde popularizan las pantallas LCD 2 y hacen a un lado a los rayos catodicos, en donde se han dejado los DVD y los formatos de disco duro optico.la  de almacenamiento de datos de alta densidad con una capacidad de almacenamiento que llega a los 50 GB, aunque se ha confirmado que esta lista puede recibir 16 capas de 400 GB.La septima generacion en las computadoras ha llegado a reemplazar la tv y los equipos de sonido, ya que ha logrado un alcance digital por medio de la capacidad de los discos duros que esta avanzando tan rapidamente. en donde se convierte en un centro de entretenimiento.


8va Generación

Los dispositivos físicos y mecánicos van a desaparecer osea el disco duro y las tarjetas madre etc. Ya todo sera a base de nanotecnologia. Un disco duro esta limitado en velocidad al tener que estar escribiendo en placas. Pero las nuevas Seran orgánicas a base de impulsos electromagnéticos.