PDF de programación - Tema 1 - Introducción a los computadores. arquitectura Von Neumann. computador secuencia introducción a los computadores

INTRODUCCION A LOS COMPUTADORES

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TEMA 1

INTRODUCCIÓN

A LOS COMPUTADORES.

ARQUITECTURA
VON NEUMANN.
COMPUTADOR

SECUENCIA

INTRODUCCION A LOS COMPUTADORES



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INTRODUCCION A LOS COMPUTADORES



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INDICE

1. Introducción.



1.1. Concepto de Computador.
1.2. Clasificación de los computadores.

o Computadores Digitales.
o Computadores Analógicos.

2. Arquitectura Von Neumann del computador digital.



2.1. Análisis de los bloques.
2.2.

¿Por qué surgió la arquitectura de Von Neumann?.
o Programa cableado.
o Programa almacenado.

Funcionamiento del computador básico.
2.4.1. Ciclo de búsqueda y ciclo de ejecución.
2.4.2. Análisis del ciclo de instrucción en una máquina hipotética.

2.3. Diagrama de bloques del computador básico.
2.4.



2.5. Conclusiones.



3. Programación.

4. Conceptos de Arquitectura y Organización.
5. Niveles de estudio del computador.



6. Software de Sistemas.

5.1. Niveles estructurales (Bell y Newell).
5.2. Niveles de interpretación de Levy.
5.3. Niveles conceptuales de Blaauw.

3.1. Clasificación de los lenguajes de programación.

• Monitores,

ensambladores, montadores y

línea,
depuradores, compiladores e intérpretes, manejadores de ficheros y/o bases de
datos, sistema operativo.

editores de

cargadores,

7. Parámetros característicos del computador digital.
8. Evolución histórica de los computadores. Generaciones.


Prehistoria.

8.1.

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Primera generación. Tubos de vacío.
Segunda generación. Transistores.

8.2.
8.3.
8.4. Tercera generación. Cicuitos integrados.
8.5. Cuarta generación. Microprocesadores.
8.6. Quinta generación. Inteligencia artificial.



BIBLIOGRAFIA

1. Apartado 1 y 2 por apuntes.
2. Apartados 3, 4, 5, 6, 7 y 8.

Fundamentos de los computadores.



Pedro de Miguel Anasagasti.
Paraninfo.


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1.

INTRODUCCION.

1.1. CONCEPTO DE COMPUTADOR.

• Computador. Máquina que procesa la información de forma automática.

Procesar. Son las manipulaciones o transformaciones que debe hacerse con la

información para resolver un problema determinado.

Ejemplo: Calcular la media aritmética de una serie de números.

o La información son los números.
o El procesamiento consta de dos operaciones:

Sumar todos los números.

Dividir el resultado anterior entre la cantidad de números que hay.

• En un principio, los computadores utilizaban tecnología mecánica y electrónica,
pero actualmente sólo se emplea la electrónica. No obstante, hay componentes,
como los periféricos (discos, impresoras, etc), que todavía utilizan elementos
mecánicos.

• Tecnología. Elementos físicos con los que se construye un computador.
• La tecnología del futuro parece ser la óptica, que actualmente se emplea en las
comunicaciones de datos y en los dispositivos de almacenamiento de información
(CD-ROM, etc).

1.2. CLASIFICACION DE LOS COMPUTADORES.

• Los computadores se pueden clasificar según varios criterios. Por la forma de

representar la información se clasifican de la siguiente manera:

Computadores digitales.

Computadores analógicos.

• Computadores Digitales.

La información se representa mediante sistemas de representación digitales. Se
suele usar el sistema binario, en el que cada dígito sólo tiene dos estados
lógicos posibles, denominados 1 y 0. Cada uno de estos dígitos se denomina
bit.

Al construirse con tecnología electrónica, los valores de los dígitos binarios se
los circuitos

representan mediante valores de
electrónicos pueden almacenar y procesar los bits de información.

tensión eléctrica. Así,



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o En la figura se muestran las zonas de tensión eléctrica, que definen los dos

estados posibles en los circuitos integrados del tipo TTL.

o Electrónicamente, los dos estados se suelen denominar Alto (High) y Bajo
(Low), según correspondan a tensiones elevadas o a tensiones próximas a
cero.

o La asignación de los valores 1 y 0 a los estados H y L es arbitraria.
Generalmente se suele asignar el valor 1 al estado H y el valor 0 al estado
L.



o Para representar números, letras y/o símbolos se utilizan cadenas de bits.

El rango de los números depende de la longitud de la cadena y del
sistema de numeración que utilice. Para el sistema de numeración
binario puro:

; 1 bit
; 4 bits

; 8 bits



0 , 1
0 , 24-1 => 0 , 15
0 , 28-1 => 0 , 255

Utilizando sistemas de codificación se pueden representar

letras y

números. Un ejemplo es el código ASCII.

o Cuando se consideran exclusivamente números se dice que la información
es numérica, y si se trata tanto con números como con texto, se dice que es
alfanumérica.

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• Computadores Analógicos.

Solamente pueden representar números y la magnitud de éstos se determina por

el valor de una tensión eléctrica.
o Por problemas tecnológicos, los C. A. sólo pueden trabajar en un rango de
tensión pequeño (p. e. -10V a +10V), lo que obliga a escalar las variables
numéricas de forma que sus valores estén en ese rango.

Así, para representar números en el rango -10000 a +10000, habrá que

establecer un factor de escala E, que será E = 10000/10 = 103

Si se representa en el computador un número mediante una tensión de

2,35V, éste tendrá una magnitud de 2,35 x E = 2,35 x 103 = 2350.

o La precisión de los C. A. es menor que la de los digitales, y está limitada
por los circuitos electrónicos utilizados, es decir, por la menor variación de
tensión que pueden manipular correctamente.

• Ventajas de los Computadores Digitales frente a los Analógicos.

Facilidad y capacidad de almacenamiento de información.
representación numérica e
Mayor precisión de

independiente de

los

componentes utilizados. Depende sólo de la longitud de las cadenas de bits.

Si se tiene un computador de anchura de palabra de 8 bits, se pueden
encadenar dos palabras para aumentar el rango de representación y la
precisión.

Facilidad de empleo.
Manipulación de información no numérica.

• Conclusión.

Por todas las ventajas enumeradas, actualmente se utilizan exclusivamente los

Computadores Digitales.

No obstante, por su funcionamiento paralelo y su alta velocidad de cálculo, se

utilizan en aplicaciones específicas, que necesitan estas características.

Solamente se estudiarán los Computadores Digitales.



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2. ARQUITECTURA VON NEUMANN DEL COMPUTADOR

DIGITAL
• Como se verá posteriormente,

comportamiento funcional.

la arquitectura de un computador define su

• Von Neumann estableció en 1945 un modelo de computador, que se considera
todavía como la arquitectura básica de los computadores digitales. En la figura se
muestra la estructura general de un computador con arquitectura Von Neumann.


• Se compone de las siguientes unidades o bloques:

Unidad de Memoria Principal.
Unidad Aritmético-lógica.
Unidad de Control.
Unidad de Entrada/Salida.

• En general, la función esencial de la máquina de Von Neumann, como la de
cualquier computador, es procesar información. Para ello, necesita saber el tipo de
procesamiento y los datos que utilizará.
El

tipo se especifica mediante un programa, que es un conjunto de
instrucciones u órdenes elementales, denominadas instrucciones máquina, que
ejecuta el computador (Aritméticas: suma, resta, multiplicación, división...,
Lógicas: AND, OR, NOT, XOR ..., Transferencia de datos: cargar, almacenar,
transferir ..., Saltos y Bifurcaciones condicionales, etc).



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Por tanto, se necesita un soporte que almacene tanto el programa como los

datos. El bloque de Memoria Principal interna es el que realiza esta función.

2.1. ANALISIS DE LOS BLOQUES.

• Memoria Principal (M. P.)

Se compone de un conjunto de celdas del mismo tamaño (número de bits).
identificada por un número binario único, denominado

Cada celda está
dirección.

Una vez seleccionada una celda mediante su correspondiente dirección, se

pueden hacer dos operaciones:
o Lectura. Permite conocer el valor almacenado anteriormente.
o Escritura. Almacena un nuevo valor.

En la arquitectura Von Neumann, la M. P. almacena tanto las instrucciones

máquina como los datos.

• Unidad Aritmético-Lógica (U. A. L.).

Realiza

las operaciones elementales,

tanto aritméticas como

lógicas, que

implementa el computador: suma, resta, AND, OR, NOT, etc.

Los datos con los que opera se leen de la M. P., y pueden almacenarse

temporalmente en los registros que contiene la U. A. L.

• Unidad de Control (U. C.).

Ejecuta las instrucciones máquina almacenadas en la M. P. Para ello:

o Captura las instrucciones de la MP y las decodifica.
o Según el tipo de instrucción, genera las señales de control a todas las
unidades del computador para poder realizar