unidad II. buses del sistema

Buses:

En arquitectura de computadores, el bus es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de un ordenador o entre ordenadores. Está formado por cables o pistas en un circuito impreso, dispositivos como resistencias y condensadores además de circuitos integrados.
Existen diversas especificaciones de bus que definen un conjunto de características mecánicas como conectores, cables y tarjetas, además de protocolos eléctricos y de señales.

Funcionamiento:

La función del MICROBus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintos órdenes: desde dentro de los mismos circuitos integrados, hasta equipos digitales completos que forman parte de supercomputadoras.

La mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se trasmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de integrados que poseen una interfaz del bus dado y se encargan de manejar las señales y entregarlas como datos útiles. Las señales digitales que se trasmiten son de datos, de direcciones o señales de control. Los buses definen su capacidad de acuerdo a la frecuencia máxima de envío y al ancho de los datos.

Todos los buses de computador tienen funciones especiales como las interrupciones y las DMA que permiten que un dispositivo periférico acceda a una CPU o a la memoria usando el mínimo de recursos.
Tipos de Bus:
Existen dos grandes tipos clasificados por el método de envío de la información: bus paralelo o serial. Hay diferencias en el desempeño y hasta hace unos años se consideraba que el uso apropiado dependía de la longitud física de la conexión: para cortas distancias el bus paralelo, para largas el serial.
1. Bus paralelo: Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras.
El Front Side Bus de los procesadores Intel es un bus de este tipo y como cualquier bus presenta unas funciones en líneas dedicadas:
* Las Líneas de Dirección son las encargadas de indicar la posición de memoria o el dispositivo con el que se desea establecer comunicación.
* Las Líneas de Control son las encargadas de enviar señales de arbitraje entre los dispositivos. Entre las más importantes están las líneas de interrupción, DMA y los indicadores de estado.
* Las Líneas de Datos trasmiten los bits, de manera que por lo general un bus tiene un ancho que es potencia de 2.
Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo.
2. Bus serie: En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas de software. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Es usado desde hace menos de 10 años en buses para discos duros, tarjetas de expansión y para el bus del procesador.

ALU (unidad aritmetica logica)

Unidad aritmético-lógica (ALU):
La Unidad Aritmético Lógica, o simplemente ALU (por Arithmetic Logic Unit) es una de las unidades que conforman la Unidad Central de Procesos (CPU) mediante la cual se pueden realizar un conjunto de operaciones aritméticas básicas (resta, suma, división y multiplicación) y de operaciones lógicas (OR, NOT, AND, etc.).
Los circuitos mediante los que la ALU ejecuta dichas operaciones pueden ser desde muy simples a muy complejos. Entre estos últimos se encuentran, por ejemplo, los de los chips de los microprocesadores. En general, la mayoría de las acciones de una computadora se realizan a través de una ALU. Y en dichos circuitos se encuentras diversos componentes que permiten que la ALU pueda efectuar las operaciones.
Entre estos componentes se encuentra el dispositivo de adición, con el que realiza las operaciones aritméticas; los registros, que contienen a los operandos (proporcionados por la Unidad de Control y que son en los que se realizará la operación), a los resultados parciales y a los resultados finales y por último, los dispositivos de control de cálculo, que dirige y controla las operaciones.
La Unidad de Control es la que le envía a la ALU las órdenes que debe realizar y la que se encarga de transportar los resultados obtenidos. De esta manera, vemos como la Unidad de Control le envía las acciones a realizar, la ALU procesa los datos y sus resultados quedan en el registro de salida de la ALU, desde donde serán transportados por otros mecanismos.
ALU vs. FPU:

Una unidad de punto flotante, Floating Point Unit (FPU), también realiza operaciones aritméticas entre dos valores, pero lo hace para números en representación de punto flotante, que es mucho más complicada que la representación de complemento a dos usada en una típica ALU. Para hacer estos cálculos, una FPU tiene incorporados varios circuitos complejos, no incluyendo algunas ALU internas.

Generalmente los ingenieros llaman ALU al circuito que realiza operaciones aritméticas en formatos de número entero (como complemento a dos y BCD), mientras que los circuitos que calculan en formatos más complejos como punto flotante, números complejos, etc., reciben generalmente un nombre más ilustre.

estructura del cpu

Definición del CPU
Es científicamente el componente más importante de la PC. El CPU se entiende por unidad de procesamiento central en su traducción en español, sin el CPU no hubiesen computadoras como todos lo otros componentes son mejorados continuamente no pudiéramos hacer referencia al CPU sin hablar sobre la “ley de Moore”, según esta ley los CPU doblan su capacidad de calculo cada 18 meses esto fue correcto por mas de 30 años. En un principio los CPU usaban cableado de 1.0 micrón (1/100 del espesor de un cabello humano) para saber valida esta ley transistores tuvieron que ser introducidos en capas de silicio.
Fue la IBM la primera que tuvo éxito haciendo conductores de cobre en vez de aluminio, el cobre es mas barato y mayor conductor pero el problema fue aislar este compuesto del silicón, este problema fue resuelto con un nuevo tipo de recubrimiento y así los chips pudieron hacerse aun mas pequeños esta tecnología se espera que funcione hasta los 0.05 micrones. La AMD fue la primera compañía en producir estos chips con cableado de cobre.
CPU.
Es el cerebro del computador. Se encarga de controlar el flujo de la información entre todos los componentes y de procesar las instrucciones de los distintos programas en uso, en un determinado momento.
El CPU es la unidad de procesamiento central:
• Es una unidad por que es un chips el cual contiene millones de transistores.
• Es de procesamiento por que es el procesa, mueve y calcula datos.
• Es central por que es centro de procesamiento de los datos.
El CPU esta ubicado en el centro de la tarjeta madre debido a que el CPU comparte una gran carga del trabajo, los datos pasan por el continuamente, los datos vienen del RAM y de los dispositivos como el teclado y discos duros, etc... Después los datos son procesados y enviados de vuelta al RAM y a las respectivas unidades para su salida.
Generalmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos. El microprocesador de la CPU está formado por una unidad aritmético-lógica que realiza cálculos y comparaciones y toma decisiones lógicas (determinando si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole), por una serie de registros donde se almacena información temporalmente y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones. Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o una impresora).

Cuando se ejecuta un programa, el registro de la CPU, llamado contador de programa, lleva la cuenta de la siguiente instrucción del programa, para garantizar que las instrucciones se ejecuten en la secuencia adecuada. La unidad de control de la CPU coordina y temporiza las funciones de la CPU, tras lo cual recupera la siguiente instrucción desde la memoria. En una secuencia típica, la CPU localiza la instrucción en el dispositivo de almacenamiento correspondiente. La instrucción viaja por el bus desde la memoria hasta la CPU, donde se almacena en el registro de instrucción. Entretanto, el contador de programa se incrementa en uno para prepararse para la siguiente instrucción. A continuación, la instrucción actual es analizada por un descodificador, que determina lo que hará la instrucción. Cualquier dato requerido por la instrucción es recuperado desde el dispositivo de almacenamiento correspondiente y se almacena en el registro de datos de la CPU. A continuación, la CPU ejecuta la instrucción, y los resultados se almacenan en otro registro o se copian en una dirección de memoria determinada.

Sus componentes son:
- Unidad de Control: coordina las acciones que se llevan a cabo en la UCP, como decodificar e interpretar información desde un componente a otro, entre otras tareas.
- Unidad Aritmética y Lógica: Realiza las operaciones aritméticas como adición, sustracción, división, multiplicación y las lógicas como mayor que, menor que, mayor o igual, menor o igual.
Memoria Principal
RAM: (Random Access Memory)
Es una zona de almacenamiento temporal, entre cuyas características están ser de lectura y escritura, pudiéndose acceder a la información aquí almacenada, con el objeto de modificarla. Se le considera reutilizable.
Es volátil, reteniendo la información basándose en energía eléctrica. Al apagarse el computador, todo lo contenido se pierde.
ROM: (Read Only Memory)
Es permanente, ya que lo que permanece en la ROM no se pierde aunque el computador se apague.
Su función principal es guardar información inicial que el computador necesita para colocarse en marcha una vez que se enciende. Solo sirve para leer. Se puede leer la información desde esta memoria y no recibir información.
CACHÉ: Tiene la información que el procesador ocupará a continuación.
Memorias Auxiliares .
Son los dispositivos físicos magnéticos en que se almacena información en forma permanente, con el objeto de recuperarla posteriormente.
• Cintas magnéticas: Sistema de almacenamiento antiguo. Su apariencia era parecida a las cintas de videoo a cintas de film.
• Disquetes: Son unidades magnéticas de 31/2 (pulgadas) y que en ellos se almacenan hasta 1.44 Mb (Megabyte) de información, pudiéndose decir que es igual a 1.474 Kb (Kilobyte). Son borrables y reutilizables, pudiéndose escribir varias veces sobre la información almacenada anteriormente.
• Disco duro: Disco metálico que se encuentra en el interior del computador donde se almacena mucha información (programas, datos numéricos, documentos, etc.). Se puede decir que es la bodega del computador.
• CD ROM: Son discos compactos que se graban por medio del láser. Son regrabables ya la mayoría de ellos. Aceptan gran cantidad de información.
Unidades de medida de la información almacenada.
La unidad que se utiliza para medir la información es el byte. Dependerá de la cantidad de caracteres (bytes) archivados.
• 1.000 bytes = 1 Kilobyte (Kb) =1.024 bytes
• 1.000.000 de bytes = 1 Megabyte (Mb) = 1.024 Kb
• 1.000 de bytes = 1 Gigabyte (Gb) = 1.024 Mb
• 1.000 de bytes = 1 Terabyte (Tb) = 1.024 Gb

La estructura de las rutas principales de datos dentro de la CPU:
Los bloques de la CPU. Estos bloques pueden organizarse e interconectarse de varias formas. En este caso, la unidad aritmética y lógica (ALU) y todos los registros de la CPU están conectados a través de un bus común. Desde luego, este bus es interno y no debe confundirse con el bus externo, o buses, que conectan a la CPU con la memoria y los dispositivos de E/S. El número y funciones de los registros del RO al R(n - 1) varían mucho de una máquina a otra. Pueden ser para que el programador los emplee en operaciones generales, pero algunos de ellos pueden ser registros de aplicación especial, tales como registros índices o apuntadores de pila.