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CAPITULO 1
Ing. Luis Fernando Aguas B.
Calculadoras mecánicas
• Antes de la década de los 40 ya existían calculadoras mecánicas, podemos nombrar la de Charles Babbage
Primera Generación de Computadoras
• EL ENIAC • Fue en la década del 40 que aparecieron las primeras válvulas electrónicas
• El Ejército Norte Americano necesitaba realizar pruebas de balística
• Cada válvula era capaz de representar un bit, tenia solamente dos estados,
encendido o apagado
• Los bytes eran compuestos por más otras válvulas
• Como no se tenia mucha confianza en los resultados debido a la continua quema de válvulas, se realzaban las operaciones en tres circuitos, si dos de tres coincidían se tomaban como ciertas.
• Si no coincidía ninguna se descartaban.
• Por ejemplo 2 KB requerían de 16384 válvulas y como eran 3 circuitos se necesitaban 49152 válvulas, eran muy grandes y consumían mucha energía
• El ENIAC (Electronic Integrator and Computer fue construido en 1948 tenia 19.000 válvulas y consumía 200 Kw
• Fue construido en la Universidad de Pensilvana
SEGUNDA GENERACION• Fue en 1947 que se desarrollo el primer transistor
construido en los laboratorios BELL.• Fue un descubrimiento revolucionario de la electrónica.• Los transistores ocupaban menos espacio y consumían
menos energía.• Los transistores eran más confiables que las válvulas.• Su material era el cristal de silicio, el material más
abundante en la tierra.• En 1954 Texas Instrument inició la producción comercial
de los transistores
• De la misma manera los transistores se utilizaron para representar dos estados separados, (prendido o apagado, cero o uno).
• En los años 60 y 70 exploto el boom del uso de los transistores.
Tercera Generación• En los años 60 inicio el
proceso de encapsulamiento de más de 1 transistor en un mismo receptáculo.
• Surge el C.I. Circuito Integrado inicialmente con 8 o 10 Transistores en un mismo CHIP o CAPSULA
Cuarta Generación• En 1971 INTEL introduce el
primer microprocesador conocido como 4004 desarrollado por 3 Ingenieros de Intel.
• Tenia 2300 transistores y ejecutaba 60.000 cálculos por segundo.
Hoy en día los procesadores sobrepasan los 200 millones de Transistores y ejecutan miles de millones de instrucciones
PCXT• Operaban a 4, 8, 9 Mhz• Tenían slots ISA (Industrial Standard
Arquitectur).• Eran usados con procesadores 8086, 8088, de
INTEL y NEC V20.• En el 81 las placas inicialmente funcionaban
con 8 bits a 8 Mhz.
PC AT• Los PC XT evolucionaron
en los AT.• Llamados 286 poseían
una batería que mantenía una memoria un pequeño chip llamado CMOS.
• Tenían 8 bits y operaban a 8 Mhz
Pc 386• Tenían como novedad en
1990 las 386 DX bancos de memoria de 32 bits y VLSI (Very Large Scale Integration).
• Usaban memoria de tipo SIPP (Single InLine Package)
• Las placas lanzadas en el 92 utilizaban SIMM (Single Inline Memory Modules)
• Módulos con filas de contactos de 1, 4, 8, etc Mb
PC-486• Las primeras placas de los
486 aparecieron en los años 93 e 94.
• Utilizaban los puertos VLS• (VESA Local Bus ), que
operaban con 32 bits, pudiendo transferir hasta 132 MB/s.
• superior a los 8 MB/s de los buses ISA. (VESA - Vídeo Eletronics Standards Association).
• Algunos motherboards usaban zócalos de 72 pines para memoria.
PENTIUM• Las placas para CPU Pentium tienen un
bus de 64 bits y utilizan módulos de memoria de 32 bits, esos módulos son utilizados de dos en dos para formar los 64 bits requeridos.
• Por razones técnicas deben tener un disipador y un micro-ventilador acoplado al chip del procesador.
• El zócalo del procesador es ZIF (ZERO INSERTION FORCE).
• Tienen un bus PCI (Periferal Component Interconnect )
• memoria cache de 512 kb
• COAST (Cache on a Stick), semelhantes aos módulos de memória RAM tipo SIMM.
Socket 7
Slot 1
• Generación de Computadores• 1ª generación: (1946-1955) Computadores basados en válvula de
vacío que se programaron en lenguaje máquina o en lenguaje ensamblados.
• 2ª generación: (1953-1964) Computadores de transistores. Evolucionan los modos de direccionamiento y surgen los lenguajes de alto nivel.
• 3ª generación: (1964-1974) Computadores basados en circuitos integrados y con la posibilidad de trabajar en tiempo compartido.
• 4ª generación: (1974- ) Computadores Que integran toda la CPU en un solo circuito integrado (microprocesadores). Comienzan a proliferar las redes de computadores.
• 5ta generación Procesamiento paralelo• 6ta generación: Computación Cuantica
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
DEBAJO DE LOS PROGRAMAS
• Para hablar realmente a una máquina electrónica se necesita enviar señales eléctricas.
• Encendido (on) apagado (off)• Dígitos binarios • Las computadoras son
esclavos de nuestras órdenes, de ahí que el nombre para una orden individual sea instrucción
100011001010000
Add A,B
Los pioneros inventaron programas para Traducir de notación simbólica a binario
La idea de bajo nivel Inspiro una idea Simple
• Si se puede escribir un programa para traducir de lenguaje ensamblador a instrucciones binarias para simplificar la programación, ¿qué impide escribir un programa que traduzca de una notación de alto nivel a lenguaje ensamblador?
• RESPUESTA= NADA
• Los programas que admiten esta notación más natural se llaman compiladores y los lenguajes que compilan se llaman lenguajes de programación de alto nivel
A+b
Add A,B
1000110010100000
UN PROGRAMADOR ESCRIBE ESTO
EL COMPILADOR COMPILARÍA ESTO EN ESTA SENTENCIA DE LENGUAJE ENSAMBLADOR
EL ENSAMBLADOR TRADUCIRIA ESTO EN LA INSTRUCCIÓN BINARIA QUE INDICA AL COMPUTADOR QUE SUME LOS NUMEROS A Y B
Abstraction• PROGRAMA C COMPILADO
A LENGUAJE ENSAMBLADOR Y DESPUES ENSAMBLADO A LENGUAJE MAQUINA BINARIO
swap(int v[], int k){int temp; temp = v[k]; v[k] = v[k+1]; v[k+1] = temp;}
swap: muli $2, $5,4 add $2, $4,$2 lw $15, 0($2) lw $16, 4($2) sw $16, 0($2) sw $15, 4($2) jr $31
00000000101000010000000000011000000000001000111000011000001000011000110001100010000000000000000010001100111100100000000000000100101011001111001000000000000000001010110001100010000000000000010000000011111000000000000000001000
Binary machinelanguageprogram(for MIPS)
C compiler
Assembler
Assemblylanguageprogram(for MIPS)
High-levellanguageprogram(in C)
COMPILADOR C
ENSAMBLADOR
, lso
Pero un conjunto de programas podía ejecutarse más eficientemente si había un programa independiente que supervisara la ejecución de esos programas. Aparecen las libraries, los Programadores empiezan a acumular en bibliotecas (libraries) aquellas rutinas potencialmente Aplicables a múltiples rutinas
Por ejemplo rutinas para controlar impresoras, como la que prueba que se tiene papel antes de Imprimir, u otros programas de control de dispositivos E/S.
Manejaría colas de programasEvitaría esperas improductivas
LOS SISTEMAS OPERATIVOS SON PROGRAMAS QUE GESTIONAN LOS RECURSOS DE UN COMPUTADOR EN BENEFICIO DE LOS PROGRAMAS QUE SE EJECUTAN EN LA MAQUINA
• Los programas (software) vinieron a ser catalogados según su uso.
• Programas de Sistema (Systems Software)• Programas de Aplicación
• LOS PROGRAMAS SUPERVISORES, QUE PRONTO INCLUYERON LAS BIBLIOTECAS DE SUBRUTINAS DE ENTRADA SALIDA SON LA BASE DE LO QUE HOY LLAMAMOS S,O,
• Los SISTEMAS OPERATIVOS SON PROGRAMAS QUE GESTIONAN LOS RECURSOS DE UN COMPUTADOR EN BENEFICIO DE LOS PROGRAMAS QUE SE EJECUTAN EN LA MAQUINA
CIRCUITERÍA
Descomposición de Sistemas Informáticos
programas
Programas de aplicación
Programas de Sistema
compiladores Sistemas operativos
Memoria virtual
Sistemas de ficheros
Controladores (drivers) de
dispositivos de e/s
Ensambladores
• Definiciones de: computador, arquitectura y organización del computador
• Se puede definir la arquitectura de computadores como el estudio de la estructura, funcionamiento y diseño de computadores. Esto incluye, sobre todo a aspectos de hardware, pero también afecta a cuestiones de software de bajo nivel.
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
ENTRADA
Ingreso de Datos
Dispositivos de Entrada
PROCESOTrabajo de la CPUUnidad Central de
Proceso
SALIDA
Entrega de Resultados
Dispositivos de Salida
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
• LA UNIDAD CENTRAL DE PROCESO– Funciones que realiza– La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir
como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los computadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos.
ARQUITECTURA DE COMPUTADORES
Debajo de la cubierta
Dispositivos de Entrada
Dispositivos de Salida
Abrir la Caja• La placa esta
compuesta de 3 partes principales:
• La parte que conecta con los dispositivos de E/S (BUSES)(MB)
• La memoria• El Procesador
Anatomía de un Ratón
Foto Logitech
• Se me ocurrió la idea del ratón mientras estaba en una conferencia. El conferencista era tan aburrido que empecé a pensar y se me ocurrió
• Doug Engelbart
• Fue inventado en 1967 (El Alto)• Se introdujo comercialmente en 1973
(Macintosh)• En 1980 todas las Pc tenían uno• Existen diversos tipos de puertos para su
conexión.
Acciona contadores mecánicos o RUEDAS DENTADAS
Diodo luminoso
Fotosensor
El contador esta en alguna parte del sistema para registrar cuanto se ha movido el ratónY en que dirección
Eje x
Eje Y
Eje Z
El Ratón
• Agilent Technologies y desarrollado en 1999.• El ratón óptico utiliza realmente una cámara fotográfica minúscula para tomar a 1.500 cuadros cada segundo. • Capaz de trabajar en casi cualquier superficie, • Compara las imágenes para saber donde esta ubicado el cursos
El monitor
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS
A través del cristal de observación
• A través de pantallas de computadoras he hecho aterrizar un avión en la cubierta oscilante de un portaviones, he visto a una partícula nuclear impactar un átomo, he volado en un cohete casi a la velocidad de la luz y he mirado un ordenador revelado todas sus tareas más internas.
• Iván Sutherland “padre” de los gráficos de ordenador , cita de “Computers Software for Graphics”
• Pantalla CRT: Un cañón de electrones dispara un haz a través del vacío sobre un pantalla recubierta de fósforo. Las bobinas de flexión en el cuello del CRT desvían el haz. Los sistemas de exploración por barrido, usados en tv
y en casi todas las computadoras pintan la pantalla línea a línea, como una serie de puntos o pixels. La pantalla se refrescade 30 a 70 veces por segundo
• Basadas en la tecnología de la TV.• La imagen se compone de una matriz de elementos que
se llaman PIXELS.• La matriz varía de tamaño dependiendo de la medida de
la pantalla 512x340, hasta 1560x1280 pixels• La pantalla más simple tiene un bit por pixel (blanco o
negro)• Para pantallas que soportan 256 tonalidades diferentes
a veces llamadas pantallas escala de grises se requiere 8 bits por pixel
• Una pantalla de color puede usar 8 bits para cada uno de los 3 colores primarios (rojo, verde, azul), 24 bits por pixel en total permitiendo millones de colores por diferentes en pantalla.
• Computadores portátiles usan cristales LCD• La diferencia principal es que el pixel LCD no es la
fuente de luz. Un LCD consiste en moléculas en forma de barra suspendidas en un líquido.
• Estas moléculas forman una hélice en forma de hélice giratorio que desvía la luz que entra en la pantalla, habitualmente de una fuente de luz situada detrás de la pantalla.
• La matriz activa LCD tiene un minúsculo interruptor en cada pixel para controlar con precisión la corriente y así formar imágenes nítidas.
00
11
11
01
Yo
Y1
Xo X1
Buffer de pantalla Pantalla CRT
Yo
Y1
x1 x2El pixel Xo Yo contiene el patrón de bits 0011, que representa un tono de gris más luminosos en pantalla que el patrón 1101 del pixel (X1 Y1)