PDF de programación - Tema 1: Introducción a los computadores

Titulación: Grado en Ingeniería Informática
Asignatura: Fundamentos de Computadores

Bloque 1: Introducción
Tema 1: Introducción a los computadores

Pablo Huerta Pellitero

ÍNDICE

Introducción a los computadores

•

•

Introducción
Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales

• Bibliografía
•

•
• Descripción de sistemas digitales


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BIBLIOGRAFÍA

Introducción a los computadores

“Fundamentos de Computadores” , cap 1
Editorial Síntesis
Thomas L. Floyd
“Fundamentos de Sistemas Digitales”, cap 1
Editorial Prentice Hall

• Román Hermida, Ana Mº del Corral, Enric Pastor, Fermín Sánchez


•


• Daniel D. Gajski


• M. Morris Mano



“Principios de Diseño Digital” ,cap 1
Editorial Prentice Hall

“Diseño Digital”, cap 1
Editorial Prentice Hall

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ÍNDICE

Introducción a los computadores

•

•

Introducción
Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales

• Bibliografía
•

•
• Descripción de sistemas digitales


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INTRODUCCIÓN

Introducción a los computadores

• Un computador es una máquina que recibe información de entrada, la

procesa siguiendo unas instrucciones que almacena internamente, y
produce una información de salida.
 Entrada y salida: el computador puede comunicarse con el exterior.
 Procesa información: el computador manipula la información y realiza cálculos

para resolver un problema determinado.

 Instrucciones: permiten programar el computador para resolver diferentes

problemas.

 Almacena: un computador almacena información en su interior, tanto las

instrucciones que tiene que realizar como distintos tipos de datos.

•


Tecnología.
 Los computadores actuales son electrónicos y digitales.



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MODELO VON NEUMANN

Introducción a los computadores

• Un computador consta de cuatro unidades principales:

 Unidad Central de Proceso.
 Memoria.
 Unidad de entrada/salida.
 Bus del sistema.

• A este tipo de arquitectura se le conoce como arquitectura de von

Neumann.

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MODELO VON NEUMANN

Introducción a los computadores

• Unidad central de proceso: ejecuta las instrucciones de los programas

elementos del computador lo que deben

almacenados en la memoria.
 Unidad de control: indica al resto de

hacer.
 Ruta de datos: realiza las operaciones.


• Memoria: es la parte del computador encargada de almacenar datos e

instrucciones.

• Unidad de entrada/salida: permite al computador comunicarse con una

serie de periféricos, que permiten intercambiar información con el
exterior.

• Bus del sistema: conjunto de todas las señales que conectan los distintos

componentes del computador.

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ÍNDICE

Introducción a los computadores

•

•

Introducción
Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales

• Bibliografía
•

•
• Descripción de sistemas digitales


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TERMINOLOGÍA

Introducción a los computadores

• Bit: unidad mínima de información. Puede valer ‘0’ o ‘1’.
• Cuarteto o nibble: conjunto de 4 bits.
• Octeto o byte: conjunto de 8 bits.
• Palabra: máxima cantidad de información accesible por las unidades

aritmetico-lógicas del computador.
 Es el tamaño de referencia para un computador y se mide en múltiplos de 8

bits: 8, 16, 32, 64, 128 bits, etc

• Múltiplicadores de tamaño:

 Kilo (K): 210
 Mega (M): 220
 Giga (G): 230
 Tera (T): 240

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TERMINOLOGÍA

Introducción a los computadores

• Capacidad de almacenamiento de la memoria:

 Se mide en bytes, Kbytes, Mbytes, Gbytes, dependiendo del tipo de memoria

al que nos referimos.

• Memoria caché: tamaños en torno a Kbytes y Mbytes.
• Memoria principal: tamaños en torno a Mbytes y Gbytes.
• Memoria secundaria: tamaños desde Mbytes (diskettes), Gbytes (pendrives, DVDs,

discos duros), Tbytes (discos duros de gran capacidad).

•

Tiempo de acceso a la memoria:
 Tiempo que tarda en realizarse una operación de memoria.
 Se mide en fracciones de segundo: ms, µs, ns, ps . . .

• Memoria principal: del orden de ns.
• Memoria secundaria: del orden de ms y µs

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Introducción a los computadores

TERMINOLOGÍA
Frecuencia de trabajo del procesador:
 Indica el número de ciclos por segundo del reloj del procesador.
 Se mide en Hz y sus múltiplos (Kilo, Mega, Giga,…)
 ¡Atención!: los multiplicadores son distintos a los de tamaño.

• Kilo = 103
• Mega = 106
• Giga = 109

Tiempo de ejecución de un programa:
 Tiempo que tarda el programa desde su inicio hasta que finaliza su ejecución.

•

•

• Rendimiento de un computador: inverso del tiempo de ejecución.

 Se mide en tareas ejecutadas por unidad de tiempo.
 Algunas medidas de rendimiento:

• MIPS: millones de instrucciones completadas por segundo.
• MFLOPS: millones de instrucciones de coma flotante completadas por segundo.
 Benchmark: programa de prueba que se utiliza para medir el rendimiento.



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Introducción a los computadores

•

•

Introducción
Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales

• Bibliografía
•

•
• Descripción de sistemas digitales


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FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES

Introducción a los computadores

• Concepto de señal: mecanismo que permite transmitir o representar la

variación de una magnitud dependiente respecto de otra independiente,
generalmente el tiempo.

Las señales pueden ser:
 Continuas (analógicas): pueden tomar infinitos valores dentro de un rango.
 Discretas (digitales): sólo pueden tomar un valor perteneciente a un conjunto

•

discreto de valores.

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ZXAnalógicoZXDigital Introducción a los computadores

FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES

•

Los computadores utilizan señales digitales de voltaje, que solo pueden
tomar dos valores diferentes:
 H, VH : voltaje alto.
 L, VL : voltaje bajo.

• Dependiendo de la interpretación de VH y VL existen dos tipos de lógica:

 VH = VERDADERO y VL = FALSO → Lógica positiva
 VH = FALSO y VL = VERDADERO → Lógica negativa



Voltajes típicos

TTL CMOS

VHmax
VHmin

5 V

2 V

5 V

3,5 V

Zona de incertidumbre

VLmax
VLmin

0,8 V

0 V

1 V

0 V

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FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES

Introducción a los computadores

•

Forma de onda de una señal digital: representación gráfica del valor de la
señal a lo largo del tiempo.



• Cronograma: representación gráfica de las entradas, salidas y otras

señales de un sistema digital, a lo largo del tiempo.

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FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES

Introducción a los computadores

•

Los sistemas digitales suelen contar con una o varias señales de reloj que
sincronizan el resto de señales del sistema.

• Una señal de reloj es una señal que varía de forma periódica e infinita

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ClkNivel altoNivel bajoFlanco desubidaFlanco debajadaCiclo de reloj(medido entre dosflancos de bajada)Ciclo de reloj(medido entre dosflancos de subida)Pulso denivel altoPulso denivel bajo FUNDAMENTOS DE LOS SISTEMAS DIGITALES

Introducción a los computadores

•

En una señal de reloj el nivel alto y el nivel bajo no tienen por que durar el
mismo tiempo.
 Se denomina duty cycle o simetría del reloj, al tiempo de un periodo en el que

el reloj está a nivel alto.

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•

•

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Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales

• Bibliografía
•

•
• Descripción de sistemas digitales


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SISTEMAS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES

Introducción a los computadores

• Un sistema digital es un sistema dinámico (variable con el tiempo) cuyas

entradas y salidas solo pueden tomar un valor perteneciente a un
conjunto finito de valores en un determinado instante de tiempo.

• Hay dos tipos de sistemas digitales: combinacionales y secuenciales.
•

En los sistemas combinacionales la salida Z del sistema en un determinado
instante de tiempo ti sólo depende del valor de la entrada X en ese mismo
instante de tiempo ti, por lo tanto se puede obviar la variable de tiempo t.


Z(t) = F(X(t)) Z = F(X)

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SISTEMAS COMBINACIONALES Y SECUENCIALES

Introducción a los computadores

•

•

•

En los sistemas secuenciales la salida Z del sistema en un determinado
instante de tiempo ti depende del valor de la entrada X en ese mismo
instante de tiempo ti y en todos los instantes anteriores: ti-1 , ti-2, ti-3 . . .
Los sistemas secuenciales tienen memoria, y por tanto no se puede obviar
la variable de tiempo t.
Es común en los sistemas secuenciales que exista una señal que inicia los
elementos de memoria con un valor determinado → señal de inicio o
reset.

Z(t) = G(X(t), S(t)) - Salida

S(t+1) = H(X(t), S(t)) - Cambio de estado



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SINCRONISMO

Introducción a los computadores

Existen dos tipos de sistemas secuenciales: asíncronos y síncronos.

•
• Asíncronos: pueden cambiar de estado en cualquier instante de tiempo,

•

en función de cambios en las entradas del sistema.
Síncronos: solo pueden cambiar de estado en determinados instantes de
tiempo. Una señal de reloj determina los instantes de sincronismo, en los
cuales el sistema “hace caso” a las entradas.

• Dos tipos de sincronismo:

 Por nivel (alto o bajo): el sistema hace caso de las entradas sólo cuando el

reloj está en el nivel activo (alto o bajo).

 Por flanco (de subida o bajada): el sistema hace caso de las entradas justo

cuando se produce el flanco activo (de subida o de bajada)

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Terminología y parámetros característicos
Fundamentos de los sistemas digitales
Sistemas combinacionales y sistemas secuenciales