Este documento describe los componentes básicos de una computadora y cómo funcionan. Explica que una computadora está compuesta por una CPU, memoria, disco duro, teclado, mouse, monitor y otros dispositivos de entrada y salida. También describe cómo funcionan estos componentes a nivel hardware y software, incluyendo el procesamiento de instrucciones y datos.

2. Organización Básica de la Computadora CPU cerebro Memoria disco duro memoria Cámara ojos Teclado, mouse, monitor sentidos Impresor (elementos de salida) hablar Virus informático enfermedades Bocinas voz Lenguajes lengua, idioma Herramientas de trabajo herramientas de trabajo Alimentación (energía eléctrica) alimentación Software conocimientos

3. Diseño de la Computadora La computadora básica consta de los siguientes componentes de hardware: Unidad de memoria con 4096 palabras de 16 bits cada una. Nueve registros: AR, PC, DR, AC, IR, SC, TR, OUTR e INPR. Siete Flip-Flops: I, S, E, R, IEN, FGI y FGO. 2 decodificadores: uno de 3X8(decodificador de operación) y uno de 4X16(decodificador de temporización). Un bus común de 16 bits.

4. Compuertas lógicas de control. Un circuito sumador aritmético y lógico conectado a AC. Diagrama de flujo para la operación de una computadora

5. código de instrucción Un código de instrucciones es un grupo de bits que instruye a la computadora sobre como ejecutar una operación especifica, por lo general se divide en partes y cada una tiene una interpretación propia. La parte más básica de un código de instrucción es su parte de operación. El código de operación de una instrucción es un grupo de bits que definen operaciones como sumar, restar, multiplicar, desplazar y complementar. Un código de operación se denomina Macrooperación , porque especifica un conjunto de microoperaciones.

6. Un código de instrucción especifica también los registros o las palabras de la memoria donde se van a encontrar los operandos, al igual que el registro o la palabra de memoria donde se va a almacenar el resultado. Las computadoras que tienen un registro de procesador único, por lo general lo nombran Acumulador y lo etiquetan como AC . Si una operación de un código de instrucción no necesita un operando de la memoria, puede usarse el resto de los bits de la instrucción para otros propósitos, por ejemplo las operaciones como: Borrar AC, Complementar AC e Incrementar AC operan sobre los datos almacenados en el registro AC; no necesitan un operando en la memoria. Para este tipo de operaciones no se necesita la segunda parte del código de instrucción(del bit cero al once) para especificar una dirección de memoria, y puede utilizarse para especificar otras operaciones para la computadora.

8. Instrucción del computador Una instrucción de computadora es un código binario que especifica una secuencia de microoperaciones para la computadora. Los códigos de instrucciones y los datos se almacenan en memoria. La computadora lee cada instrucción de la memoria y la coloca en un registro de control. Entonces el control interpreta el código binario de la instrucción y procede a ejecutarlo mediante una secuencia de microoperaciones. La capacidad de almacenar y ejecutar instrucciones, el concepto de programa almacenado , es la propiedad más importante de una computadora de uso general.

9. Organización de un programa almacenado

10. Las instrucciones del CPU pueden agruparse, de acuerdo a su funcionalidad, en: Operaciones con enteros: (de 8, 16, 32 y 64 bits dependiendo de la arquitectura del CPU) Estas son operaciones realizadas por la Unidad aritmético lógica del CPU Operaciones aritméticas. Como suma, resta, multiplicación, división, módulo, cambio de signo. Operaciones booleanas. Operaciones lógicas bit a bit como AND, OR, XOR, NOT. Operaciones de bits. Como desplazamiento y rotaciones de bits (hacia la derecha o hacia la izquierda, a través del bit del acarreo o sin él) Comparaciones.

11. Operaciones de mover datos: Entre los registros y la memoria: Aunque la instrucción se llama "mover", en el CPU, "mover datos" significa en realidad copiar datos, desde un origen a un destino, sin que el dato desaparezca del origen. Se pueden mover valores: desde un registro a otro. desde un registro a un lugar de la memoria. desde un lugar de la memoria a un registro. desde un lugar a otro de la memoria. un valor inmediato a un registro. un valor inmediato a un lugar de memoria.

12. Operaciones de stack: PUSH (escribe datos hacia el tope del stack). POP (lee datos desde el tope del stack). Operaciones de entrada/salida: Son operaciones que mueven datos de un registro, desde y hacia un puerto; o de la memoria, desde y hacia un puerto. INPUT Lectura desde un puerto de entrada. OUTPUT Escritura hacia un puerto de salida.

13. Operaciones para el control del flujo del programa: Llamadas y retornos de subrutinas. Llamadas y retornos de interrupciones. Saltos condicionales de acuerdo al resultado de la comparaciones. Saltos incondicionales. Operaciones con números reales: El estándar para las operaciones con números reales en los CPU está definido por el IEEE 754. Un CPU puede tener operaciones de punto flotante con números reales mediante el coprocesador numérico (si lo hay), como las siguientes:

14. Operaciones aritméticas. Suma, resta, multiplicación, división, cambio de signo, valor absoluto, parte entera. Operaciones trascendentales Operaciones trigonométricas. Seno, coseno, tangente, arco tangente. Operaciones con logaritmos, potencias y raíces. Otras El lenguaje ensamblador tiene mnemónicos para cada una de las instrucciones del CPU en adición a otros mnemónicos a ser procesados por el programa ensamblador (como por ejemplo macros y otras sentencias en tiempo de ensamblado).

15. Sincronización en el tiempo Sincronización por consulta de estado (sondeo). En este método es la CPU la encargada de la sincronización realizando periódicamente una cuenta a los distintos dispositivos consultando su situación. Esto se lleva acabo mediante la lectura del contenido de unos de los registros que debe contener el interfaz, el registro de estado, que contiene información a cerca de la situación de periférico en ese instante, en particular el periférico esta preparado para enviar y recibir información, aunque también suministra información adicional tal como la existencia de errores, etc.

16. Para poder aplicar este mecanismo de sincronización el interfaz del periférico deberá tener: Un registro de datos donde se almacenan temporalmente la información a transmitir hacia o desde el periférico. Un registro de estado que contiene información a cerca de la situación del dispositivo en particular se esta preparado o no. Un registro de control donde la CPU escribe las operaciones al realizador. Estos son los inconvenientes que tiene el método. El muestreo debe ser sistemático por lo que el programador debe incluirlo en sus programas. El muestreo debe ser frecuente y aun si se darán casos de dispositivos que estén listos para enviar datos y tengan que esperar hasta ser sondeados.

17. Se pierde tiempo de CPU en consultar a dispositivos que no tienen ninguna transferencia pendiente. El problema se agrega cuando hay muchos periféricos y sobre todo cuando algunos de ellos son muy rápidos o bien requieren una atención inmediata. Sincronización mediante instrucciones El uso de instrucciones permite que sean los dispositivos los que interrumpen la ejecución del programa en la CPU cuando están en condiciones de participar en una operación de E/S. Esta interrupción de hace a través de una línea espacial del bus de control una línea que se llama INTR (petición de interrupción).

18. De esta manera la CPU ya no debe comprobar continuamente el estado de los periféricos y pueden utilizar estos tiempos realizando estas operaciones. Cada vez que se produce una petición de interrupción se realizan las siguientes acciones: Se termina de ejecutar la instrucción en curso. Si la petición es aceptada, se inhibe total o parcialmente el sistema de interrupciones. Se guarda el estado de la tarea en pulso y el contador de programas en un registro interno en la pila o en alguna posición determinada de memoria; a continuación se salta a la dirección donde se encuentra la rutina de servicio de la interrupción. A partir de este instante este programa toma el control.

19. Tratamiento de la interrupción es la ejecución de las tareas asociadas con el servicio de una interrupción concreta. Restitución del estado de l atarea interrumpida. Rehabilitación, en el caso que sea preciso hacerlo del sistema de interrupciones. Retorno al programa interrumpido.

20. Dispositivas de Entrada y Salida Son aquellos que permiten la comunicación entre la computadora y el usuario. Dispositivos de Entrada: Son aquellos que sirven para introducir datos a la computadora para su proceso. Los datos se leen de los dispositivos de entrada y se almacenan en la memoria central o interna. Los dispositivos de entrada convierten la información en señales eléctricas que se almacenan en la memoria central.

21. Los dispositivos de entrada típicos son los teclados, otros son: lápices ópticos, palancas de mando (joystick), CD-ROM, discos compactos (CD), etc. Hoy en día es muy frecuente que el usuario utilice un dispositivo de entrada llamado ratón que mueve un puntero electrónico sobre una pantalla que facilita la interacción usuario-máquina. Dispositivos de Salida : Son los que permiten representar los resultados (salida) del proceso de datos. El dispositivo de salida típico es la pantalla o monitor. Otros dispositivos de salida son: impresoras (imprimen resultados en papel), trazadores gráficos (plotters), bocinas, entre otros.

22. Funcionamiento Interno de: Teclado: Consta de una matriz de contactos, que al presionar una tecla, cierran el circuito. Un microcontrolador detecta la presión de la tecla, y genera un código. Al soltarse la tecla, se genera otro código. De esta manera el chip localizado en la placa del teclado puede saber cuándo fue presionada y cuándo fue soltada, y actuar en consecuencia. Los códigos generador son llamados Códigos de barrido (Scan code, en inglés).

23. Monitor: El monitor de un ordenador incorpora, como elemento principal, un tubo de rayos catódicos o CRT ( Catode Ray Tube ) consistente en un gran módulo de vacío que permite la conducción de electrones de uno de sus extremos al otro. En un extremo se encuentra el cátodo, o electrodo negativo, que hace las veces de cañón de electrones. Existen tres cañones, uno por cada uno de los tres colores que componen toda la gama. Una vez el tubo recibe la corriente eléctrica, el cátodo se calienta hasta alcanzar una temperatura suficientemente elevada que le permite liberar gran cantidad de electrones.

24. Mouse: El deslizar el ratón sobre el escritorio, un apuntador refleja sus movimientos en la pantalla. El usuario puede hacer clic con el ratón (oprimir botón mientras el ratón está inmóvil) o arrastrarlo (moverlo mientras mantiene oprimido el botón). Estas dos técnicas sirven para realizar diversas operaciones. Los ratones trabajan de forma mecánica (con contactos eléctricos girados por una pelota), ópticamente (utilizando fotoceldas que detectan el movimiento de luz reflejados desde una rejilla cuando la pelota del mouse se mueve), o una combinación de ambos.

25. Módem: Un módem es un dispositivo que sirve para enviar una señal llamada moduladora mediante otra señal llamada portadora . Se han usado módems desde los años 60, principalmente debido a que la transmisión directa de las señales electrónicas inteligibles, a largas distancias, no es eficiente, por ejemplo, para transmitir señales de audio por el aire, se requerirían antenas de gran tamaño (del orden de cientos de metros) para su correcta recepción. Es habitual encontrar en muchos módems de red conmutada la facilidad de respuesta y marcación automática, que les permiten conectarse cuando reciben una llamada de la RTPC (Red Telefónica Pública Conmutada) y proceder a la marcación de cualquier número previamente grabado por el usuario.

26. Escáner: Al recibir la orden de escanear, una lámpara se encarga de "barrer" el documento. Las luz reflejada por espejos es enviada a un dispositivo interno llamado capturador ó CCD (" Charged Coupled Device "). Cada una de las líneas que son reflejadas son divididas en puntos (píxeles). Cada punto es analizado y dividido en los tres colores básicos: rojo, azul y verde. Se le asigna un valor binario a cada píxel en base a la división anterior. Se procede a crear el mapa digital y así poder ser enviado a la computadora y ser visualizado en la pantalla. Si el usuario lo decide, se guarda en forma de archivo de imagen (BMP, JPG, GIF, PNG, etc.).

27. Cámara Digital: Se activa la cámara, se ajusta el dispositivo de resolución, el flash y los demás parámetros. Se enfoca el objeto a fotografiar y se pulsa el botón disparador. La luz reflejada por el objeto entra a través de la lente de la cámara. La luz incide sobre el CCD que contiene múltiples elementos sensibles a la luz la descompone en rojo, verde y azul. La cantidad de luz reflejada se convierte en una señal eléctrica analógica y se transfiere a la electrónica de la cámara. Mediante el software interno de la cámara la imagen tomada se comprime y se almacena en la cámara sobre la memoria de tipo flash, PCMCIA, disco duro o disquete. Luego al conectar la cámara a la PC pueden transferirse las imágenes.

28. CD-ROM: Como apoyo a la comprensión del tema, te ofrecemos una animación sobre el funcionamiento interno de una lectora de CD-ROM: La unidad abre y cierra su charola ya sea mediante el usuario por el botón que tiene asignado para ello ó desde el software de la computadora. + Una vez colocado el CD y la charola dentro, un mecanismo interno acopla el disco con el rayo láser y el motor comienza el giro para leer las características del CD. Esta información es enviada a la tarjeta principal y luego al sistema operativo, el cuál toma el control de la unidad para pedirle los datos que el usuario desee. Si la computadora no esta recibiendo datos del CD, aún así el disco permanece girando dentro de la unidad a una mínima velocidad. La unidad lectora únicamente puede enviar los datos leídos del CD hacia la computadora pero no recibirlos de ella, solamente recibe órdenes para leer ó abrir la charola.

29. Puerto serial Un puerto serie o puerto serial es una interfaz de comunicaciones de datos digitales, frecuentemente utilizado por computadoras y periféricos, donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a la vez, en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits simultáneamente. La comparación entre la transmisión en serie y en paralelo se puede explicar usando una analogía con las carreteras. Una carretera tradicional de un sólo carril por sentido sería como la transmisión en serie y una autovía con varios carriles por sentido sería la transmisión en paralelo, siendo los vehículos los bits que circulan por el cable.

30. Puerto Paralelo Un puerto paralelo es una interfaz entre una computadora y un periférico, cuya principal característica es que los bits de datos viajan juntos, enviando un paquete de byte a la vez. Es decir, se implementa un cable o una vía física para cada bit de datos formando un bus. Mediante el puerto paralelo podemos controlar también periféricos como focos, motores entre otros dispositivos, adecuados para automatización. El cable paralelo es el conector físico entre el puerto paralelo y el dispositivo periférico. En un puerto paralelo habrá una serie de bits de control en vías aparte que irán en ambos sentidos por caminos distintos. En contraposición al puerto paralelo está el puerto serie, que envía los datos bit a bit por el mismo hilo.

32. Presentation realized by: Jeyzon Cabanerio Jhoan Coello Jessica Mencias José Ángel Gómez