Unidad central del sistema
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  • 1. Unidad Central del Sistema :La Unidad Central del Sistema (System Unit eninglés) es el centro de operaciones de cualquiercomputadora existente en el mercado actual. En launidad central del sistema se alojan los componentesy circuitería que van a realizar las tareasfundamentales de la computadora.Al abrir la unidad central del sistema de unacomputadora se pueden apreciar una serie decomponentes:- Placa principal.- Microprocesador central o unidad central deproceso (CPU).- Bus.- Memoria principal.- Otros componentes controladores.- Fuente de alimentación eléctrica.A continuación se estudiará detenidamente cada unode ellos.1. Placa Principal.
  • 2. Es una placa con un circuito impreso donde seconectan los elementos básicos de la computadora:el microprocesador, el bus y toda o parte de lamemoria principal.En algunos lugares también aparece denominadacomo placa base o placa madre.2. Microprocesador Central o Unidad Central deProceso (CPU).Es el elemento fundamental de la computadora. Elmicroprocesador va a ocuparse de la ejecución de lasórdenes de comandos, los cálculos matemáticossolicitados por las referidas órdenes, el manejo delos datos asociados a los cálculos. Otra funciónimportante del microprocesador va a ser el controlde los componentes del sistema informáticoconectados a él y que le dan apoyo y le permitenrealizar todas las operaciones que le son solicitadaspor los diferentes programas de aplicación.El microprocesador se va a ocupar también decontrolar y gestionar el tráfico de datos entre launidad central del sistema y los periféricosoptimizando los procesos a realizar por lacomputadora.3. Bus.
  • 3. El bus, quizá fuera mejor decir los buses ya queexisten varios con diversas funciones, es un circuitoque conecta el procesador central con todo el restode componentes de la computadora.El bus sirve para que le llegue al procesador lainformación y las solicitudes de trabajo, desde elexterior, y envíe hacia afuera los resultados deltrabajo realizado.4. Memoria Principal.Es la zona de trabajo donde la computadora va aalmacenar temporalmente las órdenes a ejecutar ylos datos que deberán manipular esas órdenes.Cuanto mayor sea la cantidad de memoria existenteen el sistema informático, mayores serán lasposibilidades de trabajo de la computadora, ya queésta podrá manipular una cantidad superior de datosal mismo tiempo (siempre que el sistema operativolo permita).5. Componentes de Control.Son elementos que sirven como apoyo alfuncionamiento del microprocesador central.
  • 4. Fundamentalmente, son componentes especializadosen realizar determinadas operaciones, descargandoal microprocesador central de estas actividades ypermitiéndole obtener una mayor rapidez yefectividad en el manejo del conjunto del sistemainformático.Los controladores más importantes son elcontrolador de interrupciones, el generador de relojy el controlador de acceso directo a memoria.Las placas de expansión interna más importantes sonlas de control del subsistema de vídeo, quemanejarán las señales que envía la CPU a la pantalladel sistema informático y las del controlador de losdiscos de la computadora que controlará el flujo dedatos entre la memoria principal y el subsistema dealmacenamiento.Estos componentes serán estudiados en el apartadoconcreto de sus tareas dentro del sistemainformático.6. Fuente de Alimentación Eléctrica.Las fuentes de alimentación proporcionan la energíaeléctrica que necesita por la computadora parafuncionar. Esa energía se estabiliza para impedir quela computadora se vea afectada por oscilacionesbruscas en el suministro de las compañías eléctricas.
  • 5. La fuente de alimentación transforma la corrientealterna de 220 voltios de la red ciudadana encorriente continua y de menor voltaje, que es la quenecesitan los diferentes componentes de lacomputadora.Los voltajes que proporciona la fuente dealimentación son de 12 y 5 voltios. El primero seutiliza para poner en funcionamiento loscomponentes mecánicos de la computadora (discos,diskettes, etc.). El segundo se utiliza en loscomponentes electrónicos (el microprocesador, lamemoria, el reloj, etc.).En caso de que se abra la unidad central del sistemade la computadora es muy importante no manipularla fuente de alimentación; hay que tener en cuentaque, si el sistema informático está enchufado yencendido, la fuente de alimentación espotencialmente peligrosa. Si se está intentandorealizar alguna operación dentro de la caja de launidad, deben manipularse cuidadosamente loscables que entran y salen de la caja de la fuente dealimentación y bajo ningún concepto intentar abrirla.Unidad Central de Proceso :
  • 6. La Unidad Central de Proceso es el lugar donde serealizan las operaciones de cálculo y control de loscomponentes que forman la totalidad del conjuntodel sistema informático.Las CPU de las actuales computadoras sonmicroprocesadores construidos sobre un cristal desilicio semiconductor donde se crean todos loselementos que forman un circuito electrónico( transistores, etc.) y las conexiones necesarias paraformarlo.El microcircuito se encapsula en una pastilla deplástico con una serie de conexiones hacia elexterior, en forma de patillas metálicas, que formansu nexo de unión al resto del sistema informático.Estas pastillas de plástico, con una multitud depatillas de conexión metálicas, reciben el nombre dechips.El microprocesador central de una computadora sedivide en:• Unidad de Control (Control Unit o CU en inglés).• Unidad Aritmético-Lógica (Aritmethic ControlUnit o ALU en inglés).• Registros.
  • 7. La Unidad de Control maneja y coordina todas lasoperaciones del sistema informático, dandoprioridades y solicitando los servicios de losdiferentes componentes para dar soporte a la unidadaritmético-lógica en sus operaciones elementales.La Unidad Aritmético-Lógica realiza los diferentescálculos matemáticos y lógicos que van a sernecesarios para la operatividad de la computadora;debe recordarse que todo el funcionamiento delsistema de una computadora se realiza sobre la basede una serie de operaciones matemáticas en códigobinario.Los Registros son una pequeña memoria internaexistente en la CPU que permiten a la ALU elmanejo de las instrucciones y los datos precisos pararealizar las diferentes operaciones elementales.De la misma forma que la placa principal tiene unbus para conectar la CPU con los diferentesdispositivos del sistema informático, la unidad decontrol tiene un bus interno para conectar suscomponentesName=g12;HotwordStyle=BookDefault; .Unidad de Control (CU) :Es la parte de la unidad central de proceso que actúacomo coordinadora de todas las tareas que ha de
  • 8. realizar la computadora. Asimismo, se encarga demanejar todas las órdenes que la computadoranecesita para realizar la ejecución de las operacionesrequeridas por los programas de aplicación.Sus funciones Básicas son:1. Manejar todas las operaciones de acceso, lectura yescritura a cada una de las posiciones de la memoriaprincipal donde se almacenan las instruccionesnecesarias para realizar un proceso.2. Interpretar la instrucción en proceso.3. Realizar las tareas que se indican en lainstrucción.Esta unidad también se ocupa de controlar ycoordinar a las unidades implicadas en lasoperaciones anteriormente mencionadas, de maneraque se eviten problemas internos que se puedanproducir entre los componentes de la computadora.La unidad de control, finalmente, comunica entre síy dirige las entradas y salidas desde y hasta losperiféricos, dando el oportuno tratamiento a lainformación en proceso.Para realizar su cometido, la unidad de controlnecesita manejar la siguiente información:
  • 9. • El registro de estado.• El registro puntero de instrucciones.• La instrucción a ejecutar.• Las señales de entrada/salida.La salida que proporcionará la unidad de controlserá el conjunto de órdenes elementales que serviránpara ejecutar la orden solicitada.Los pasos en que se divide este proceso son:1. Extraer de la memoria principal la instrucción aejecutar.2. Tras reconocer la instrucción, la unidad de controlestablece la configuración de las puertas lógicas (lasinterconexiones de los diferentes componentes delcircuito lógico) que se van a ver involucradas en laoperación de cálculo solicitada por la instrucción,estableciendo el circuito que va a resolverla.3. Busca y extrae de la memoria principal los datosnecesarios para ejecutar la instrucción indicada en elpaso número 1.
  • 10. 4. Ordena a la unidad involucrada en la resoluciónde la instrucción en proceso que realice lasoportunas operaciones elementales.5. Si la operación elemental realizada haproporcionado nuevos datos, éstos se almacenan enla memoria principal.6. Se incrementa el contenido del registro puntero deinstrucciones.Unidad Aritmética y Lógica (ALU) :Su misión es realizar las operaciones con los datosque recibe, siguiendo las indicaciones dadas por launidad de control.El nombre de unidad aritmética y lógica se debe aque puede realizar operaciones tanto aritméticascomo lógicas con los datos transferidos por launidad de control.La unidad de control maneja las instrucciones y laaritmética y lógica procesa los datos.Para que la unidad de control sepa si la informaciónque recibe es una instrucción o dato, es obligatorioque la primera palabra que reciba sea unainstrucción, indicando la naturaleza del resto de lainformación a tratar.
  • 11. Para que la unidad aritmética y lógica sea capaz derealizar una operación aritmética, se le debenproporcionar, de alguna manera, los siguientesdatos:1. El código que indique la operación a efectuar.2. La dirección de la celda donde está almacenado elprimer sumando.3. La dirección del segundo sumando implicado enla operación.4. La dirección de la celda de memoria donde sealmacenará el resultado.Memoria de Acceso Aleatorio (RAM)Las Memorias de Acceso Aleatorio (RAM: RandomAccess Memory) son memorias construidas sobresemiconductores donde la información se almacenaen celdas de memoria que pueden adquirir unocualquiera de los dos valores del código binario.Las memorias de acceso aleatorio son memorias enla que se puede leer y escribir información. Permiteel acceso a cualquier información que contenga conla misma velocidad. Esto significa que se puedeacceder aleatoriamente a cualquier informaciónalmacenada sin que se afecte la eficiencia del
  • 12. acceso. Contrasta con las memorias secuenciales,por ejemplo una cinta magnética, donde la facilidadde acceso a una información depende del lugar de lacinta donde esté almacenada.Las tecnologías de memorias RAM se basan enCeldas de Memoria. La memoria RAM es volátil,esto es, cuando se corta la alimentación eléctrica sepierde toda la información que estuviera almacenadaen este tipo de memoria. La comunicación de laRAM con la CPU se realiza a través del Bus deDirecciones y el Bus de Datos.La memoria RAM se utiliza tanto para almacenartemporalmente programas y datos como paraguardar los resultados intermedios que se estánmanipulando durante un proceso.Una celda de memoria concreta de la RAM se puedereferenciar con una dirección de Segmento deMemoria y un valor determinado dentro de esesegmento llamado «desplazamiento».La RAM está dividida en segmentos de memoriapara facilitar su manejo por la unidad de control. Lossegmentos de memoria tienen un tamaño múltiplo de16, de 0 a F en Hexadecimal. El rango total varíadesde 0000 hasta un valor Hexadecimal que dependede la cantidad de semiconductores de memoria RAM
  • 13. con la que se haya configurado el sistema de lacomputadora.Los segmentos de memoria se agrupan en diferentesÁreas de Trabajo que permiten delimitar las diversasfunciones que se realizan en la memoria.Las áreas de la memoria son:• Memoria Convencional.• Memoria Extendida.La Memoria Convencional viene delimitada por lacapacidad de direccionamiento de memoria de laCPU de la computadora y la capacidad de manejo dememoria que sea capaz de realizar el sistemaoperativo que gestiona el sistema informático.Se puede ver un ejemplo en el microprocesador Intel8088 que constituía la CPU de los primeros PersonalComputer de IBM; este microprocesador era capazde direccionar un máximo de 1 megabyte dememoria, por ello, las primeras versiones del sistemaoperativo que lo gestionaba no necesitaban manejarmás de 640 kilobytes para poder realizar su trabajo.En la actualidad, las unidades centrales de proceso,como el microprocesador 80486, pueden llegar amanejar hasta 4 gigabytes de memoria, por lo que
  • 14. los sistemas operativos como OS/2 o WINDOWShan previsto esta posibilidad, pudiendo manejar esacantidad de memoria.La Memoria Convencional se Divide en:• Memoria Baja.• Memoria Alta.La Memoria Baja es el área de memoria del sistema.Ocupa las primeras direcciones de la memoriaconvencional y está ocupada por las tablas de losvectores de las interrupciones, las rutinas de laROM-BIOS y la parte residente del sistemaoperativo.La Memoria Alta, también se denomina área dememoria del usuario, es la zona en la que se sitúanlos códigos de los programas ejecutables y los datosque éstos manejan en las diferentes aplicaciones quela computadora ejecuta.Puede ocurrir que la memoria convencional, esdecir, la memoria que existe en la configuración dela computadora no sea suficiente para poder realizarciertas operaciones en ese sistema informático; parapoder solventar ese problema se utiliza la memoriaextendida.
  • 15. La Memoria Extendida se utiliza en computadorasque poseen una CPU que puede direccionar una grancantidad de memoria, más de 1 megabyte, asociada asistemas operativos que permiten gestionarlacorrectamente, es decir, los sistemas operativosmultitareas o multiusuarios como UNIX,WINDOWS, sistemas operativos LAN, etc.Estos sistemas operativos permiten instalar el códigode los programas de aplicaciones y los datos queéstos manejan fuera del área de la memoriaconvencional denominada área de memoria delusuario, pudiendo, por tanto, realizar más de unproceso al mismo tiempo o permitiendo trabajar avarios usuarios a la vez en la misma computadora,como en una red de área local.Sin embargo, puede ocurrir que la memoriaextendida no tenga el tamaño suficiente para quetodos los procesos o todos los usuarios puedanrealizar sus tareas al mismo tiempo; una soluciónque se utiliza para resolver este problema es unasimulación de la memoria de trabajo llamadaMemoria Virtual.Esta memoria virtual consiste en que cuando elsistema informático intenta utilizar más memoria detrabajo que la que realmente existe, el gestor de lamemoria salva una parte de la información que
  • 16. existe en la memoria, en el disco duro del sistemainformático.La parte de la memoria salvada en el disco se llamapágina; esta página de memoria almacenada quedadisponible en la memoria de trabajo para serutilizada por el sistema informático. Cuando lacomputadora necesite utilizar la informaciónalmacenada en la página guardada en el disco delsistema informático volverá a repetir el procesosalvando otra página de memoria en el disco yrecuperando la que estaba almacenada en él.La Memoria Virtual tiene Ventajas e Inconvenientes.Entre las Ventajas merece la pena destacar que nospermite utilizar una gran cantidad de software, almismo tiempo dentro del sistema informático, quede otra forma no se podría utilizar al no tenersuficiente memoria y que nos permite utilizar mejorlos recursos del sistema informático.El principal Inconveniente que conlleva la memoriavirtual es que si existe una excesiva cantidad depáginas se ralentiza considerablemente la velocidadde proceso del sistema informático al tener queacceder constantemente al disco, pudiendo, por ello,causar colapsos en los diferentes procesos.
  • 17. Un tipo diferente de ampliación de la memoria detrabajo es la denominada Memoria Expandida. Estetipo de memoria utiliza una serie de bancos dememoria en forma de circuitos integrados que seañaden a la circuitería básica de la computadora.El estándar de memoria expandida lo instituyeronLotus, Intel y Microsoft, por lo que en algunoslugares puede aparecer como memoria LIM.La memoria expandida utilizaba una zona de lamemoria convencional para crear un mapa de lacantidad de memoria expandida que se añade alsistema informático. El mapa permitirá que, cuandoun programa de aplicación lo solicite, el gestor de lamemoria expandida distribuya por las diferentespáginas en que se dividen los bancos de memoria losdatos que la aplicación no puede manejar en lamemoria convencional.Como los tipos de memorias vistos anteriormente, laMemoria Expandida tiene también ventajas einconvenientes.La principal Ventaja es que al no realizar accesos aldisco del sistema informático es mucho más rápidaque la memoria virtual, pero el Inconveniente conque se encuentra la memoria expandida es que comolos que tienen que solicitar su utilización son lospropios programas de aplicación, en este tipo de
  • 18. memorias sólo se pueden almacenar datos,debiéndose colocar el código de los programas deaplicación en la memoria convencional.Existen dos tipos de memorias RAM:• RAM Estáticas.Son memorias RAM convencionales que mantienenla información almacenada en ellaspermanentemente, mientras se mantenga laalimentación eléctrica.• RAM Dinámicas (DRAM).La diferencia fundamental entre este tipo dememorias y las memorias RAM estáticas es quedebido a que la celda de memoria donde almacenanla información tiende a descargarse, por tanto aperder la información almacenada en ella, se ha deproducir un «refresco», esto es, una regrabación dela información almacenada cada pocos milisegundospara que no se pierdan los datos almacenados.La ventaja con respecto a las memorias RAMconvencionales es su bajo costo para tamaños dememorias medios y grandes.Un tipo específico de memorias DRAM son lasVRAM (Vídeo RAM). Este tipo de memorias está
  • 19. diseñadas específicamentepara almacenar los datosde vídeo de los sistemas informáticos. Estasmemorias son especialmente útiles para manejarsubsistemas de vídeo, ya que su necesidad derefresco constante permite un manejo más sencillode las cambiantes señales de vídeo.Memoria ROMLa ROM (Read Only Memory) es una «MemoriaSólo de Lectura». En ella sólo se puede leer lainformación que contiene, no es posible modificarla.En este tipo de memoria se acostumbra a guardar lasinstrucciones de arranque y el funcionamientocoordinado de la computadora.Físicamente, las memorias ROM son cápsulas decristales de silicio. La información que contienen segraba de una forma especial por sus fabricantes oempresas muy especializadas.Las memorias de este tipo, al contrario que lasRAM, no son volátiles, pero se pueden deteriorar acausa de campos magnéticos demasiado potentes.La comunicación con el procesador se realiza, aligual que en las memorias RAM, a través de losbuses de direcciones y datos.
  • 20. Al existir sólo la posibilidad de lectura, la señal decontrol, que en la RAM se utilizaba para indicar si seiba a leer o escribir, sólo va a intervenir paraautorizar la utilización de la memoria ROM.Además de las ROM, en las que sólo puede grabarinformación el fabricante de la memoria, existenotros tipos de memorias no volátiles que se puedenmodificar de diversas formas y son de unaflexibilidad y potencia de uso mayor que las simplesROM. La utilización de este tipo de memoriaspermite a los usuarios configurar computadorasdedicadas a tareas concretas, modificandosimplemente la programación de los bancos dememoria del sistema informático. Estas memoriasson:• PROM (Programable Read Only Memory oMemoria Programable Sólo de Lectura).Las memorias PROM son memorias sólo de lecturaque, a diferencia de las ROM, no vienenprogramadas desde la fábrica donde se construyen,sino que es el propio usuario el que graba,permanentemente, con medios especiales lainformación que más le interesa.
  • 21. • EPROM (Erasable-Programable Read OnlyMemory o Memoria Borrable y Programable Sólo deLectura).Las EPROM tienen la ventaja, con respecto a lasotras memorias ROM, de que pueden serreutilizables ya que, aunque la información que sealmacena en ellas permanece permanentementegrabada, ésta se puede borrar y volver a grabarmediante procesos especiales, como puede ser elmantenerlas durante treinta minutos bajo una fuentede rayos ultravioletas para borrarlas.• EEPROM (Electrically Erasable-ProgramableRead Only Memory o Memoria Borrable yProgramable Eléctricamente Sólo de Lectura).Las EEPROM aumentan, más si cabe, su ventaja conrespecto a los anteriores tipos de memorias, ya quela información que se almacena en ellas se puedemanipular con energía eléctrica y no es necesaria lautilización de rayos ultravioletas.