PDF de programación - Tema 3 Arquitectura de un Ordenador. Periféricos.

Tema 3

Arquitectura de un

Ordenador. Periféricos.

Índice
 Unidades funcionales de un ordenador.
 Elementos del procesador.
 Ejecución de instrucciones.
 Periféricos:

• Periféricos de entrada
• Periféricos de salida
• Controladores
• Buses

 Dispositivos de memoria masiva

Unidades funcionales de un
ordenador

Unidad Central



Elementos del procesador

Elementos del procesador (1)
 ALU (unidad aritmético-lógica): Realiza

operaciones aritméticas y lógicas.

 Unidad de control: responsable del

funcionamiento general del ordenador
(captación y ejecución instrucciones,
gestión periféricos).

 Reloj: Tiempo que las señales eléctricas
se mueven por la CPU, marca el ritmo de
funcionamiento del sistema.

Elementos del procesador (2)
 Palabra: conjunto de bits que puede

manejar a la vez el procesador. 32 ó 64.
 Conjuntos de registros de uso general
(R0 a Rm). Usados para direcciones y
datos. Normalmente del tamaño de la
palabra.

 Acumulador: donde se almacenan los

resultados de la ALU.

Elementos del procesador (3)
 Palabra de Estado (Status Word):

Indicadores de las operaciones
realizadas en la ALU.
• CY: Acarreo.
• AC: Acarreo auxiliar.
• S: Indicador de signo (1,negativo).
• Z: Indicador de cero.
• P: Indicador de paridad.
• O: Indicador de desbordamiento.

Elementos del procesador (4)
 Registro de Memoria (RM): Valor de

memoria.

 Registro de Dirección Memoria (RD):

Dirección de memoria.

 Señal de control R/W: Indica si la

operación en la memoria es de lectura
(R=Read) o escritura (W=Write).

Elementos del procesador(5)

Elementos del procesador (6)

 Lectura de memoria: Se pone en DM la dirección de
memoria que queremos leer. Al activarse la señal R/
W el contenido de la dirección de memoria apuntado
por DM se guarda en RM.

 Escritura de memoria: Se pone en DM la dirección de
memoria que queremos escribir y en RM el dato que
queremos escribir. Al activarse la señal R/W el
contenido de RM se guarda en la dirección de
memoria apuntado por DM.

Elementos del procesador (7)
 Registro de instrucción (IR): Almacena

temporalmente la instrucción que se
está ejecutando.

 Contador de programa (PC): Almacena
la dirección de memoria de la siguiente
instrucción.

Características del procesador
 Memoria caché: Memoria del mismo tipo
que la memoria principal pero más rápida.
 Núcleos: Número de procesadores en un

mismo chip.

 Velocidad de reloj: Corresponde al

número de pulsos por segundo,
expresados en múltiplos de Hertzios (Hz).

 Número de hebras: Número de

subprogramas que se pueden ejecutar a
la vez

Historia de los procesadores





































1971: Intel 4004:
1972: Intel 8008, Zilog Z-80
1978: Intel 8086, Motorola 68000
1979: Intel 8088
1982: Intel 80286, Motorola 68020
1985: Intel 80386, Motorola 68030, AMD80386
1989: Intel 80486, Motorola 68040, AMD80486
1993: Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS R10000
1995: Intel Pentium Pro
1997: Intel Pentium II,AMD K6, PowerPC (versiones G3 y G4), MIPS R120007
1999: Intel Pentium III, AMD K6-2, AMD K6-3
2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium, AMD Athlon XP, AMD Duron, PowerPC G4, MIPS R14000, AMD
Opteron
2005: Intel Pentium D, Intel Extreme Edition, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD
Athlon FX, PowerPC G5
2006: Intel Core 2 Duo, Intel Core 2 Solo, IBM Cell, Intel Core 2 Extreme
2007: Intel Core 2 Quad, AMD Quad Core, AMD Quad FX
2008: Intel Atom, Intel core i7, AMD Phenom
2009: Intel core i5, AMD Phenom II, AMD Opteron six-core
2010: intel core i3, intel core i9

Historia de los procesadores (2)
 Intel 4004 (4 bits,
2.300 transistores,
740 KHz)

 Intel 8008 (8 bits,
4000 transistores,
menos velocidad
pero más rápido)

Historia de los procesadores (3)
 Intel 8086/8088 (16

bits, 10 Mhz)

 Intel 80286 (16 bits,

20 Mhz)

 Intel 80386 (32 bits,

33Mhz)

 Intel 80486 (32bits,

100Mhz)

Historia de los procesadores (4)
 Intel pentium (32
bits, 3.1 millones
transistores,
233Mhz)

 AMD Athlon 64 (64

bits, 3000Mhz)

 Intel Core 2 Duo (2

núcleos, 64 bits, 151
millones transistores,
3600 Mhz)

Historia de los procesadores (5)

 Intel Core i7 (64 bits,

731 millones
transistores,
3,33Ghz, 4 núcleos,
8 hilos)

 Intel Core i9 (64 bits,

2000 millones de
transistores aprox.,
2,4Ghz, 6 núcleos,
12 hilos)

Ejecución de instrucciones (1)
 En el Contador de

 RM<-M(DM)
 IR<-RM
 PC<-PC+1
 Decodificación y
ejecución de la
instrucción

Programa (PC) tiene
que estar la
dirección de la
siguiente instrucción
a ejecutar.

 DM<-PC
 Orden de leer (R/

W=1)

Ejecución de instrucciones (2)
 En el Contador de Programa (PC) siempre

está la dirección de la siguiente instrucción a
ejecutar.

 El PC siempre se incrementa con cada

instrucción.

 Todas las instrucciones tienen dos fases:

• Fase de captación de la instrucción. Común.
• Fase de decodificación y ejecución de la instrucción.
 Microoperación: Cada una de las operaciones
elementales necesarias para cada instrucción.

Específica de cada instrucción.

Periféricos
 La potencia de cálculo del ordenador no

serviría de nadie sino se pudiese
comunicar con el exterior.

de conexión.

 Para ello se utilizan los periféricos.

Situados fuera del ordenador y
conectados a él.

 Interfaz: método de conexión y lenguaje

Partes de un periférico

 Parte mecánica: Dispositivos ópticos y

electromecánicos controlados por elementos
electrónicos. Suele ser lo que más pronto se
avería.

 Parte electrónica: Interpreta las órdenes que

vienen de la CPU para la recepción o
transmisión de datos y de activar los
elementos electromecánicos u ópticos del
periférico.

Organización de entradas y
salidas (1)
 El ordenador manda y/o recibe datos del

periférico (ceros y unos).

 Es necesario un lenguaje entre el periférico y

el ordenador para que se puedan entender.
 La CPU y el periféricos son muy diferentes

(distintos códigos, distinta longitud de palabra,
distinta velocidad)

 Cada periférico o un conjunto similar de

periféricos tiene un lenguaje propio.

Organización de entradas y
salidas (2)
 Para que CPU y periférico se entiendan es

necesario un controlador. No sólo lógico
(drivers), sino también físico (circuitos de
interfaz).

 Un controlador es un mediador entre la CPU y

el periférico.

 Un controlador se encarga de la transferencia

de datos entre periférico y CPU.

 El controlador recibe y genera señales de

control y señales de estado.

Organización de entradas y
salidas (3)
 La transferencia de información entre

periférico y CPU se realiza mediante los
puertos de entrada/salida.

 Los puertos de E/S son registros que se

conectan al ordenador.

 La CPU ve cada periférico como un

puerto o un conjunto de puertos.

Objetivos de los controladores
 Selección o direccionamiento del periférico: La
CPU sólo se puede comunicar con un puerto a
la vez. El controlador se encarga de
seleccionarlo.

 Almacenamiento temporal: Almacena
temporalmente los datos a transmitir.

 Sincronización: Se encarga de gestionar las

diferencias de velocidad de la CPU y el
periférico.

 Control del periférico: La CPU debe conocer el

estado del periférico y enviarle órdenes.

Objetivos de los controladores (2)
 Conversión de datos: Adaptación de las

señales eléctricas y lógicas por el
periférico a la CPU.

 Detección de errores: Las transferencias

de datos pueden contener errores.
Paridad.

 Gestión de transmisión de bloques de

información: Algunos periféricos
transmiten conjuntos de palabras en
lugar de palabras aisladas.

Controladores
 Al principio la CPU se encargaba de todas las

operaciones de E/S

 Ahora los controladores se encargan de la
mayoría de las operaciones. Por ejemplo,
pasar un programa de disco duro a memoria
principal.

 Los controladores son cada vez más

complejos (son una CPU en sí mismos y
cuentan con su propia memoria)

Buses

 Las líneas electrónicas que interconectan las distintas

 Tipos de buses:

partes de un ordenador se denomina buses. Por ejemplo,
los puertos con la CPU.
• Bus del sistema: Conecta la CPU con el resto de componentes
• Bus de expansión: Permite la conexión de periféricos al

del ordenador (Memoria principal y controlador).

ordenador y es mucho más lento que el bus del sistema. Aquí se
conectaría, por ejemplo, el teclado.

• Bus local: Es un bus para periféricos más rápido que el de

expansión. Por ejemplo un bus PCIe para las tarjetas gráficas.
 La conexión de periféricos a los buses se suele realizar

mediante unas ranuras llamadas slots.

Teclado

 Periférico de entrada que transforma pulsaciones de

teclas en señales eléctricas que indican caracteres.

 Las teclas se agrupan:

• Bloque principal: Caracteres alfanuméricos y especiales.
Heredado de las máquinas de escribir QWERTY.
• Bloque numérico. Heredado de las calculadoras.
• Teclas de control. El cursor para poderse mover por la
pantalla.
• Teclas de función: Teclas con una función predefinida por
el usuario o por la aplicación.

Ratón
 Transforma movimientos de muñeca en

coordenadas bidimensionales. Además de
pulsadores para enviar información.

 Tipos de ratones: Mecánicos, Ópticos y

Táctiles

 Envían al ordenador distancia, sentido y

dirección, desde el último movimiento, por lo
que detectan movimientos relativos.

 Multitáctiles: Permiten enviar información de

varios movimientos simultáneos.

Joystick o palanca de juegos
 Es un periférico compuesto por una

palanca que capta movimientos (similar
a un cursor) y un conjunto de botones.

 Utilizado en juegos y como sustituto del

ratón.

 Joystick con feedbak: La palanca se
mueve dependiendo de la aplicación.

Escáner

 Dispositivo para la digitalización de documentos

mediante procedimientos optoeléctricos.

 Divide una página en puntos de imagen que capta

mediante una malla de sen