Recuperación Tema 2

MME

Juan Carlos Navidad García

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Los componentes físicos de un ordenador se pueden clasificar en

tres grandes bloques:

• Unidad central del procesa (CPU)

• La memoria central

• Unidades periféricas

CPU: Unidad Central de Procesado

• Se trata del componente del ordenador que se ocupa del control y del
proceso de datos

• La potencia de un sistema informático se mide principalmente por la

potencia de su CPU

• A la CPU también se le llama procesador o microprocesador

• Controla y gobierna todo el sistema

• Es un circuito integrado que interpreta y ejecuta las instrucciones de los

programas almacenados en la memoria

• También toma los datos de las unidades de entrada, los procesa y los
envía a los periféricos de salida

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Componentes de la CPU

• La unidad de control (UC): interpreta y ejecuta las instrucciones

máquina almacenadas en la memoria principal y genera las
señales de control necesarias para ejecutarlas.

El objetivo de la UC es monitorizar el funcionamiento de todo el

computador dirigiendo la información a las unidades o elementos
precisos en el momento adecuado y dando unas órdenes oportunas para
que se realicen las acciones pertinentes (memorizar, sumar…)

• La Unidad Aritmético-Lógica (ALU): recibe los datos sobre los que

efectúa operaciones de cálculo y comparaciones, toma decisiones
lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las
reglas de álgebra de Boole) y por último devuelve el resultado.

Se encarga de ejecutar operaciones aritmético-lógicas con los datos que

recibe de la UC.
Los registros más importantes que tiene la ALU son:

Circuito operacional. Contiene los circuitos necesarios para la realización

de las operaciones

Registros de entrada (REN). Almacenan los datos u operandos que

intervienen en cada instrucción antes de la realización de la operación

Registro acumulador (RA). Almacena los resultados de las operaciones

llevadas a cabo por el circuito operacional

Registro de estado (RES). Se trata de un conjunto de biestables en los

que se deja constancia de algunas condiciones

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• Los registros: donde se almacena información temporal.

Constituye el almacenamiento interno de la CPU.

Registro contador de programa CP que contiene la dirección de memoria

central donde se encuentra la siguiente instrucción a ejecutar y que debe ser
leída por el microprocesador
Registro de instrucción RI Contiene la instrucción que se está ejecutando en
cada momento Esta instrucción lleva consigo el código de operación y en su
caso los operandos o las direcciones de memoria de los mismos
Decodificador (se encarga de extraer el código de operación de la
instrucción en curso, lo analiza y emite las señales necesarias al resto de los
elementos para su ejecución
Secuenciador (también denominado controlador Recibe los códigos de
operación (del registro de instrucción que previamente deben haber sido
decodificados por el decodificador) y lanza micro ordenes que hacen que se
vayan ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el RI
Reloj Es el elemento encargado de sincronizar todos los elementos y
operaciones, el cual es un circuito que emite un pulso a intervalos regulares
de tiempo ( de forma que todas las operaciones se hagan dentro del ciclo
que les correspondan La frecuencia de este reloj (cantidad de ciclos por
unidad de tiempo) determina la velocidad a la que el procesador puede
realizar las operaciones (cantidad de instrucciones por unidad de tiempo) La
frecuencia del reloj se mide en ciclos por segundo o Herz (Hz)

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Memoria principal

La memoria principal está formada por circuitos electrónicos integrados,

chips, que son capaces de almacenar valores binarios (cero o uno) en cada
elemento o celda de memoria. Cada celda de memoria puede entonces
estar en dos estados, a cero (0) o a uno (1).

Estas celdas se reúnen en las llamadas palabras de memoria que son el

menor conjunto de celdas de memoria que se pueden leer o escribir
simultáneamente. Normalmente, la longitud de palabra coincide con un
número exacto de bytes.

Cada palabra de memoria tiene su dirección de memoria, que es un número

que la identifica de forma única, de forma que cuando queremos leer o
escribir en la memoria principal debemos decirle en que dirección o posición
queremos hacerlo.

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• Selector de memoria. Este dispositivo se activa cada vez que se produce

una orden de lectura o escritura, conectando la posición de memoria
cuya dirección figura en el RDM, con el RIM y posibilitando la
transferencia de los datos en un sentido o en otro

• Señal de control. Indica si una operación es de lectura o escritura

• Registro de dirección de memoria RDM Antes de realizar una operación

de lectura o escritura se coloca en este registro la dirección de memoria
que se va a utilizar en la operación, bien para grabar en ella o para
extraer de la misma el dato correspondiente

• Registro de Intercambio de memoria Si se trata de una operación de

lectura de memoria, este registro es el que recibe el dato de la memoria
señalado por el RDM para su envío (por medio del bus del sistema) a la
unidad que lo requiera Si se trata de una operación de escritura en
memoria, la información que hay que grabar, procedente de cualquier
unidad funcional es depositada por medio del bus en el RIM para que
desde él se transfiera a la posición indicada en el RDM.

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Jerarquía de la memoria de un ordenador.

Ejecución de programas
Ciclo de instrucción:
La ejecución de una instrucción siempre conlleva
realizar la misma secuencia de pasos
independientemente del repertorio de instrucciones
específicos que posea el procesador y de los campos y
modos de direccionamiento que se hayan definido.
Cada uno de estos pasos puede necesitar un número
diferente de ciclos de reloj dependiendo de su propia
complejidad y de los recursos que la CPU tenga para su
realización.

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Dispositivos de E/S
Cada dispositivo de E/S es controlado por un módulo de E/S que se
denomina controlador.
Los módulos de E/S pueden intercambiar datos directamente con el
procesador.
El procesador también puede leer datos de un módulo de E/S o escribir
datos en el módulo Para ello dispone de:
• El registro de direcciones de E/S que especifica un dispositivo en
particular de E/S
• Un registro intermedio de E/S utilizado para intercambiar datos entre un
módulo de E/S y el procesador

Clasificación de los dispositivos de E/S

• Unidades de entrada Son dispositivos por los que se introducen los datos
al ordenador En estas unidades se transforma la información codificada
en señales eléctricas comprensibles por la CPU. Ej: Teclado, ratón,
lectoras, escáner, etc.

• Unidades de salida Son los dispositivos en los que se obtienen los

resultados de los programas ejecutados en la computadora,
normalmente transformando las señales eléctricas en caracteres escritos
o visualizados. Ej: Monitor, impresora, sintetizador de voz, etc.

• Unidades que realizan funciones de almacenamiento auxiliar La memoria

principal es muy rápida pero su capacidad es reducida y es de naturaleza
volátil La memoria auxiliar es más lenta, pero de más capacidad y de
naturaleza no volátil Los dispositivos típicos de memoria auxiliar son los
discos y las cintas magnéticas. Son unidades de entrada/salida.

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Bus del sistema:

Se denomina bus del sistema al conjunto de circuitos encargados de la

conexión y comunicación entre la CPU y el resto de unidades del ordenador.
Se utiliza un conjunto de líneas eléctricas que permiten la transmisión de los
datos en paralelo Las líneas de un bus se pueden clasificar en tres grupos
funcionales:

• Líneas de datos.

• Líneas de dirección.

• Líneas de control.

Bus de datos:
Permite intercambiar datos entre la CPU y el resto de las
unidades.

• Cada instrucción de un programa y cada byte de datos

viaja por este bus.
• El intercambio de datos se realiza a través de un conjunto de líneas
eléctricas, una por cada bit, y se transmiten todos de forma paralela.
• La velocidad del bus de datos se mide en Megahercios (MHz) o
Gigahercios (GHz).
• El tamaño del bus se mide en bits.
• La CPU de los 1ºs PC tenía un bus de 8 bits => solo podían
transferir un byte por cada ciclo de reloj.
• Los actuales micros tienen un bus de datos de 64 bits => en
un ciclo de reloj se puede transferir hasta 8 bytes.

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Bus de direcciones:

• Transmite direcciones entre la CPU y la memoria.

• Es empleado por la CPU para seleccionar la dirección de memoria o el

periférico con el cual se va a intercambiar información.

• Hay que tener en cuenta el nº de líneas o bits que forman el bus

de direcciones para determinar el volumen de la memoria accesible
o direccionable.

• Cuanto mayor sea el nº de bits, mayor es el rango de memoria

direccionable.

• Si el bus de direcciones tiene 10 bits, se podrá acceder a 2¹⁰

posiciones de memoria, 1024 posiciones.
• Si tiene 16, se accederá a 2¹⁶ posiciones, o sea, a 65536 posiciones.

Bus de control de la CPU:

Transportan señales de control que informan del estado de los dispositivos o

de la dirección del flujo de la información por el bus de datos, …

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1. Si el bus de datos tiene 64 bits y el de direcciones 32, ¿Qué tamaño

tendrán el RCP, RI, RDM, RIM y Registros de entrada de la ALU?

RCP RI RDM RIM RE ALU

X X X
B. DATOS (64 BITS)
X X
B. DIRECCIONES

2. ¿Qué es un procesador Multihilo? Además de explicarlo, busca una imagen

donde se vea un procesador multihilo frente a uno sin esa tecnología.

Es aquel que incorpora una tecnología que hace creer al ordenador por medio de
software que tiene el doble de núcleos de los que realmente hay.

3. ¿Un procesador Multihilo duplica el rendimiento? Razona tu respuesta.

NO. Un procesador multihilo utiliza una tecnología que consiste en simular 2

procesadores lógicos dentro de un único procesador físico. El resultado es una mejoría
en el rendimiento del procesador, pero no duplica ese rendimiento.

Según Intel es aproximadamente de un 30%.

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4. ¿Cómo se llama esta tecnología en los procesadores de AMD e Intel?

AMD: Simultaneous Multi Threading (SMT)
Intel: Hyper Threading (HT)

5. ¿Es lo mismo MultiCore que MultiThreading? Razona la respuesta.

Los hilos ('thread' en inglés) son otra cosa totalmente distinta a los núcleos, aunque a
menudo se confunden.
Un procesador multinúcleo o MultiCOre es aquel que combina dos o más
microprocesadores físicos independientes.

Con HT y SMT, el sistema operativo verá dos núcleos de CPU «lógicos» por cada
núcleo físico, y será el sistema operativo quien reparta el trabajo entre ellos.

6. ¿Sería posible prescindir de la memoria principal y trabajar solamente con

el disco duro?
No, en el disco duro se almacenan los programas, pero cuando se abren o ejecutan se
carga en memoria principal.

7. Indica que son las arquitecturas RISC y CISC.

La arquitectura CISC se refiere a los microprocesadores tradicionales que operan con
grupos grandes de instrucciones de procesador (lenguaje de maquina). Los
microprocesadores INTEL 80xxx están dentro de esta categoría (incluido el PENTIUM).
Los procesadores CISC tienen un set de instrucciones complejas por naturaleza que
requieren varios a muchos ciclos para completarse.
La arquitectura RISC a diferencia de los CISC tiene un set de instrucciones simples
requiriendo uno o pocos ciclos de ejecución. Estas instrucciones pueden ser utilizadas
más eficientemente que la de los procesadores CISC con el diseño de software
apropiado, resultando en operaciones más rápidas.

8. ¿Qué son los procesadores SOC y en qué se diferencia de la CPU?

Las siglas de SoC se refieren a System on a Chip, en un sólo chip se integra todo lo
necesario para que nuestro sistema pueda funcionar. Los smartphones y tabletas
están compuestos por SoC, en un sólo chip integran el procesador, memoria RAM,
almacenamiento, y controladores de entrada/salida. Algo que es totalmente opuesto a las
CPU que sólo contienen la unidad central de procesamiento.

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9. ¿Qué diferencia existe entre la arquitectura ARM y x86?

La diferencia principal entre los procesadores ARM y X86 es que los procesadores
ARM siguen una arquitectura RISC (computadora de conjunto de instrucciones
reducidas), mientras que los procesadores x86 son CISC (arquitectura de conjunto
de instrucciones complejas)

10. La siguiente imagen corresponde a un procesador de doble

núcleo. Busca información de esos nuevos elementos:
Unidad de punto flotante, FPU (Floating Point Unit): Se conoce con varios
nombres: coprocesador matemático, unidad de procesamiento numérico (NPU) y el
procesador de datos numérico(NDP). e
La caché del procesador, de nivel 1 y de nivel 2: La memoria caché es usada
por el procesador para reducir el tiempo necesario en acceder a los datos de la
memoria principal. La caché es una "minimemoria" más rápida, que guarda copias de
los datos que son usados con mayor frecuencia.
Bus Frontal, FSB (Front Side Bus): Bus que conecta la CPU con la placa base. Es
la interfaz entre la caché de nivel 2 del procesador y la placa base. El ancho de este
bus es de 64 bits. •
Bus posterior, BSB (Back Side Bus): Es la interfaz entre la caché de nivel 1, el núcleo
del procesador y la caché de nivel 2. El ancho de este bus es de 256bits.
Un controlador de memoria integrado: de baja latencia y gran ancho de banda,
que hace que sea más rápido el acceso a la RAM.
Un bus de transporte con mayor ancho de banda para lograr unas comunicaciones
de E/S de alta velocidad.

11. ¿Qué significa que mi CPU sea de 32 o 64 bits ?

Cuando se habla de arquitecturas de 32, 64 o 128 bits se hace referencia al ancho de

los registros con los que trabaja la ALU, o al ancho de los buses de datos o de direcciones.
La arquitectura de los ordenadores de 64 bits tiene integrados registros que son de
64 bits, que permite soportar datos de 64 bits.
Las nomenclaturas se refieren a cómo se almacenan los datos. Como su nombre
sugiere, los sistemas de 32 bits almacenan sus datos en piezas de 32 bits, mientras
que los otros lo hacen con piezas de 64 o 128.

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12. Si el bus de datos tiene 128 bits indica que registros de memoria y CPU
tendrán ese mismo tamaño.

Registros de entrada de la ALU, RIM de la memoria y CPU el Registro de

Instrucción.

13. Si el bus de direcciones tiene 64 bits indica que registros de Memoria y

CPU tendrán ese mismo tamaño.

De la CPU: RCP y de la memoria el RDM

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