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UNIDAD 5

Unidad Central de Proceso

Universidad Nacional de Entre Ríos

Facultad de Ciencias de la Administración

Cont.Carlos A. Guitar

Cont.María E.Novello de Gil

AGOSTO 2003

Organización de Computadoras

Organización de Computadoras - UNIDAD 5

• Es el cerebro del computador

• Es un chip, que es un tipo de componente electrónico en cuyo interior existen millones de transistores, cuya combinación de señales permite realizar el trabajo ordenado.

MICROPROCESADOR


MICROPROCESADOR

• Suele tener forma de cuadrado o rectángulo negro.-

• Va colocado:

- en un zócalo (socket) o soldados en la placa madre (motherboard).

- o metidos dentro de una especie de cartucho que se conecta a la placa (aunque el chip está soldado en el interior de dicho cartucho)


MICROPROCESADOR

VELOCIDAD

• Se mide en Megahertzios (Mhz) o Gigahertzios (Ghz), donde 1 Ghz = 1000 Mhz.-

• Es solamente una medida de la potencia del micro, pero no indica su perfomance real, que más bien está relacionada con la modernidad de sus componentes y su organización.


MICROPROCESADOR

VELOCIDAD

Todos los micros modernos tienen dos velocidades:

a) VELOCIDAD INTERNA: Es la velocidad a que funciona el micro internamente.

b) VELOCIDAD EXTERNA : También denominada velocidad del bus o conexión.

Es la velocidad a que se comunican el micro y la placa madre.

Es mucho menor que la anterior para poder abaratar costos de fabricación


UNIDADCENTRAL

DE PROCESO

U.C.P.


MICROPROCESADOR

PARTES DEL MICRO

En los micros podemos diferenciar diversas partes:• ENCAPSULADO: Es lo que rodea a la oblea de

silicio para darle consistencia e impedir su deterioro, permitiendo en enlace con los conectores que lo acoplarán al zócalo o a la placa base.

• MEMORIA CACHE: Memoria ultrarrápida que emplea el micro para tener a mano ciertos datos o instrucciones que previsiblemente serán usados en las siguientes operaciones y así no tener que recurrir a la memoria RAM, ocasionando pérdidas de tiempo


MICROPROCESADOR

PARTES DEL MICRO

• COPROCESADOR MATEMATICO: Parte del micro especializada en esa clase de cálculos matemáticos. Antiguamente se encontraba afuera del micro en un chip aparte.

• OTRAS PARTES DEL MICRO: Tales como unidad de enteros, registros, etc..


MICROPROCESADOR

¿¿ MICROPROCESADOR = C.P.U. ??

• Depende de la bibliografía, puesto que para algunos autores puede ser:

a) C.P.U. = Solamente el Microprocesador.

b) C.P.U. = Comprende toda la caja (box) que contiene la placa madre (motherboard), el microprocesador, las tarjetas y el resto de los circuitos principales


MICROPROCESADOR

PLACA MADRE (MOTHERBOARD)

• Placa donde se instala el microprocesador, ya sea soldado, o insertado en zócalos.

• Suele tener otros chips tales como chips de memoria adicional, placa de video, placa de sonido, etc.


PLACA MADRE (MOTHERBOARD)


PARTES DE LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO

• La Unidad Central de Proceso (U.C.P.), se divide en tres partes:

• MEMORIA INTERNA (M.I.)

• UNIDAD ARITMÉTICA Y LÓGICA (U.A.L.)

• UNIDAD DE CONTROL (U .C.)


ESQUEMA DE LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (U.C.P.)

MEMORIA INTERNA


MEMORIA INTERNA

DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS• Es una parte de la U.C.P.• También se la denomina memoria principal• Para describirla se la asimila a un sistema de

casillas de correos donde se depositan cartas en casillas numeradas, aunque en realidad la memoria interna tiene transistores organizados en planos o bandejas y a su vez éstos se encuentran apilados uno arriba del otro y en ellos se almacenan los caracteres


MEMORIA INTERNA

DESCRIPCION Y CARACTERISTICAS

• La unidad de control debe ser capaz de acceder a todos los datos que se encuentren en la memoria interna, y una vez allí puede:

a) Guardar datos

b) Borrar datos

c) Recuperar datos

d) Copiar o Mover datos de un lugar a otro


MEMORIA INTERNA

CONCEPTOS

• CARACTER: Pueden ser numéricos, alfabéticos o alfanuméricos. Utilizando códigos como el EBCDIC o el ASCII 8, pueden representarse con una combinación de ocho dígitos binarios (BYTE)

• BIT: La menor unidad de información con sentido lógico. Generalmente se la asimila a un 1 o 0 binario

• BYTE: Combinación de ocho bits binarios ( octeto). Con él se puede representar un carácter.

• K : También denominada Kbyte. Medida de capacidad de memoria. Equivale a 1024 bytes.• MEGABYTE: (Mb). Medida de capacidad de memoria. Equivale a 1.000.000 de bytes• GIGABYTE: (Gb). Medida de capacidad de memoria. Equivale a 1.000 Mb


MEMORIA INTERNA

MEDIDAS DE CAPACIDAD


MEMORIA INTERNA

CONCEPTOS

• POSICION DE MEMORIA: El lugar físico de la memoria interna donde se almacena un carácter se denomina posición de memoria.

• PALABRA: Conjunto de posiciones de memoria contiguas que se procesan como si fueran una sola unidad.


MEMORIA INTERNA

DIRECCIONAMIENTO

• Todo carácter se almacena en un lugar de la memoria denominado posición de memoria.

• Para poder acceder a los caracteres y efectuar las tareas requeridas también tenemos que tener una dirección.

• Esa dirección de memoria identifica el lugar físico de la memoria interna donde se encuentra almacenado un dato, y según el sistema de direccionamiento utilizado abarcará una o varias posiciones de memoria


MEMORIA INTERNA

DIRECCIONAMIENTO

• El direccionamiento es la capacidad que tiene el sistema de cómputos de almacenar un dato en un lugar específico de la memoria, y posteriormente determinar con toda exactitud dónde se encuentra guardado a los efectos de su recuperación posterior

• Para efectuar esta operación utiliza diversas técnicas


MEMORIA INTERNA

DIRECCIONAMIENTO

• El direccionamiento puede hacerse de dos maneras:

- Direccionamiento por carácter: En cuyo caso coincide la dirección de memoria con la posición de memoria

- Direccionamiento por palabra: Cuando una dirección de memoria abarca varias posiciones de memoria


MEMORIA INTERNA

DIRECCIONAMIENTO

POR CARÁCTER:

POSICION DE MEMORIA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A L V E Z , J U A N

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

DIRECCION DE MEMORIA


MEMORIA INTERNA

DIRECCIONAMIENTO

POR PALABRA: (De cuatro bytes)

POSICION DE MEMORIA

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

A L V E Z , J U A N

1 2 3

DIRECCION DE MEMORIA


MEMORIA INTERNA

DIVISION DE LA MEMORIA

• - La Memoria Interna se divide en dos partes totalmente diferentes:

- MEMORIA ROM

- MEMORIA RAM


MEMORIA INTERNA

MEMORIA R.O.M.• Recibe su nombre de las iniciales de las palabras

inglesas (Read Only Memory, que traducidas libremente significan Memoria de Sólo Lectura.

• En esta memoria el usuario puede solamente leer lo que se encuentra grabado en ella, no pudiendo introducir ninguna modificación. O sea que no puede borrar o grabar en ella

• Es una memoria permanente, es decir que no se borra si se apaga la computadora


MEMORIA INTERNA

MEMORIA R.O.M. - VARIANTES• Memoria P.R.O.M.: Recibe su nombre de las iniciales

de las palabras inglesas (Programmable Read Only Memory, que traducidas libremente significan Memoria de Sólo Lectura Programable.

• Aunque parezca una contradicción, esta Memoria ROM puede ser programable, pero por única vez, y por el fabricante. De allí en adelante el usuario puede solamente leer lo que se encuentra grabado en ella, no pudiendo introducir ninguna modificación. O sea que no puede borrar o grabar en ella. También es permanente


MEMORIA INTERNA

MEMORIA R.O.M. - VARIANTES• Memoria E.P.R.O.M.: Recibe su nombre de las iniciales

de las palabras inglesas (Erasable Programmable Read Only Memory, que traducidas libremente significan Memoria de Sólo Lectura Programable y Borrable.

• Esta variante de Memoria ROM puede ser programable, pero por única vez, y por el fabricante. De allí en adelante el usuario puede solamente leer lo que se encuentra grabado en ella, no pudiendo introducir ninguna modificación. O sea que no puede borrar o grabar en ella. También es permanente. Sin embargo puede ser modificada por el fabricante bajo condiciones especiales de laboratorio (luz ultravioleta)


MEMORIA INTERNA

MEMORIA R.A.M.

• Memoria R.A.M.: Recibe su nombre de las iniciales de las palabras inglesas (Random Access Memory, que traducidas libremente significan Memoria de Acceso Aleatorio (o al Azar).

• Esta memoria RAM es accedida libremente por parte del usuario. El mismo puede leer lo que se encuentra grabado en ella, pero también puede borrar o grabar en ella.

• Es volátil, lo que significa que lo grabado en ella se pierde cuando se apaga la computadora


MEMORIA INTERNA

MEMORIA R.A.M. - DIVISION FUNCIONAL

• La memoria RAM se divide funcionalmente en cuatro áreas, atendiendo a las funciones que cada una de ellas realiza:

- Zona de Entrada:Donde se almacenan los datos que ingresan a través de los dispositivos de entrada

- Zona de Proceso:Donde se almacenan resultados de las operaciones que efectúa la U.A.L.

- Zona de Salida: Donde se organizan la información obtenida para su posterior salida al exterior de la UCP

- Zona de Programas: Donde se almacenan los programas que se están ejecutando.


MEMORIA VIRTUAL

• La memoria virtual es una técnica que simula más memoria que la que realmente existe en nuestra computadora, y permite ejecutar varios programas en forma simultánea, sin importar su tamaño.

• El sistema de memoria virtual almacena el programa en el disco duro y “corta” electrónicamente el mismo en segmentos llamados páginas, y en lugar de llevar el programa entero a la zona de programas de la memoria interna, lleva (copia) tantas páginas a memoria como puedan caber, dejando el resto en el disco duro

• Cuando se requieren instrucciones que no están en la memoria principal, la página correspondiente es llamada desde el disco y transferida a la memoria principal continuándose con la ejecución del programa


MEMORIA CACHE

• La memoria caché es una clase especial de memoria de alta velocidad que está diseñada para acelerar el proceso de las instrucciones de memoria de la UCP. La UCP puede obtener las instrucciones y los datos ubicados en la memoria caché mucho más rápidamente que las instrucciones y datos almacenados en la memoria principal (R.A.M.).

De esta manera la computadora funciona más rápidamente.

• La memoria caché puede estar incorporada en la UCP o fuera de ella.

• Normalmente la memoria caché principal es interna y está incorporada a la UCP.

• En cambio la memoria caché secundaria es externa a la UCP


MEMORIA CACHE

• La relación entre la memoria principal y el disco duro es análoga a la relación que existe en una oficina entre un escritorio y varios ficheros o archiveros de carpetas colgantes, donde en el escritorio están la carpeta que vamos a utilizar en un momento dado y en los ficheros están todos las carpetas utilizables.

• En tanto que la relación entre la memoria caché y la memoria principal es análoga a la relación entre un tablero de anuncios donde se colocan los papeles que se utilizan con mayor frecuencia y el escritorio. Cuando se necesita la información simplemente se mira el tablero.

UNIDAD ARITMETICA Y LOGICA



• La Unidad Aritmético-Lógica (U.A.L.) tiene dos áreas diferenciadas teniendo en cuenta el tipo de tareas que cada una de ella realiza:

• - Unidad Aritmética:Donde existen circuitos especializados para efectuar operaciones aritméticas.

• - Unidad Lógica: Donde existen circuitos especializados para realizar operaciones lógicas.



Sector Aritmético• Realiza cálculos numéricos con datos numéricos.

• Para abaratar los costos de fabricación, los fabricantes utilizan un circuito sumador para efectuar todas las operaciones aritméticas, utilizando reglas aritméticas de resolución de operaciones y la velocidad de la computadora que puede llegar a miles de millones de sumas por segundo.



Circuitos Sector Aritmético• Este sector tiene los siguientes circuitos:

• Sumador: Que como su nombre lo indica realiza las operaciones aritméticas reduciéndolas a sumas.

• Acumulador: También llamado totalizador. Guarda los resultados obtenidos en la operación antes de transferirlos a la Zona de Proceso de la Memoria Interna.

• MQ: Que recibe su nombre de las iniciales de las palabras inglesas (Multiply/Quotation), o sea multiplicación o división.



Circuitos Sector Aritmético• Acumulador: El acumulador tiene cierta cantidad de

posiciones para guardar dígitos, y dos posiciones adicionales: Una para indicar el signo positivo o negativo del resultado, y otra para indicar si existe una condición de desborde (overflow), que nos indica si el resultado obtenido contiene dígitos que no entran en el acumulador.

• MQ: Cuando existe la condición de desborde, se utiliza este circuito, que está destinado a almacenar los dígitos que exceden de la capacidad del acumulador



Sector Lógico• También tiene circuitos especializados

• Realiza operaciones con todo tipo de datos (numéricos, alfabéticos o alfanuméricos).

• Las operaciones más comunes que realiza son: Comparación,

Edición,

Clasificación,

Desplazamiento



Sector Lógico• Comparación: Se toman dos variables y se las

compara para ver cuál es la mayor.

• Si los variables contienen datos numéricos, simplemente se restan una de otra y si el resultado es positivo la primera variable será mayor que la segunda; si el resultado es negativo, la primera variable será menor que la segunda.

• Según sea el resultado de la comparación, el programa continuará ejecutándose en secuencia o alterará la secuencia predeterminada.



Sector Lógico• Edición: Dado un conjunto de datos, se extraen del

conjunto, aquéllos datos que cumplimentan el requisito pedido.

• Ejemplo: De una lista de asistencia extraer los alumnos que tengan más de cinco faltas a clase



Sector Lógico• Clasificación: Se toma un conjunto de datos y se los

ordena siguiendo un orden predeterminado que puede ser: orden alfabético, numérico creciente, numérico decreciente, etc.

• Si el conjunto contiene exclusivamente datos numéricos, para clasificar se restan uno de otro, pero si estamos en presencia de datos alfabéticos o alfanuméricos habrá que clasificar teniendo en cuenta las equivalencias de cada uno de los caracteres con los códigos de la tabla EBCDIC y clasificar conforme a los valores de dicho código.



Sector Lógico

• Desplazamiento: Se utiliza para alinear datos numéricos antes de efectuar operaciones aritméticas con ellos.

Antes de desplazar Después de desplazar

1100.3 1100.30

+ 1380 + 1380.00

150.29 0150.29

El desplazamiento sea a la izquierda o a la derecha, genera ceros, por lo que hay que tener cuidado de que al desplazar no elimine dígitos significativos.

UNIDAD DE CONTROL


UNIDAD DE CONTROL

Conceptos Básicos• Programa: Conjunto de instrucciones, escritas en una

secuencia determinada y en un lenguaje que puede interpretar el computador y que se usa para resolver un problema.

• Instrucción: Orden específica que se le da al computador para que ejecute una operación.


UNIDAD DE CONTROL

Conceptos Básicos• La instrucción consta de dos partes:

• Código de operación: Que por medio de una combinación de unos y ceros binarios, indica al microprocesador, cuál es la operación que tiene que efectuar. Cada marca y modelo de microprocesador tiene un juego de códigos diferente.

• Operandos: Conjunto de unos y ceros binarios que indican al microprocesador las direcciones de memoria, donde hay que ir a buscar los datos a procesar.


UNIDAD DE CONTROL

Circuitos Especializados• Contador de Instrucciones: Controla la secuencia de

ejecución de un programa.

Asume el valor 1 al comenzar la ejecución y se va incrementando en una unidad cada vez que se terminó de ejecutar una instrucción; salvo que la instrucción sea del tipo “Ir a instrucción XXX”, y en ese caso tomará el valor “XXX”, y seguirá la ejecución del programa desde allí.


UNIDAD DE CONTROL

Circuitos Especializados• Registro de Instrucciones: Almacena la instrucción

que se está ejecutando en un momento determinado.

• Decodificador de Instrucciones: Interpreta (decodifica) el código de operación de la instrucción que se está ejecutando

• Registro de Direcciones: Almacena las direcciones de los operandos de la instrucción que se está ejecutando.

• Reloj interno: Marca intervalos exactos de tiempo para efectuar las operaciones.

ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO BASICO

DE LA U.C.P.


ESQUEMA DEL FUNCIONAMIENTO DE LA U.C.P.

Siglas a Utilizar en el Esquema

• C. I.: Contador de Instrucciones

• R.I.: Registro de Instrucciones

• R.D.: Registro de Direcciones

• D.I.: Decodificador de Instrucciones

R.A.M. U.A.L.ZE ZS

M

E

M

O

R

I

A

I

N

T

E

R

N

A R.O.M.

ZPROG

1--------

2--------

3--------

UNID.CONTROL

R.D. D.I.

C.I. RELOJ

R.I.

ACUMULADOR

SUMADOR

M.Q.ZPROCESO

-------- -------- -------- ------- -------- ------- ------- --------- ----------

1

2 3

5

5

6

7

8

5

5



• Paso Nº1: El contador de instrucciones asume el valor 1 y va a la Zona de Programas a buscar la instrucción Nº1

• Paso Nº2: Desde la zona de programas se transfiere la instrucción Nº1, y se la almacena en el Registro de Instrucciones

• Paso Nº 3: La instrucción se desdobla y el código de operación se almacena en el Decodificador de Instrucciones y los operandos en el Registro de Direcciones



• Paso Nº4: El decodificador interpreta los códigos de operación y envía una señal a la UAL para activar los circuitos requeridos para efectuar la operación ordenada.

• Paso Nº5: Desde el Registro de Direcciones se envían señales a la Zona de Proceso de la Memoria Interna para ubicar las direcciones de memoria donde están almacenados los datos a procesar.

• Paso Nº 6: Los datos son transferidos a la UAL



• Paso Nº7: Con los datos y los circuitos activados en la UAL, ésta realiza la operación ordenada y guarda el resultado en el acumulador y eventualmente en el registro MQ.

• Paso Nº 8: Los resultados son transferidos a posiciones de memoria de la Zona de Proceso para su uso posterior o para ser transferidos a la Zona de Salida y desde allí al almacenamiento secundario o a un medio de salida.



• Paso Nº 9: El contador de instrucciones aumenta su valor en una unidad y va a buscar la instrucción Nº 2 a la Zona de Programas, y desde allí en adelante se repiten sucesivamente todos los pasos anteriores hasta que que se llega a ejecutar la última instrucción del programa almacenado.



• Desde el paso Nº 1 al paso Nº 6, estamos en presencia del denominado ciclo de preparación, que es donde se preparan los circuitos de la UAL y se tienen los datos a procesar también en la UAL.

• En el paso Nº 7 , estamos en presencia del denominado ciclo de ejecución, que es donde efectivamente se realiza la operación ordenada.

• Hay un solo ciclo de preparación, pero a continuación puede haber varios ciclos de ejecución, dependiendo de la operación ordenada.

MEMORIAS UTILIZADAS EN TERCERA Y CUARTA

GENERACION


MEMORIAS UTILIZADAS EN 3RA. Y 4TA.GENERACION

• En estas generaciones se utilizaron tres tipos de memorias:

• Núcleos magnéticos: En la que los caracteres transformados en ceros y unos binarios, se graban o almacenan en anillos magnetizables.

• Película delgada: En la que los datos transformados en unos y ceros binarios, se representan mediante la magnetización o no de puntos.

• Semiconductores: En la que los datos transformados en unos y ceros binarios, se representan mediante el pase o no de corriente eléctrica en un transistor.



• Núcleos magnéticos: Se utilizan pequeños anillos delgados de material que puede ser magnetizado en el sentido de las agujas del reloj representando un uno binario o en sentido contrario, representando un cero binario.

• Estos anillos son atravesados por alambres que conducen corriente y miden el estado de magnetización de los mismos. Se disponen enhebrados en una especie de bandeja o plano(semejante a una raqueta cuadrada de tenis) y a su vez los planos se apilan hasta conformar una pila de nueve planos donde se puede representar un byte más el bit de paridad.



• Película delgada: Consiste en puntos de una aleación especial que se depositan en una lámina muy delgada de vidrio o plástico. Los puntos están conectados con alambres muy delgados de cobre grabados en la lámina. Cada punto opera como un núcleo magnético y la lámina de puntos como un plano de núcleos.

• Este almacenamiento es mucho más compacto que el almacenamiento en núcleos ya que cada lámina de puntos es más pequeña que un solo núcleo.

• Es más rápido y tiene la misma estabilidad que el almacenamiento en núcleos



• Semiconductores: Son pequeños circuitos integrados (tipo L.S.I. o V.L.S.I.) empacados en un chip.

• Contienen un transistor que deja pasar corriente eléctrica o no, y un capacitor capaz de almacenar una carga eléctrica.

• Según sea la acción de conmutación del transistor el capacitor contendrá carga (bit 1) o no (bit 0).

• Debido a que la carga del capacitor tiende a disminuir, se debe prever una renovación periódica de la carga de almacenamiento (refresco).



• Actualmente sólo se utilizan las memorias de semiconductores, ya que las anteriores han quedado obsoletas.

• Las ventajas de este tipo de memoria son:

• Costo: Este tipo de memoria permite almacenar grandes cantidades de bits a un costo por bit mucho menor que las otras.

• Tamaño reducido: Requieren muchísimos menos espacio que otras memorias con capacidad similar

• Velocidad: Operan mucho más rápido que los otros tipos de memoria


BUSES

• BUS: Circuito que provee un camino de comunicación entre dos o más dispositivos, entre partes de la UCP, y entre la U.C.P. y periféricos de todo tipo.

• Los buses pueden ser de tres clases: bus de datos, bus de dirección y bus de control.

• Como las señales electrónicas que circulan por los buses son idénticas, para poder diferencias entre los distintos tipos de buses, la Unidad de Control tiene un sistema de rutas y envía los datos por unos circuitos, las direcciones por otros y las señales de control por otros, y de esa manera se puede identificar el tipo de señal según la ruta (bus)que ha tomado.

BIBLIOGRAFIA DE LA UNIDAD

SANDERS:

Informática-Presente y Futuro

ABRAMS-CORVINE:

Elementos de Proceso de Datos

VASZONYI:

Introducción a la Computación Electrónica

PRICE:

Informática

unidad 5 unidad central de proceso universidad nacional de entre ríos facultad de ciencias de la...

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