Tema 1 - Introducción a los sistemas informáticos

Tema 1

El sistema informático 

Un ordenador es una máquina compuesta por el hardware y el software.

Hardware: Parte física de un ordenador (Componentes, periféricos...)

Software: Parte lógica de un ordenador (Programas, Sistema operativo, Aplicaciones...)

Firmware: Es la parte de software que hay dentro de cada componente hardware.

Componentes de software: Sistema Operativo y Aplicaciones

Software básico: Parte del software sin la que el ordenador no puede funcionar (Sistema Operativo)

Software de aplicaciones: Parte del software que procesa la información de manera personalizada.

Componentes Físicos (Hardware)

Los componentes físicos del ordenador se pueden clasificar en:

• Unidad central de proceso (UCP) que consta de: 
• Unidad aritmético-lógica (UAL)
• Unidad de control (UC)
• Memoria Central (MC) o RAM
• Controladores
• Unidad de entrada/salida (E/S)
• Buses
• Unidades periféricas

Unidad central de proceso o UCP

También denominada procesador, es la parte fundamental del ordenador. Controla todas las tareas y procesos que se realizan dentro de él. Está formado por la Unidad de Control (UC) la unidad aritmético-lógica (UAL) y su propia memoria.

Unidad de control (UC)

Es la parte pensante del ordenador. Se encarga de recibir información para interpretarla y procesarla mediante las ordenes que envía a los otros componentes del ordenador.

Para realizar estas operaciones necesita registros (pequeños espacios de almacenamiento)

1. Registro de Instrucción: Almacena la instrucción que se esta ejecutando
2. Registro de controlador de programas: Almacena la dirección de memoria de la siguiente instrucción
3. Controlador y decodificador: Interpreta la instrucción para procesarla
4. Secuenciador: Genera las micro-ordenes para ejecutar una instrucción
5. Reloj: Proporciona impulsos eléctricos a intervalos constantes

Unidad Aritmético-Lógica (UAL)

Es la parte encargada de realizar las operaciones aritméticas y lógicas de la información (Suma, resta, multiplicación, división, potenciación)

1. Operación o circuito operacional: Realiza las operaciones entrantes
2. Registros de Entrada: Contiene los operandos de la operación
3. Acumulador: Almacena los resultados de las operaciones
4. Registro de estado: Registra las condiciones de la operación anterior

La memoria: Funciones, tipos y características

El ordenador lo utiliza para almacenar los programas y los datos con los que va a trabajar y van a ser procesados
Hay dos tipos de memoria principales:

• Memorias externas: Permiten almacenar información (Discos duros, Disquetes, cintas DAT, pendrives...)

Son las mas lentas ya que son mecánicas, y no son volátiles

• Memoria interna:
• RAM (Random Access Memory) Permite almacenar y modificar información.
• ROM (Read Only Memory) Son memorias de solo lectura y no puede ser modificada.

Memoria RAM

Es un componente necesario para que se pueda procesar la información, almacena los programas y datos que  se tienen que procesar. Y está formada por componentes electrónicos biestables (trabajan con 0 y 1), estos a su vez se dividen en bloques compuestos por 8 celdillas de memoria (Bytes).

Esta compuesta por los siguientes elementos:

• Registro de direcciones: Almacena la posición de memoria a la que se va a acceder.

• Registro de Intercambio: Recibe datos de operaciones de lectura y almacena los datos en las operaciones de escritura.

• Selector de memoria: Conecta la posición de memoria con el registro de intercambio.

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

• Memoria caché: Memoria que agiliza los cálculos de los programas y almacena la información que se utiliza con mas frecuencia.

• Refresco de memoria: consiste en recargar de electricidad las celdillas de memoria para que no se apaguen definitivamente.

La velocidad con la que se puede almacenar la información se mide en nanosegundos.

• DRAM (Dynamic RAM) Utiliza condensadores, que si están activos (o cargados de energía) tienen valor de 1 y si están inactivos (o descargados) tienen valor de 0, necesita hacer refresco de memoria para mantener activos los condensadores.

• SRAM (Static RAM) Es una variante de la DRAM que no necesita refrescarse, pero debido  a su alto coste solo se utiliza en las memorias caché

• SDRAM (Synchronous Dynamic RAM) Memoria que tiene la capacidad de la DRAM y la velocidad de la SRAM

• DDRAM (Double Data Rate) Esta compuesta por memorias SDRAM pero refresca dos veces por impulso de reloj. Son el doble de rápidas que cualquiera de las memorias anteriores.

Memoria ROM

Son memorias de sólo lectura que se suelen utilizar para programas que permitan cargar e iniciar el ordenador. Este software que integra la ROM forma el BIOS (Basic Input Output System).

• El BIOS se encuentra principalmente en la placa base. Es un código que localiza y carga el sistema operativo de RAM. Posteriormente los BIOS se montaron en memorias PROM (Pogrammable Read Only Memory) y actualmente se utilizan memorias EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory) que permite cambiar las configuraciones asignadas. En esta memoria también se guardan los datos básicos del hardware y la configuración.

• La CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) Es una memoria interna que consume muy poca energía en la que se almacenan los datos del BIOS.

• VRAM Memoria en la que se almacenan las imágenes que se quieren visualizar (Se utiliza como alternativa a la RAM) Actualmente se suele utilizar una memoria SGDRAM para la interfaz gráfica.

La estructura de la memoria.

Está estructurada en varios niveles:

• Memoria convencional (De 0 a 640 KB).

• Memoria superior (De 641 KB a 1024 KB).

• Memoria extendida (De 1025 KB al límite).

Para acceder a las celdillas de memoria hay que utilizar direcciones de memoria. De esta manera se accede a un conjunto de biestales que hacen referencia a un bit lógico (Bit: Unidad mínima de información).

Direccionamiento: Operación que se realiza cuando el procesador ejecuta o interpreta una instrucción compuesta por un código de operación (la instrucción) y un operando (el dato).

Hay varios modos de direccionamiento:

• Direccionamiento inmediato: La instrucción esta incluida directamente.

• Direccionamiento directo: La instrucción contiene la dirección de memoria donde está el operando.

• Direccionamiento indirecto: Tiene una dirección de memoria en la que se encuentra la dirección del operando.

• Direccionamiento relativo: La dirección del dato se obtiene sumando a la dirección de la instrucción una cantidad fija que está contenida en un registro especial.

Unidades de entrada/salida y buses.

Unidad de entrada/salida: Comunica el procesador y el resto de componentes externos con los periféricos y las memorias del ordenador.

Bus: Es un elemento que se encarga de establecer una interacción entre los componentes de un ordenador.

Hay varias subcategorías de buses:

• Bus de datos: Transmite datos entre la CPU y los periféricos.

• Bus de direcciones: Identifica el dispositivo al que se envía la información que se transmite por el bus de datos.

• Bus de control: Organiza y redirige hacia el bus pertinente la información que se tiene que transmitir.

Los buses sirven de comunicación entre el procesador y la RAM.

Los periféricos.

Son dispositivos hardware que permiten al usuario interactuar con el ordenador, como almacenar o leer datos, imprimir resultados, etc. y necesitan instalar un software especial llamado Driver o controlador para poder ser utilizados.
Los periféricos se conectan al ordenador mediante puertos o conectores externos siendo gestionados por la unidad de entrada/salida.
Se pueden clasificar de la siguiente manera:

• Periférico de entrada: La información se transmite desde el periférico a la CPU.
• Periférico de salida: La información se transmite de la CPU hacia el periférico.

Componentes lógicos: El software.

La información que se procesa en un sistema informático puede ser de diversos tipos:

Sistema operativo: Es el software fundamental del equipo y permite que la información pueda ser procesada por las aplicaciones informáticas mediante la utilización de componentes hardware.

• Datos de entrada: Son los datos que se introducen al ordenador desde los periféricos de entrada.
• Datos intermedios: Son los que se obtienen de los procesos.
• Datos de salida: Son los resultados que se completan en los procesos.

Hay otra manera de clasificar los datos:

• Datos fijos: Son los que permanecen constantes durante el proceso o programa que se les aplique.
• Datos variables: Son los que si se modifican a lo largo del proceso.