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ESTA ES UNA PRUEBA DE P�GINA WEB PARA LA MATERIA DE ELECTR�NICA DE LA CARRERA DE
INGENIERIA EN ELECTR�NICA Y TELECOMUNICACIONES DE LA UNIVERSIDAD DEL BAJIO EN LEON GUANAJUATO M�XICO.
MI NOMBRE ES ERIK VALENZUELA GARC�A
TODO EL TEXTO AQU� ESCRITO ESTA TOMADO DE VARIAS PAGINAS EN LA WWW
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UNIDAD 3
Unidad Central de Proceso
Es el componente encargado de llevar a cabo el proceso de la informaci�n y regular la actividad de todo el sistema del ordenador. Est� formada por una unidad de control que lee, interpreta y realiza las instrucciones del programa en ejecuci�n, una unidad aritm�tico-l�gica que ejecuta las operaciones l�gicas y aritm�ticas, y una zona de registros o zonas de almacenamiento donde se guardan los datos que se est�n procesando. La unidad central de proceso suele denominarse con las siglas CPU (Central Process Unit) o UCP (Unidad Central de Proceso), procesador o microprocesador.
Las unidades centrales de proceso se caracterizan principalmente por la tecnolog�a empleada (CISC o RISC), la longitud de la palabra de datos en bits, la utilizaci�n de coprocesadores y por la frecuencia de reloj en MHz.
Reloj
El ordenador posee un funcionamiento s�ncrono gobernado por un reloj, de tal manera que el tratamiento de la informaci�n se realiza con arreglo a una secuencia ordenada de operaciones en el tiempo.
El reloj genera los impulsos el�ctricos que permiten sincronizar las operaciones, esto es, marca el principio, la duraci�n y el final de cada operaci�n. El n�mero de impulsos generados se mide en Megahertzios (MHz) que indica el n�mero de millones de pulsos generados por el reloj en un segundo.
La frecuencia de reloj determina la velocidad en la transferencia de un dato entre dos dispositivos conectados al mismo bus (por ejemplo, lectura de una palabra de memoria por parte de la UCP). Para la transferencia completa de un dato pueden ser necesarios varios ciclos de reloj, en cada uno de los cuales son ejecutadas las operaciones m�s elementales que conforman dicha transferencia.
El incremento de la velocidad de proceso en los ordenadores personales se ha conseguido gracias a la utilizaci�n de los �ltimos avances tecnol�gicos. Con el empleo de la tecnolog�a VLSI (Very Large Scale Integration, Integraci�n a Escala Muy Grande) disminuyen los costes asociados a todos los circuitos electr�nicos.
Longitud de la palabra de datos
La longitud de la palabra de datos determina la cantidad de informaci�n que es capaz de procesar simult�neamente la unidad central de proceso en cada pulso de reloj. Se mide en bits. A mayor longitud de palabra mayor complejidad y circuiter�a necesaria en la UCP, pero mayor potencia de proceso.
Unidad Aritm�tico-L�gica (UAL)
La unidad aritm�tica y l�gica, llamada tambi�n unidad de c�lculo, es la encargada de efectuar el conjunto de operaciones con las que est� dotado el ordenador. Se compone de registros y de un conjunto de circuitos l�gicos responsables de realizar las operaciones l�gicas y aritm�ticas prefijadas desde la etapa de dise�o del ordenador.
Unidad de Control (UC)
La unidad de control es la encargada de gobernar el funcionamiento del ordenador.
La UC tiene como responsabilidad recibir e interpretar cada instrucci�n a ejecutar por el ordenador, para posteriormente transformarla en una serie de microinstrucciones a muy bajo nivel, particulares para cada arquitectura de ordenador.
La UC dispone de la circuiter�a necesaria para leer la direcci�n de memoria que contiene la instrucci�n a ejecutar, localizar dicha instrucci�n y escribirla en un registro destinado para tal fin en la UC (registro de instrucci�n). Posteriormente otro elemento de la unidad de Control (Decodificador) transforma la informaci�n de este registro en una informaci�n m�s amplia e inteligible para el secuenciador.
El secuenciador analiza e interpreta la salida del decodificador, y en funci�n de esta informaci�n ejecuta un microprograma contenido en la memoria de control, que produce las microinstrucciones necesarias para que se ejecute la instrucci�n.
Esta forma de ejecutar las instrucciones (por firmware) es propia de las UC programadas que son las m�s extendidas. Existen otro tipo de UC, llamadas UC cableadas donde las instrucciones est�n implementadas por hardware.
Al finalizar la ejecuci�n de la instrucci�n en curso, el registro contador de programa contiene informaci�n sobre la direcci�n de memoria en que se encuentra la siguiente instrucci�n que debe ejecutarse. Por tanto, una vez finalizada la ejecuci�n de una instrucci�n, la circuiter�a de la UC lee de este registro contador de programa la direcci�n de la instrucci�n siguiente para su ejecuci�n, volviendo nuevamente a comenzar el ciclo.
Si la instrucci�n es compleja, generar� muchas microinstrucciones y algunas de ellas necesitar�n varios ciclos de reloj para completarse. Como la ejecuci�n de la instrucci�n se dar� por terminada cuando se hayan ejecutado todas las microinstrucciones, esta instrucci�n compleja necesitar� varios ciclos de reloj para su finalizaci�n.
Coprocesador
La arquitectura de un PC tambi�n puede contar con coprocesadores. Estos son microprocesadores especializados en la ejecuci�n de determinados c�lculos, que descargan de estas funciones a la unidad central de proceso. Su necesidad depende de la complejidad de las aplicaciones que van a ser ejecutadas.
Arquitecturas de procesadores: CISC/RISC
La arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computer) se caracteriza por disponer de un grupo muy amplio de instrucciones muy complejas y potentes. Es m�s antigua que la arquitectura RISC y por tanto su dise�o est� marcado por la tecnolog�a existente en los a�os 60.
En las primeras arquitecturas los ordenadores tend�an a aumentar su potencia a base de ampliar su repertorio de instrucciones y de a�adir instrucciones m�s potentes. El hecho de que el tiempo de ejecuci�n de una instrucci�n fuera de varios ciclos de reloj no representaba un problema puesto que las velocidades de la memoria de control eran muy superiores a las velocidades de la memoria principal. As�, aunque el proceso de las microinstrucciones se completase en un ciclo de reloj, no se podr�a continuar con el proceso de la siguiente instrucci�n inmediatamente, ya que estar�a alojada en la memoria principal, de velocidad mucho m�s lenta que la memoria de control.
En los a�os 70, las mejoras tecnol�gicas permitieron tener velocidades en la memoria principal similares a la memoria de control, lo que hizo posible trabajar con instrucciones simples (que se completan en un ciclo de reloj) y por tanto acelerar considerablemente la ejecuci�n de instrucciones (nada m�s terminar la ejecuci�n de todas las microinstrucciones se empieza con la ejecuci�n de la siguiente instrucci�n).
Esta arquitectura, denominada RISC (Reduced Instruction Set Computer), se caracteriza por poseer un juego de instrucciones lo m�s reducido posible con un porcentaje alto de ellas que se completan en un ciclo de reloj. Si hubiese que ejecutar alguna instrucci�n compleja, necesitar�a m�s de un ciclo de reloj, pero la mayor parte de ellas se pueden realizar a partir de operaciones fundamentales. Por otra parte, es una constataci�n estad�stica que la potencia pr�ctica de un ordenador reside en un conjunto peque�o de su repertorio de instrucciones, con lo cual si se reduce dicho repertorio se sigue conservando la potencia del ordenador, y disminuye la complejidad del dise�o y el coste.
Para ejecutar una tarea se necesitan m�s instrucciones en RISC que en CISC, ya que en RISC las instrucciones son m�s elementales. Pero el hecho de tener actualmente unos mecanismos r�pidos de acceso a memoria, buses de alta velocidad y compiladores especializados en estas arquitecturas, hace que los ordenadores RISC obtengan en general unos mejores rendimientos.
Ahora bien, algunas de las formas tradicionales de medir el rendimiento, como es el n�mero de MIPS, no son adecuadas para comparar el rendimiento de m�quinas CISC y RISC. Esto se debe a que los MIPS dan la cantidad de millones de instrucciones por segundo que desarrolla una m�quina, pero no tienen en cuenta la potencia de esas instrucciones. Por el propio dise�o de la arquitectura RISC, estas m�quinas tienden a desarrollar m�s MIPS que las CISC.
Unidades centrales
Las unidades centrales de proceso empleadas en los PCs pertenecen mayoritariamente a la familia Intel o compatibles (AMD, Cyrix o IDT). La familia Intel constituye el punto de referencia obligado para los otros fabricantes cuyos productos deben demostrar su compatibilidad con Intel. Todas ellas se basan en tecnolog�a CISC y poseen una longitud de palabra de datos de 32 bits. La m�s reciente familia de microprocesadores Intel se compone de los modelos siguientes:
Modelo Velocidades Alcanzadas (Mhz) Tecnolog�a empleada
486SX 16, 25, 33 1 micra
486SX2 50 1 micra
486DX 25, 33, 50 1 micra
486 DX2 50, 66 1 micra
486 DX4 75, 100 0.8 micras
486SL 16 1 micra
Pentium 60, 66, 90, 100, 120, 133, 150, 166, 200 0.8, 0.6, 0.35 micras
Pentium MMX 150, 166, 200, 233 0.35 micras
Pentium Pro 150, 155, 180, 200 0.6, 0.35 micras
Pentium II 233, 266, 300, 333, 350, 400 0.35, 0.25 micras
La familia de procesadores 486 vieron la luz en abril de 1989, y enterraron la antigua familia 386, al incorporar novedades como la memoria cache de primer nivel, de 8 o 16 KB, que aumentaban considerablemente las prestaciones del procesador. Dicha cache se encuentra inclu�da dentro del propio procesador.
Las unidades centrales de proceso 486DX y 486SX se diferencian por la existencia de un coprocesador matem�tico integrado en la primera y, por tanto, en sus prestaciones referidas a c�lculo matem�tico.
El procesador 486DX2 es equivalente a el 486DX pero se caracteriza por incorporar una tecnolog�a que duplica la frecuencia interna de reloj, esto es, la unidad central de proceso realiza las operaciones al doble de velocidad que el resto de componentes del sistema aumentando notablemente las prestaciones del ordenador.
La unidad central de proceso 486DX4 es an�loga al 486DX pero internamente triplica la frecuencia de reloj, es decir, los componentes externos a la unidad central de proceso trabajan tres veces m�s lento que �sta. En la pr�ctica constituye el procesador m�s r�pido de la gama 486.
El procesador 486SL es una versi�n del 486DX que se caracteriza por haber sido espec�ficamente dise�ado para su utilizaci�n en ordenadores port�tiles, cuidando sus necesidades especiales de baja potencia y ahorro de energ�a.
El salto en la velocidad del procesador sucedido con la aparici�n de los microprocesadores DX4 tuvo relaci�n directa con el cambio en la tecnolog�a de fabricaci�n de los microprocesadores: hasta entonces, la tecnolog�a empleada era de 1 micra, pero en estos nuevos procesadores se comenz� a emplear la tecnolog�a de 0.8 micras, que proporcion� una mayor integraci�n del chip, al poder incluir �ste un mayor n�mero de transistores, y tambi�n un notable aumento en la velocidad del procesador, como consecuencia de emplear una tecnolog�a m�s evolucionada.
Una caracter�stica importante de la familia 486 de Intel es la capacidad de actualizaci�n de la unidad central de proceso mediante el denominado OverDrive, cuyo nombre identifica indistintamente al z�calo vac�o que el fabricante puede incluir en la placa base como al procesador que se puede insertar en dicho z�calo. Esta facilidad resulta altamente recomendable pues permite aumentar la vida �til del ordenador.
El Pentium, aparecido en marzo de 1993, fue el procesador que signific� un salto cualitativo en velocidad y prestaciones dentro la familia Intel. Su novedoso dise�o le posibilitaba la ejecuci�n de hasta dos instrucciones por ciclo de reloj. Se trata de un procesador con una longitud de palabra de datos externa de 64 bits e interna de 32, que incluye una memoria cache de primer nivel de 16 KB. Las primeras versiones continuaban empleando la tecnolog�a de 0.8 micras, lo que posibilit� al Pentium llegar a la velocidad de 100 Mhz, pero el paso a las 0.6 micras permiti� alcanzar velocidades de hasta 150 Mhz. Finalmente, un nuevo salto a la tecnolog�a de 0.35 micras permiti� al Pentium alcanzar los 200 Mhz.
A continuaci�n se presenta el �ndice ICOMP para algunos de los procesadores de la familia Intel. El �ndice ICOMP eval�a las prestaciones del procesador para poder establecer comparaciones y no refleja el dise�o de un equipo en particular :
En noviembre de 1995 apareci� el Pentium Pro, desarrollado inicialmente con tecnolog�a de 0.6 micras, y con las velocidades de 150 y 166 Mhz. Su principal novedad fue la inclusi�n de una memoria cache de segundo nivel de 256KB o de 512KB dentro del propio procesador, que alcanza la misma velocidad que el procesador, lo que le permitia superar ampliamente las prestaciones ofrecidas por su hermano peque�o, el Pentium, que aunquetambi�n suele contar con una cache de este tipo, se tiene que situar fuera del procesador, por lo que no alcanza la velocidad de �ste, y su velocidad es del bus, normalmente de 66 Mhz.
Pero en enero de 1997, Intel sac� el mercado nuevos procesadores Pentium que inclu�an la tecnolog�a que ha supuesto el m�s significativo avance en el campo de los procesadores en los �ltimos a�os: la tecnolog�a MMX. Esta tecnolog�a consiste en 57 nuevas instrucciones de procesador que permiten un rendimiento en el campo multimedia y en las comunicaciones bastante superior, ofreciendo adem�s otra serie de posibilidades. De esta manera, Intel consigui� abrirse camino dentro del creciente campo de la multimedia. Estos procesadores, llamados Pentium MMX, han alcanzado velocidades de 166, 200 y 233 Mhz. Adem�s, cuentan con una cache de primer nivel de 32 KB, lo cual les proporciona una ventaja adicional respecto a los Pentium convencionales, llegando incluso a superar las prestaciones del Pentium Pro a 150 y 166 Mhz.
La aparici�n de la tecnolog�a MMX, y el alto coste que produce incluir la cache de segundo nivel dentro del procesador, jubil� anticipadamente a los Pentium Pro, dando lugar a la aparici�n, en mayo de 1997, del Pentium II, que ya incluye la tecnolog�a MMX. Adem�s cuenta con una novedosa arquitectura de bus, llamada "Arquitectura de doble bus independiente", que resuelve el problema del alto coste de la cache de segundo nivel. Dentro de la carcasa del Pentium II hay dos buses: uno se comunica con el bus del sistema, mientras que el otro se comunica con la memoria cache de segundo nivel, de 512 KB, que se encuentra fuera del propio procesador pero dentro de carcasa que envuelve a �ste. Este segundo bus alcanza la mitad de la velocidad del procesador, con lo que se consiguen unas prestaciones muy buenas, reduciendo los costes de producci�n. Los Pentium II, fabricados con tecnolog�a de 0.35 micras, alcanzan una velocidad de hasta 300 Mhz. Adem�s, la novedosa tecnolog�a empleada en la fabricaci�n del Pentium II le permite ejecutar hasta 3 instrucciones por ciclo de reloj.
A continuaci�n se presenta un esquema de la Arquitectura de Doble Bus del Pentium II:
En Enero de 1998 aparece el primer procesador fabricado con tecnolog�a de 0.25 micras, el Pentium II con velocidad de 333 Mhz. En abril de 1998 aparecen los Pentium II a 350 y 400 Mhz, tambi�n fabricados con tecnolog�a de 0.25 micras. Dicha tecnolog�a es la actualmente la mejor disponible en el mercado, pudi�ndose llegar con ella a velocidades de 500 Mhz. Tambi�n aparece el procesador Celeron a 266 Mhz, versi�n reducida del Pentium II que no contiene cache de segundo nivel, a costa de un menor coste de fabricaci�n.
A continuaci�n se presenta el �ndice ICOMP 2.0. ( versi�n modificada del �ndice ICOMP que contempla las novedades de los �ltimos procesadores) para algunos de los procesadores Pentium, Pentium MMX, Pentium Pro, Pentium II y Celeron de la familia Intel:
Aparte de Intel, existe otras tres compa��as que fabrican procesadores para el mundo de los PC compatibles: AMD, Cyrix e IDT.
AMD tiene en su serie de procesadores m�s recientes el AMD K5, que proporciona unas prestaciones y caracter�sticas similares a las del Pentium cl�sico. Del K5 existen los modelos PR75, PR90, PR100, PR120, PR133 Y PR166. Los n�meros que aparecen en el modelo del procesador indican que las prestaciones ofrecidas por el procesador son similares a las del Pentium de Intel que funciona a dicha velocidad, es decir, dichos modelos no alcanzan esta velocidad de reloj sino que es un poco inferior. Se�alar que estos modelos llevan una cache de primer nivel de 24 KB frente a los 16 KB del Pentium. A continuaci�n aparece el AMD K6, del cual existen tres modelos: K6 a 166 Mhz, a 200 Mhz y a 233 Mhz. En este caso s� que se trata de la aut�ntica velocidad de reloj. Se trata de procesadores similares al Pentium II,que llevan inclu�das el conjunto de instrucciones MMX, si bien su rendimiento es menor a su equivalente en velocidad de reloj. Como contrapartida, su precio es mucho m�s asequible. Por �ltimo, el procesador de m�s reciente aparici�n en el mercado es el AMD K6 3D, con modelos a 300 y 350 Mhz que incorporan un nuevo conjunto de instrucciones para acelerar los gr�ficos 3D, multimedia, etc.
Respecto a Cyrix, se pueden encontrar los 6x86L, equivalentes a los Pentium, si bien s�lo alcanzan hasta los 120 Mhz; los 6x86MX, equivalentes a los Pentium II, de los que existe los modelos PR166, PR200 y PR233, si bien tampoco se trata de la velocidad real, sino de la comparaci�n con las prestaciones ofrecidas por los procesadores de Intel a dicha velocidad. Por otro lado aparece el revolucionario procesador MediaGX a 200 Mhz, que integra al propio procesador, un chip de sonido, un chip gr�fico, el controlador de memoria y el conjunto de chips que controlan el bus PCI. Con ello se consigue que los gr�ficos y el sonido se procesen a la velocidad del procesador y no a la del bus, a la vez que permiten que la construcci�n de ordenadores a partir de este procesador sea mucho m�s econ�mica.
Por �ltimo aparece IDT, empresa que aparece en el mercado en 1997, que cuenta con un procesador llamado C6, de 225 y 240 Mhz, similar al Pentium MMX, que no alcanza las prestaciones de �ste, pero cuyo precio es mucho m�s econ�mico, y con el procesador C6+, fabricado con tecnolog�a de 0.25 micras, que cuenta con una velocidad de 300 Mhz, un conjunto de instrucciones 3D y una cache de segundo nivel de 256 KB dentro del chip, con lo que sus prestaciones se acercan a las del correspondiente Pentium II de Intel, contando con la ventaja del precio mucho m�s econ�mico.
Los Macintosh emplean dos modelos de unidades centrales de proceso: la familia PowerPc y la familia Motorola.
La familia PowerPc se compone hasta el momento de la unidad central de proceso 601, que est� constituido por un bus de 32 bits y trabaja a frecuencias de 60, 66 y 80 MHz; la 602 con velocidades de hasta 200 Mhz, y la unidad 603, con bus de 64 bits y que alcanza hasta los 275 Mhz. Esta unidad central de proceso utiliza tecnolog�a RISC y su principal virtud es su gran velocidad de proceso, pudiendo ejecutar hasta tres instrucciones por ciclo de reloj. Aunque la aparici�n de la unidad central de proceso PowerPc es muy reciente, es de esperar que paulatinamente vaya incrementando su penetraci�n en el mercado dadas sus elevadas prestaciones.
En cuanto a la familia Motorola su gama se compone por los modelos 68030 (16, 25 MHz), 68040 (25, 33 MHz), 68050 (33, 50, 66 Mhz), 68060 (75, 90, 100, 120, 150 Mhz), 68070 (166, 200, 233, 266 Mhz) y 68080 (hasta los 400 Mhz). Son procesadores CISC con 32 bits de longitud de palabra de datos, en el caso de los modelos 68030, 68040, y de 64 bits en el resto.
La selecci�n del procesador m�s adecuado en cada caso depender� tanto de la naturaleza de las aplicaciones a explotar (orientada a las necesidades de unidad central de proceso, de entrada/salida, etc.) como del modo de operaci�n del equipo en cuesti�n (modo monousuario versus multiusuario, multitarea, etc.). Sobre estos puntos se tratar� en los apartados de an�lisis de necesidades y factores relevantes en el proceso de adquisici�n.
Transferencia de datos
Entre los componentes b�sicos que definen la estructura de un ordenador hay que incluir el bus. Constituye el medio f�sico a trav�s del cual se comunican entre s� todos los componentes de un ordenador. Su capacidad y rendimiento deben estar en correspondencia con la demanda de servicio que realizan los componentes a �l conectados, tales como la unidad central de proceso, la memoria, etc.
Un bus se puede caracterizar desde el punto de vista tecnol�gico por varios factores, de los cuales los m�s significativos son su longitud de palabra de datos, el protocolo de arbitrio y su velocidad de transferencia en MegaBytes/s.
El bus de datos original de los primeros PCs es la arquitectura ISA (Industry Standard Architecture) que maneja palabras de 16 bits y posee una velocidad de transferencia de 10 MB/s. Esta arquitectura constituye la base de la mayor�a de los equipos instalados aunque puede ocasionar cuellos de botella cuando se trata de dar servicio a perif�ricos de alta velocidad como por ejemplo al sistema gr�fico.
La soluci�n a este problema ha sido abordada desde varias alternativas. La primera es la denominada arquitectura EISA (Extended Industry Standard Architecture) que est� constituida por un bus de 32 bits, proporciona una velocidad de transferencia de 33 MB/s y mantiene plena compatibilidad con las tarjetas ISA. A�n siendo tres veces m�s r�pida que la arquitectura ISA, su rendimiento es inferior a la demanda de servicio realizada por el sistema gr�fico, por lo que su presencia pr�cticamente se reduce a servidores de red de �rea local como segundo bus de baja velocidad.
La arquitectura MCA (Micro Channel Architecture) est� tambi�n constituida por un bus de 32 bits y una velocidad de transferencia de 40 MB/s. Esta arquitectura posee como principal inconveniente la incompatibilidad absoluta con la arquitectura ISA. Ello significa una amenaza potencial a las inversiones realizadas previamente en tarjetas de ampliaci�n. En la actualidad su utilizaci�n es residual en la l�nea de equipos PS/2 de IBM.
Otra posible soluci�n ha sido propuesta bajo el nombre de VL-Bus (Vesa Local Bus), que utiliza un bus de 32 bits y ofrece una velocidad de transferencia de 132 MB/s. Esta soluci�n presenta la ventaja de sus elevadas prestaciones a cambio de soportar un n�mero peque�o de perif�ricos y ser dependiente de la unidad central de proceso utilizada. La soluci�n adoptada mayoritariamente por los fabricantes consiste en la utilizaci�n de esta arquitectura para los componentes m�s r�pidos del ordenador, tales como el sistema gr�fico y el sistema de almacenamiento en disco, y el empleo de la arquitectura ISA para dar servicio a los perif�ricos m�s lentos. Esta arquitectura soluciona eficazmente los problemas m�s cr�ticos de la arquitectura ISA y resuelve las necesidades actuales en cuanto a potencia y rendimiento del ordenador.
La quinta alternativa, denominada arquitectura PCI (Peripheral Component Interconnect) est� tambi�n constituida por un bus de 32 bits con velocidad de transferencia de 33 Mhz en sus primeras versiones, y de 64 bits con 66 Mhz de velocidad en las m�s actuales, . La arquitectura PCI presenta como principales ventajas sus elevadas prestaciones, la configuraci�n autom�tica de perif�ricos y su independencia con respecto a la unidad central de proceso utilizada. El enfoque adoptado por los fabricantes es similar al utilizado en la arquitectura VL-Bus: conectan al bus PCI los componentes m�s r�pidos del ordenador y emplean la arquitectura ISA para dar servicio a los perif�ricos m�s lentos. Esta arquitectura ha sido dise�ada para trabajar con unidades centrales de proceso de altas prestaciones (Pentium, PowerPc, etc.) y ha conseguido el respaldo de los grandes fabricantes de ordenadores.
En la pr�ctica la arquitectura VL-Bus domina los equipos basados en 486 mientras que la arquitectura PCI constituye la base de la mayor�a de equipos basados en Pentium y Pentium II.
La asociaci�n de fabricantes PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association) ha desarrollado un bus de 32 bits que presenta, como principales ventajas, la capacidad de configuraci�n autom�tica de los perif�ricos y la posibilidad de insertar o extraer tarjetas del equipo sin necesidad de apagarlo, pero al mismo tiempo adolece de inconvenientes potenciales en cuanto a posibilidad de intercambio de tarjetas entre equipos de distintos fabricantes. La arquitectura PCMCIA se dise�� por requisito exclusivo de la industria de ordenadores port�tiles y hoy en d�a es el est�ndar de este tipo de ordenadores. Existen distintos tipos de tarjetas PCMCIA dependiendo de su grosor: tipo I (3,3 mm), tipo II (5 mm) y tipo III (10,5 mm). Lo m�s conveniente en un port�til es que posea el mayor n�mero posible de ranuras del tipo III, pues en ellas se podr� conectar cualquier tarjeta PCMCIA.
Los Macintosh utilizan la denominada arquitectura NUBUS, que est� constituida en torno a un bus de 32 bits y presenta como principal ventaja la incorporaci�n de una ranura de expansi�n denominada PDS (Processor Direct Slot) que permite la comunicaci�n directa con la unidad central de proceso.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que el bus del puerto de v�deo funciona a 33 Mhz, con lo que s�lo puede alcanzar una velocidad de transferencia de 133 MB/s, cantidad que se alcanza f�cilmente con una aplicaci�n de elevada potencia gr�fica.. Para solucionar este problema, se ha desarrollado un nuevo bus denominado AGP (Puerto Gr�fico Acelerado), empleado exclusivamente para el puerto de v�deo, pues son las aplicaciones gr�ficas las que mayor uso hacen del bus. Una ventaja del puerto AGP es que libera al bus PCI de todas las tareas gr�ficas, aumentando de esta manera el ancho de banda del resto de perif�ricos que utilizan dicho bus. El est�ndar AGP se basa en las especificaciones del propio est�ndar PCI, pudiendo acogerse a tres formatos distintos, mediante los que se obtienen distintas velocidades:
Especificaci�n Velocidad de bus equivalente Velocidad de transferencia alcanzada Transferencias de datos x ciclo de reloj
AGP 1X 66 Mhz 266 MB/s 1
AGP 2X 133 Mhz 533 MB/s 2
AGP 4X 266 Mhz 1066 MB/s 4
Teniendo en cuenta que el bus AGP (al igual que el PCI) es capaz de procesar 4 bytes de informaci�n de forma simult�nea, y que la velocidad del bus AGP es de 66 Mhz, se comprueba que el est�ndar AGP 4X puede alcanzar la velocidad de 66Mhz x 4 bytes x 4 transferencias = 1066 MB/s, cantidad muy superior a los 533 MB/s que puede gestionar el resto de bus del sistema, de 64 bits a 66 Mhz.
El esquema de funcionamento del bus, incorporado el nuevo bus AGP es el siguiente:
Durante 1998 se han desarrollado nuevos buses que alcanzan los 100 Mhz, con los que la velocidad de transmisi�n de datos del ordenador llega hasta los 800 MB/s, a�n insuficiente para alcanzar los 1066 MB/s del est�ndar AGP 4X.
A continuaci�n se presenta un gr�fico que muestra la evoluci�n de la arquitectura y velocidad del bus en los ordenadores montados en la era del Pentium (1995-1997) y en la era del Pentium II (a partir de 1998).
Merece una menci�n aparte el USB (Universal Serial Bus), mediante el cual se pretende la desaparici�n de los puertos de conexi�n en serie, en paralelo, el puerto del rat�n, teclado, etc. Este bus permite conectar hasta 128 perif�ricos, que ser�n reconocidos autom�ticamente por los sistemas operativos que soporten este est�ndar. Con este bus se facilita la conexi�n de los distintos perif�ricos que pueden conectarse a la placa de un ordenador personal.
Unidades de memoria
Memoria Principal
La memoria principal es la unidad del ordenador en donde se almacenan los datos y las instrucciones de los programas en ejecuci�n, que recupera y graba en ella la unidad central de proceso a trav�s de las dos operaciones b�sicas definidas sobre ella, una de lectura y la otra de escritura. Para su comunicaci�n se conectan directamente al mismo bus ambas unidades, la UCP y la memoria.
La memoria principal puede ser central o expandida. La memoria central est� dividida en celdas formadas generalmente por un octeto. Cada uno de esos octetos es una unidad direccionable en la memoria. El mapa de memoria se corresponde con el espacio de memoria direccionable. Este espacio viene determinado por el tama�o de las direcciones, es decir, por el tama�o del bus de direcciones.
Las caracter�sticas m�s importantes de la memoria principal son:
� Capacidad: Es la cantidad de informaci�n que puede almacenar, medida en unidades de bits, octetos (Bytes) o palabras, junto con los prefijos K (kilo,2 = 1024 bits), M (mega, aproximadamente 10 bits), G (giga, aproximadamente 10 bits), T (tera, aproximadamente 10 bits).
� Expansi�n: La m�xima capacidad de memoria RAM determina el potencial del ordenador para su futuro crecimiento. Esta m�xima capacidad instalable representa el rango de memoria que el ordenador puede soportar. Para ello, en algunos modelos se pueden utilizar tarjetas de memoria adem�s de la memoria montada en la propia placa base.
� La memoria cach� externa tambi�n puede ser ampliada para cada procesador. Esta capacidad afecta al potencial del ordenador para mejorar su rendimiento.
� Tiempo de acceso: El tiempo transcurrido desde que se solicita una lectura hasta que la informaci�n est� disponible en un registro fuera de la memoria principal.
� Ciclo de memoria: tiempo requerido en la ejecuci�n de una operaci�n de memoria y la solicitud inmediata a la memoria de otra operaci�n id�ntica.
La memoria puede ser:
� De acceso directo (o aleatorio): La selecci�n de una unidad direccionable de memoria requiere siempre el mismo tiempo, independientemente de su situaci�n f�sica. Este tipo de memoria es conocida como RAM (Random Access Memory).
� De capacidad de lectura y escritura, aunque a veces coexiste tambi�n en la memoria principal una parte de memoria ROM (Read Only Memory), que viene grabada en el proceso de fabricaci�n y no es posible reescribir sobre ella.
La memoria central es direccionable por octetos, mientras que la expandida lo es por p�ginas, lo cual indica mayor complejidad de circuiter�a para la memoria central, y por tanto mayor coste.
La memoria expandida tiene como misi�n fundamental colaborar con la memoria central en los procesos de paginaci�n. Estos procesos sirven para dotar a los trabajos de una memoria mayor de la que f�sicamente posee el ordenador.
Cuando alg�n usuario necesita m�s memoria env�a una parte de la memoria central, dividida en porciones iguales (p�ginas), a memoria expandida o a disco. Preferentemente lo har� sobre memoria expandida, dependiendo de si tiene suficiente cantidad libre, puesto que en el caso de que se necesite recuperar una informaci�n que ha sufrido un proceso de paginaci�n, el tiempo de recuperaci�n ser� mucho m�s r�pido si se encuentra en memoria expandida que si se encuentra sobre memoria auxiliar (disco).
La memoria de un ordenador consta de un conjunto de componentes de caracter�sticas diferentes que est�n organizados en orden jer�rquico de tiempo de acceso. El objetivo de esta organizaci�n es adecuar la velocidad de la unidad central de proceso a la velocidad de transferencia de la memoria al menor coste posible.
La memoria se inserta en el ordenador utilizando los conectores denominados m�dulos SIMM (Single In-line Memory Module). En la pr�ctica existen dos modelos: de 30 contactos y de 72 contactos, siendo recomendables los m�dulos de 72 contactos por su mayor eficacia en la transferencia de datos.
La memoria se inserta en el ordenador empleando unos conectores espec�ficamente dise�ados para esto. Dichos conectores se presentan en dos formatos, que admiten dos tipos de m�dulos de memoria distintos:
M�dulo Caracter�sticas
M�dulos SIMM Mayoritariamente empleados en ordenadores basados en procesadores 486 y Pentium. Estos m�dulos est�n en desuso. En la pr�ctica existen 2 modelos: de 30 contactos y de 72 contactos, siendo recomendables estos �ltimos por su mayor eficacia en la transferencia de datos, y por poder emplear m�dulos de memoria de mayor capacidad, que alcanzan hasta los 32 MB.
M�dulos DIMM Empleados en los ordenadores basados en los procesadores Pentium m�s avanzados y en los procesadores Pentium II. Son m�dulos de 168 contactos, que emplean tecnolog�as de transferencia de datos m�s avanzadas que los m�dulos SIMM, y por ello su eficacia en la transferencia de datos es mayor, pudiendo llegar hasta los 128 MB.
La fabricaci�n de los m�dulos de memoria principal se realiza empleando tres tipos de tecnolog�a diferentes: la tecnolog�a FTP, que ya ha quedado anticuada por ser la m�s antigua y la que ofrece unas peores prestaciones, aparece en los m�dulos SIMM de 30 y 72 contactos, y suele aparecer en ordenadores basados en procesadores 486 y en los primeros Pentium. La teconolog�a EDO es la que se encuentra instalada en la mayor�a de los ordenadores personales que cuentan con procesadores Pentium y Pentium Pro. Ofrece unas prestaciones muy superiores a la tecnolog�a FTP, que ofrece un tiempo de acceso y una velocidad de transmisi�n mucho mejor que las memorias de tipo FTP, y se encuentra montada tanto en m�dulos SIMM de 72 contactos como en m�dulos DIMM de 168 contactos. Por �ltimo se encuentra la tecnolog�a SDRAM, aparecida en 1997, cuyos tiempos de acceso y transferencia son todav�a mejores que las memorias de tipo EDO. Esta memoria se distribuye con los ordenadores que incorporan los �ltimos modelos de Pentium II, y se distribuye en m�dulos DIMM de 168 contactos. Este �ltimo tipo de tecnolog�a ser� la predominante en los ordenadores montados a partir de 1998, junto con las tecnologias RDRAM y SLDRAM, m�s avanzadas que la SDRAM y que aparecer�n en el mercado a finales de 1998 y en 1999 respectivamente.
Las unidades de almacenamiento se comentan en el apartado de ese mismo nombre, y se han introducido en la figura para facilitar la visi�n global del sistema de memoria.
Antememoria (memoria cach�) interna
La antememoria es una memoria auxiliar de acceso aleatorio de baja capacidad y muy r�pida, que se a�ade entre la memoria principal y la UCP para mejorar el rendimiento del ordenador. En la memoria cach�, el sistema guarda las posiciones de la memoria principal que m�s frecuentemente prev� que van a ser usadas, ganando mucha velocidad en el acceso a �stas.
La memoria cach� puede ser integrada, si est� incluida en el propio procesador, o externa, si est� fuera del procesador. Esta �ltima es instalable por el usuario. La memoria cach� en algunos sistemas se divide en cach� de instrucciones y cach� de datos.
La arquitectura de la memoria cach� puede ser mapeada directamente o responder a una arquitectura (cach� secundario unificado, Harvard Architecture, etc.) que resuelve algunos de los inconvenientes que presenta la primera.
En la arquitectura mapeada directamente cada direcci�n de la memoria principal se corresponde con una posici�n de la memoria cach�. Pero cada posici�n de la cach� puede aceptar datos de multitud de direcciones de la memoria principal, aunque no de m�s de una simult�neamente. Esta �ltima circunstancia, la relaci�n de varios a uno entre la memoria principal y la memoria cach� puede ser causa de cuellos de botella en el acceso a datos.
La memoria cach� puede ser de dos tipos:
� Cach� de lectura: cuando la UCP intenta realizar una operaci�n de lectura sobre un dispositivo de memoria, principal o auxiliar (disco), antes comprueba si esa informaci�n existe ya en la memoria cach�. En el caso de que as� fuera, toma el dato de la memoria cach� ahorrando tiempo de proceso y operaciones de entrada/salida.
Si la informaci�n solicitada se encuentra en la memoria principal y no en la memoria cach�, se recuperar�a de la memoria principal y se escribir�a tambi�n en la memoria cach� para un posible uso posterior.
Si la informaci�n no existiera en la memoria cach� ni en la memoria principal, se recuperar�a del disco a la memoria principal y se escribir�a tambi�n en la memoria cach� para un posible uso posterior. Si la memoria cach� estuviera llena, escribir�a tambi�n la informaci�n recuperada pero borrar�a la informaci�n que fue requerida hace m�s tiempo.
El objetivo de la memoria cach� en lectura es mejorar el rendimiento reduciendo el n�mero de operaciones entrada/salida, para lo cual el sistema situar� en el cach� los datos m�s utilizados.
� Cach� de escritura: en este tipo de cach� las operaciones de escritura no se apuntan directamente sobre memoria principal, sino que se escriben en memoria cach�, con lo cual la operaci�n de entrada/salida se da por finalizada y puede continuarse con el proceso de la siguiente instrucci�n. Posteriormente esta informaci�n se transfiere de forma as�ncrona a memoria principal. El objetivo de la memoria cach� en escritura es mejorar el rendimiento liberando lo antes posible las operaciones de escritura.
Antememoria (memoria cach�) externa
Las controladoras de las unidades de almacenamiento tambi�n pueden disponer de memorias cach� externas, en donde se copian los datos que van a ser grabados o le�dos de la unidad de almacenamiento, para mejorar las velocidades de transferencia de datos a estos dispositivos. Para mayor informaci�n sobre las memorias cach� de disco
V�ase Unidades de Almacenamiento
Configuraci�n de memoria
La memoria reside en la tarjeta del sistema principal del PC o en tarjetas de expansi�n de memoria. A continuaci�n se describen los tipos de memoria que podr�a tener un PC:
� Memoria convencional: Hasta los primeros 640 KB de memoria de un equipo. Debido a que DOS administra por s� mismo la memoria convencional, no necesita un administrador adicional.
� Area de memoria superior: Son los 384 KB de memoria que se encuentran a continuaci�n de los 640 KB de memoria convencional. El �rea de memoria superior es utilizada por el hardware del sistema, como por ejemplo el adaptador de v�deo. Las partes de la memoria superior que no se usan se llaman bloques de memoria superior (UMB). Los bloques UMB se podr�n utilizar para ejecutar controladores de dispositivos y programas residentes en memoria.
� Memoria extendida (XMS): Es la memoria que se encuentra por encima de 1 MB. Esta memoria requiere un administrador de memoria extendida.
� Area de memoria alta (HMA): Son los primeros 64 KB de memoria extendida.
� Memoria expandida (EMS): Es la memoria extra (adem�s de la convencional) que pueden utilizar algunas aplicaciones basadas en DOS. La mayor�a de los equipos pueden acomodar memoria expandida. La memoria expandida se instala en una tarjeta de memoria expandida y viene incorporada en el administrador de memoria expandida. Los programas emplean memoria expandida en bloques de 64 KB dirigi�ndose a una parte del �rea de memoria superior llamada marco de p�gina EMS. Debido a que un administrador de memoria expandida proporciona acceso a s�lo una cantidad limitada de memoria expandida a un tiempo, el uso de �sta ser� m�s lento que el de la memoria extendida.
Esta estructura de memoria ha desaparecido con el DOS, ya que OS/2, Windows 95 y Windows 98 tienen un esquema de memoria plano.
Unidades perif�ricas
Los perif�ricos son elementos f�sicos externos al ordenador que permiten la comunicaci�n entre la unidad central de proceso y el exterior. Por el sentido de la comunicaci�n, desde el punto de vista de la unidad central de proceso, se dividen en tres grupos:
� De entrada
Son aquellos por los cuales se introduce la informaci�n al ordenador. Son perif�ricos de entrada:
� Teclado.
� Rat�n.
� Digitalizadores. V�ase Digitalizadores
� Tableta digitalizadora.
� L�piz �ptico.
� Pantalla t�ctil. V�ase Multimedia
� De salida
Son los utilizados para visualizar y/o representar la informaci�n del ordenador. Ejemplos de perif�ricos de salida son los siguientes:
� Sistema gr�fico
El sistema gr�fico es una de las partes m�s significativas ya que es el componente clave para la comunicaci�n entre el equipo y sus usuarios, ganando mayor importancia con la generalizaci�n de los sistemas operativos con interfaz gr�fico de usuario. Consta de dos elementos: la tarjeta gr�fica y el monitor. El monitor es el elemento visible por excelencia. A lo largo de la historia de los ordenadores personales han ido apareciendo est�ndares con mayores funcionalidades, especialmente en cuanto a nivel de resoluci�n y n�mero de colores disponibles.
Los niveles de resoluci�n m�s extendidos para los PCs en el mercado son: 640x480 puntos (VGA, Video Graphics Array), 800x600 puntos (SVGA, Super Video Graphics Array), de 1024x768 puntos y de 1280x1024 puntos. Para Macintosh los niveles de resoluci�n m�s habituales son: 640x870 puntos, 832x624 puntos o 1162x870 puntos.
En cuanto a la paleta de colores las posibilidades pueden variar desde paletas de 16 colores/tonalidades de grises elegidos entre 256 opciones distintas, hasta paletas de 256 colores/tonalidades de grises seleccionados entre 16 millones de posibilidades diferentes. Por otra parte el tama�o de monitor m�s frecuente es de 14 � 15 pulgadas de diagonal, populariz�ndose progresivamente tama�os superiores (de 17 a 20 pulgadas) m�s adecuados para aplicaciones de gran contenido gr�fico.
Conviene se�alar que el nivel de resoluci�n m�ximo alcanzado por el sistema gr�fico est� asociado al rango de frecuencias de barrido vertical soportadas por el monitor y a la cantidad de memoria incorporada en la tarjeta gr�fica, de la que existen dos tipos: DRAM (Dinamyc Random Access Memory) o VRAM (Video Random Access Memory). La memoria DRAM s�lo tiene un canal de distribuci�n a trav�s del cual env�a y recibe los datos, mientras que la memoria VRAM dispone de dos canales de distribuci�n que permiten recibir y enviar informaci�n simult�neamente, lo que mejora el rendimiento. La memoria DRAM es v�lida para resoluciones y paleta de colores de rango medio (800x600 puntos y 256 colores). Para resoluciones o paleta de colores mayores la memoria VRAM es la soluci�n m�s adecuada. Es una caracter�stica interesante poder ampliar dicha memoria posteriormente, pues evita la necesidad de cambiar de tarjeta gr�fica para alcanzar mayores resoluciones.
La siguiente tabla muestra las relaciones establecidas seg�n las resoluciones m�s utilizadas:
Resoluci�n (puntos) Profundidad de color (bits) N�mero de Colores Memoria M�nima (MB)
640x480 4 16 0'25
640x480 8 256 0'50
640x480 16 65.536 1'00
640x480 24 16.777.216 1'00
800x600 4 16 0'25
800x600 8 256 0'50
800x600 16 65.536 1'00
800x600 24 16.777.216 1'50
1024x768 4 16 0'50
1024x768 8 256 1'00
1024x768 16 65.536 1'50
1024x768 24 16.777.216 2'50
1280x1024 4 16 1'00
1280x1024 8 256 1'50
1280x1024 16 65.536 2'50
1280x1024 24 16.777.216 4'00
1600x1200 4 16 1'00
1600x1200 8 256 2'00
1600x1200 16 65.536 4'00
1600x1200 24 16.777.216 6'00
Uno de los factores m�s importantes en el dise�o de tarjetas gr�ficas es el tipo de chip que incorporan para gestionar los datos. En general, las tarjetas gr�ficas utilizan uno de estos tres tipos de chip: buffer de fotogramas, acelerador o coprocesador. Para la mayor�a de las necesidades del usuario las tarjetas aceleradoras es la opci�n m�s adecuada.
Un buffer de fotogramas, que es el dise�o de chip m�s antiguo y sencillo, requiere que la unidad central de proceso del ordenador calcule los datos de cada punto en la pantalla y que env�e dichos datos a la tarjeta gr�fica. Los buffers de fotogramas son m�s lentos que los acereladores y los coprocesadores aunque ofrecen buenas prestaciones para aplicaciones gr�ficas basadas en DOS.
Los chips aceleradores son procesadores no programables que toman el control del proceso gr�fico. Como s�lo procesan funciones gr�ficas, los aceleradores pueden procesar informaci�n gr�fica m�s r�pidamente que la unidad central de proceso, permitiendo que el procesador maneje menos informaci�n y reduciendo el tiempo de transferencia de los datos desde la unidad central de proceso a la tarjeta gr�fica. Son la opci�n m�s adecuada para el sistema operativo Windows.
Los coprocesadores ofrecen un planteamiento m�s flexible ya que son programables. Un coprocesador acepta un flujo de comandos de la unidad central de proceso del ordenador y asume gran parte de la carga de proceso gr�fico. Representan la opci�n id�nea para manejar gr�ficos a gran resoluci�n y con una gran paleta de colores.
Otras caracter�sticas menos relevantes son el tama�o del punto, la emisi�n de radiaciones del monitor y el modo (entrelazado o no entrelazado) en el que alcanza la resoluci�n m�xima. Estas caracter�sticas inciden en la ergonom�a del puesto de trabajo. Son preferibles los monitores no entrelazados con altas frecuencias de refresco y un tama�o de punto peque�o, que proporciona mayor calidad de imagen.
El sistema gr�fico m�s adecuado en cada caso depender� del soporte gr�fico requerido por las aplicaciones que vayan a ser explotadas.
V�ase Terminales Pantalla-Teclado
� Impresora. V�ase Impresoras
� Trazador (plotter). V�ase Impresoras
� De entrada/salida
Son aquellos que permiten la comunicaci�n entre ordenadores a trav�s de un medio de transmisi�n f�sico. Estos perif�ricos han ganado una indudable importancia en los �ltimos a�os, ya que permiten acceder a los recursos de la organizaci�n o compartir informaci�n y perif�ricos entre los usuarios de una comunidad. Pertenecen a este tipo de perif�ricos:
� M�dem.
� Tarjetas de red.
� Tarjetas para la conexi�n a entornos centralizados.
V�ase Redes de Area Local
Los ordenadores personales incorporan dos tipos de puertos, serie y paralelo, para gestionar las comunicaciones. El primero es el m�s vers�til y polivalente y se utiliza para conectar m�dems, fax, etc. El puerto paralelo se usa principalmente para conectar impresoras.
En cuanto a las comunicaciones v�a serie es importante se�alar que �stas son gobernadas por el chip denominado UART (Universal Asynchronous Receiver Transmiter) que incorporan todos los PCs. El UART 8250 es original de los primeros PCs y proporciona una velocidad m�xima de 9.600 bps. La segunda generaci�n es el UART 16450 que comenz� a emplearse con las unidades centrales de proceso 286 y proporciona una velocidad m�xima de 115.200 bps. Esta UART satisface las necesidades de un usuario trabajando en modo monotarea, pero plantea problemas de rendimiento y fiabilidad utiliz�ndolo en modo multitarea. Para solucionar este problema se desarroll� el UART 16550, que duplica las prestaciones de la anterior. Adem�s presenta otra serie de importantes ventajas que le convierten en id�neo en aquellas situaciones donde las comunicaciones v�a serie y modo multitarea sean requisitos de las aplicaciones a explotar.
Por otra parte cabe distinguir los perif�ricos que caracterizan a los ordenadores personales multimedia tales como el CD-Audio, la tarjeta de sonido, la tarjeta de v�deo y el CD-ROM.
V�ase Multimedia
A CONTINUACI�N LA UNIDAD 4 - SISTEMAS DE COMUNICACI�N-
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