1. SISTEMAS OPERATIVOS I
PRIMER SEMESTRE
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CPU
INTRODUCCION
Una computadora o computador que proviene del latín Computare que significa
calcular o también denominada ordenador que proviene del francés ordinateur
y del latín ordinator, entonces es una máquina electrónica que recibe y procesa
datos para convertirlos en i formación útil.
Una computadora es una serie de circuitos integrados y otros componentes
relacionados que pueden ejecutar con exactitud, rapidez y de acuerdo a las
necesidades del usuario.
DEFINICION
CPU.- es la abreviatura de Central Processing Unit (unidad de proceso central)
y su pronunciación es como letras separadas.
La CPU es el cerebro del ordenador y a veces se le conoce como procesador o
procesador central.
En la CPU es donde se realiza la mayoría de cálculos.
En pocas palabras la CPU es uno de los elementos más importantes de un
sistema informático.
La unidad central de procesamiento o CPU o simplemente procesador o
microprocesador, es el componente del computador y otros dispositivos
programables que interpreta instrucciones contenidas en programas y procesa
los datos.
Los CPU son los que proporcionan la característica fundamental a la
computadora digital y es uno de los componentes necesarios encontrados en
los computadores de todos los tiempos, junto con el almacenamiento primario y
los dispositivos de entrada y salida.
Se conoce como microprocesador al CPU que se ha elaborado con circuitos
integrados y a partir de 1970 los microprocesadores de un solo chip
reemplazaron casi totalmente todos los tipos de CPU y en la actualidad este
término es aplicado a todos los microprocesadores.

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La expresión de unidad central de proceso en términos generales es la
descripción de la clase de maquinas lógicas que pueden ejecutar complejos
programas de computador. Definición que se puede aplicar ampliamente a los
primeros computadores que existieron sin embargo el término y su acrónimo se
ha usado a principio de los años 1960 y desde entonces el diseño e
implementación de los CPU han cambiado drásticamente.
Los primeros CPU fueron diseñados a la medida formando parte de una
computadora grande, la cual era única en su especie, sin embargo esto ha ido
desapareciendo debido al alto costo de diseñar CPU a la medida para una
cierta aplicación, todo esto ha desaparecido y se ha sustituido por el desarrollo
de procesadores baratos y estandarizados adaptados para uno o varios
propósitos.
La estandarización empieza en la era de los transistores discretos,
computadores centrales y microcomputadores y se acelero rápidamente con la
popularización del circuito integrado IC, el cual ha permitido la fabricación CPU
más complejos en espacios pequeños.
Esta evolución en la elaboración del CPU ha permitido que los dispositivos
digitales en la vida moderna mas allá de sus aplicaciones limitadas los
microprocesadores se los encuentren en todos los espacios que se los
necesiten. (Automóviles, televisores, neveras, calculadores, aviones, teléfonos
móviles, juguetes, etc.)
En la historia del Hardware del computador se ha encontrado la que antes de la
comercialización de los transistores, relés eléctricos y tubos del vacío, se tenía
distintas velocidades y la velocidad era mayor comparada con los CPU que
fueron elaborados mecánicamente, los cuales no eran fiables por varios
motivos. Los primeros procesadores elaborados con Tubos de vacío eran más
rápidos pero tenían que calentarse antes de funcionar y eventualmente fallaban
y dejaban de funcionar.
Entonces los computadores como el EDVAC tendían un promedio de ocho
horas para funcionar entre fallas y otras cosas, mientras que el Harvard Mark I
fallaba rara vez. Al final los CPU basados en tubos llegaron a predominar.
En esta época era muy común que la velocidad del reloj podía ser de 100 Hz
hasta 4 Hz limitado en parte por los dispositivos de conmutación.
CPU de transistores y de circuitos integrados discretos.

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Conforme la tecnología avanza la complejidad en la construcción de los
procesadores se incrementa de acuerdo al tamaño de sus elementos. Así
tenemos que las primeras mejoras se vieron por los años 1950 y 1960, donde
fueron construidos sobre tarjetas de circuito impreso que tenían componentes
discretos. En esta época gano popularidad la fabricación del circuito integrado
CI. Y luego se fueron fabricaron circuitos electrónicos pequeños de nominados
SSI, el cual fue utilizado en el sistema de guía del Apollo.
Para construir un procesador se necesitaba miles de chips individuales y aun
así se ocupaba menos espacio y menos consumo de energía.
A medida que avanza la tecnología microelectrónica se fueron empleando se
fueron utilizando los circuitos MSI y LCI.
En 1964 IBM introdujo el System/360 que se uso en computadores que podían
ejecutar en programas con velocidades y desempeños diferentes, lo cual fue
muy significativo en una época en que los computadores eran incompatibles
entre sí-
Esto fue solucionado con la introducción de un microprograma denominado
micro código el cual es usado ampliamente en los computadores modernos.
En el mismo año la Digital Equipment Corporation ingresa al mercado el
computador PDP-8 el cual sirvió para los trabajos científicos y de investigación
más tarde introdujo el PDF-11que contenía un CPU integrado únicamente por
cuatro circuitos integrados.
Este avance permite que los procesadores operen a mayores velocidades i una
creciente fiabilidad alcanzando frecuencias de reloj de decenas de megahertz,
apareciendo los nuevos modelos de alto rendimiento como los procesadores
vectoriales SIMD, los cuales más adelante dieron origen a las
supercomputadoras.
MICROPROCESADORES
El primer microprocesador Intel 4004, fue introducido por IBM en el año de
1970 y fue el primer microprocesador ampliamente usado, después en 1974 se
introdujo el Intel 8080. Esto obligo a los demás diseñadores de
microprocesadores y procesadores a lanzar varios programas de actualización
de las viejas estructuras de computadores, permitiendo un desarrollo hasta la
presente computadora personal y el término CPU se usa exclusivamente para
los microprocesadores.

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La tendencia en el aumento de los transistores y su complejidad en el CPU se
ha visto explicada por la ley de Moore cuya predicción hasta la actualidad ha
sido bastante acertada.
Pasados los años sesenta se ha cambiado básicamente el diseño y tamaño de
los procesadores pero en sí el funcionamiento básico sigue siendo el mismo y
se podría describir que las maquinas de hoy son maquinas de programa
almacenado de Von Neuman
OPERACIÓN DE CPU
La operación fundamental de la mayoría de los CPU, es ejecutar una secuencia
de instrucciones almacenadas llamadas "programa".
El programa es representado por una serie de números que se mantienen en
una cierta clase de memoria de computador.
Hay cuatro pasos que casi todos los CPU de arquitectura de von Neuman usan
en su operación: fetch, decode, execute, y writeback, (leer, decodificar,
ejecutar, y escribir).
Diagrama mostrando como es decodificada una instrucción del MIPS32. (MIPS
Technologies 2005)
El primer paso, leer (fetch), implica el recuperar una instrucción, (que es
representada por un número o una secuencia de números), de la memoria de
programa. La localización en la memoria del programa es determinada por un
contador de programa (PC), que almacena un número que identifica la posición
actual en el programa.

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Diagrama de bloques de un CPU simple
Después de los pasos de lectura y decodificación, es llevado a cabo el paso de
la ejecución de la instrucción. Durante este paso, varias unidades del CPU son
conectadas de tal manera que ellas pueden realizar la operación deseada.
La instrucción que el CPU lee desde la memoria es usada para determinar qué
deberá hacer el CPU.
En el paso de decodificación, la instrucción es dividida en partes que tienen
significado para otras unidades del CPU. La manera en que el valor de la
instrucción numérica es interpretado está definida por la arquitectura del
conjunto de instrucciones (el ISA) del CPU. A menudo, un grupo de números en
la instrucción, llamados opcode, indica qué operación realizar. Las partes
restantes del número usualmente proporcionan información requerida para esa
instrucción.
El paso final, la escritura (writeback), simplemente "escribe" los resultados del
paso de ejecución a una cierta forma de memoria. Muy a menudo, los
resultados son escritos a algún registro interno del CPU para acceso rápido por
subsecuentes instrucciones. En otros casos los resultados pueden ser escritos
a una memoria principal más lenta pero más barata y más grande. Algunos
tipos de instrucciones manipulan el contador de programa en lugar de
directamente producir datos de resultado. Éstas son llamadas generalmente
"saltos" (jumps) y facilitan comportamientos como bucles (loops), la ejecución
condicional de programas (con el uso de saltos condicionales), y funciones en
programas. Muchas instrucciones también cambiarán el estado de dígitos en
un registro de "banderas". Estas banderas pueden ser usadas para influenciar
cómo se comporta un programa, puesto que a menudo indican el resultado de
varias operaciones. Por ejemplo, un tipo de instrucción de "comparación"

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considera dos valores y fija un número, en el registro de banderas, de acuerdo
a cuál es el mayor. Entonces, esta bandera puede ser usada por una posterior
instrucción de salto para determinar el flujo de programa.
ELEMENTOS DEL CPU
Unidad de Control (UC)
Responsable a seguir cada una de las operaciones que realiza una instrucción.
El CPU es el cerebro de la computadora. Algunas veces se le dice simplemente
el procesador o procesador central. El CPU es donde se realizan la mayoría de
los cálculos. En términos de poder de computación, el CPU es el elemento más
importante de un sistema de cómputo.
Placa Madre
La Tarjeta Madre es el dispositivo donde se conectan todos los dispositivos:
CPU, memoria RAM, caché, etc. Típicamente la tarjeta madre contiene el CPU,
BIOS, Memoria, interfaces para dispositivos de almacenamiento, puertos serial
y paralelo aunque estos puertos ya son menos comunes por ser tecnología
vieja ahora se utilizan mas los puertos USB, ranuras de expansión, y todos los
controladores requeridos para manejar los dispositivos periféricos estándar,
como el teclado, la pantalla de video y el dispositivo de disco flexible.

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BIOS
Bios es un acrónimo de Basic input/output system (sistema básico de entrada /
salida). El BIOS es el software que determina que puede hacer una
computadora sin acceder programas de un disco. En las PCs, el BIOS contiene
todo el código requerido para controlar el teclado, el monitor, las unidades de
discos, las comunicaciones seriales, y otras tantas funciones.
El BIOS típicamente se pone en una pastilla ROM que viene con la
computadora (también se le llama ROM BIOS. Esto asegura que el BIOS
siempre estará disponible y no se dañara por falla en el disco. También hace
posible que la computadora inicie por sí sola. A causa de que la RAM es más
rápida que el ROM, muchos fabricantes de computadoras diseñan sistemas en
los cuales el BIOS es copiado de la ROM a la RAM cada vez que la
computadora es iniciada. Esto se conoce como shadowing.
Muchas computadoras modernas tienen Flash BIOS, que significa que el BIOS
se grabo en una pastilla de memoria flash, que puede ser actualizado si es
necesario.
RAM
RAM es acrónimo para random access memory (memoria de acceso aleatorio),
es un tipo de memoria que puede ser acezado aleatoriamente; esto es, que
cualquier byte de memoria puede ser acezado sin tocar los bytes
predecesores. RAM es el tipo de memoria más común encontrada en
computadoras y otros dispositivos, como impresoras.
Hay dos tipos básicos de RAM

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RAM dinámica (DRAM)
RAM estática (SRAM)
Los 2 tipos difieren en la tecnología que utilizan para retener datos, el tipo más
común es la RAM dinámica. La RAM Dinámica necesita refrescarse miles de
veces por segundo. La RAM estática no necesita ser refrescada, lo cual la hace
más rápida, pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos de
RAM son volátiles, ya que pierden su contenido cuando la energía es apagada.
Tarjeta de Video
La tarjeta de video, es el componente encargado de generar la señal de video
que se manda a la pantalla de video por medio de un cable. La tarjeta de video
se encuentra normalmente en integrado a la tarjeta madre de la computadora o
en una placa de expansión. La tarjeta gráfica reúne toda la información que
debe visualizarse en pantalla y actúa como interfaz entre el procesador y el
monitor; la información es enviada a éste por la placa luego de haberla recibido
a través del sistema de buses. Una tarjeta gráfica se compone, básicamente,
de un controlador de video, de la memoria de pantalla o RAM video, y el
generador de caracteres, y en la actualidad también poseen un acelerador de
gráficos.
Tarjeta de Sonido
La mayoría de las tarjetas madre ahora cuentan con algún tipo de controlador
de sonido integrado. Por lo tanto, las tarjetas de sonido no son necesarias a
menos que quieras mayor fidelidad de sonido en tu computadora o liberar un
poco de carga al CPU con el control del sonido.
Tarjeta de RED
Estar en Red ya sea Internet o una Intranet es tan común e indispensable que
esta debería ser una característica estándar en todas las placas base. Algunas
placas base, incluso, ofrecen adaptadores de red inalámbrica construido
adentro Si la placa no tiene un conector Ethernet, puede ser necesario instalar
una tarjeta PCI Ethernet o tal vez una tarjeta inalámbrica 802.11.
Unidades de Almacenamiento
Refiriéndonos a varias técnicas y dispositivos para almacenar grandes
cantidades de datos. Los primeros dispositivos de almacenamiento fueron las
tarjetas perforadas, que fueron usadas desde el año 1804 en maquinas
tejedoras de seda. Los dispositivos modernos de almacenamiento incluyen
todo tipos de unidades de disco y de unidades de cinta. Almacenamiento
masivo es distinto al de memoria, que se refiere a almacenamiento temporal,

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en cambio los dispositivos de almacenamiento masivo retienen los datos aun
cuando la computadora es apagada.
Discos Duros:
Rápidos y mucho mayor capacidad, pero más caros, Algunos dispositivos de
disco duro son portátiles pero la mayoría no.
Fuente de Poder
La fuente de poder es el componente que proporciona el poder eléctrico a la
computadora. La mayoría de las computadoras pueden conectarse a un
enchufe eléctrico estándar. La fuente de poder jala la cantidad requerida de
electricidad y la convierte la corriente AC a corriente DC. También regula el
voltaje para eliminar picos y crestas comunes en la mayoría de los sistemas
eléctricos. Pero no todas las fuentes de poder, realizan el regulado de voltaje
adecuadamente, así que una computadora siempre esta susceptible a
fluctuaciones de voltaje.
Las fuentes de poder se califican en términos de los watts que generan. Entre
más poderosa sea la computadora, mayor cantidad de watts necesitan sus
componentes.

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en cambio los dispositivos de almacenamiento masivo retienen los datos aun
cuando la computadora es apagada.
Discos Duros:
Rápidos y mucho mayor capacidad, pero más caros, Algunos dispositivos de
disco duro son portátiles pero la mayoría no.
Fuente de Poder
La fuente de poder es el componente que proporciona el poder eléctrico a la
computadora. La mayoría de las computadoras pueden conectarse a un
enchufe eléctrico estándar. La fuente de poder jala la cantidad requerida de
electricidad y la convierte la corriente AC a corriente DC. También regula el
voltaje para eliminar picos y crestas comunes en la mayoría de los sistemas
eléctricos. Pero no todas las fuentes de poder, realizan el regulado de voltaje
adecuadamente, así que una computadora siempre esta susceptible a
fluctuaciones de voltaje.
Las fuentes de poder se califican en términos de los watts que generan. Entre
más poderosa sea la computadora, mayor cantidad de watts necesitan sus
componentes.