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UNIDAD de TRABAJO Nº1
Selección de equipos informáticos
de telecomunicaciones
Fernando Campuzano Godoy
Módulo 0552 - SIRL
UdT Nº1 – Parte I
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Los equipos informáticos se han convertido en una pieza
clave de los sistemas de telecomunicación.
El desarrollo de las tecnologías de la información,
resultado de la convergencia de la informática y las
comunicaciones, permite una rápida disponibilidad de
cualquier tipo de información a cualquier punto del planeta.
Esta convergencia conlleva un cambio en los procesos
tradicionales de planificación, instalación y mantenimiento
de equipos informáticos.
INTRODUCCIÓN
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OBJETIVOS:
•Conocer los elementos que componen un sistema microprogramable.
•Aprender la estructura de un sistema basado en microprocesador y su
funcionamiento.
•Conocer los componentes que forman un sistema informático.
•Analizar el funcionamiento básico de un sistema informático.
•Conocer el software de un sistema informático.
•Diferenciar y conocer los distintos tipos de dispositivos periféricos.
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CONTENIDOS:
•Características y análisis de las necesidades informáticas de los sistemas de
telecomunicación.
•Arquitectura hardware de un sistema informático.
•Elementos hardware de un sistema informático.
•Componentes de la unidad central.
•Subsistema de E/S (Entrada/Salida).
•Dispositivos de almacenamiento.
•Fuente de alimentación.
•Software de un sistema informático.
•Periféricos.
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1.1. Características y análisis de las necesidades informáticas de los
sistemas de telecomunicación:
Los criterios básicos de evaluación son:
• Determinar las necesidades informáticas en función de las
aplicaciones y el uso del sistema de telecomunicación.
• Seleccionar los componentes del equipo informático y los
diferentes tipos de periféricos.
• Determinar las necesidades software.
• Dejar abierta la posibilidad de una ampliación posterior.
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1.2. Arquitectura hardware de un sistema informático:
Los circuitos digitales (sistema binario) pueden realizar funciones específicas o
de propósito general.
Los circuitos destinados a funciones específicas (lógica cableada) sólo hay una
parte hardware (parte física).
Los circuitos destinados a funciones de propósito general (lógica programada)
constan de una parte fija, hardware y de otra variable, software, que indica al
circuito la tarea a realizar. A estos circuitos se les denomina microprogramables.
Muchos sistemas microprogramables añaden un pequeño software grabado en
la estructura electrónica del sistema llamado firmware (contiene un grupo de
programas hacen de intermediario entre el software y el hardware) el cual el
usuario no puede alterar, en los sistemas informáticos se denomina con el
nombre de BIOS (Basic Input / Output System).
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1.2. Arquitectura hardware de un sistema informático:
Todos los sistemas microprogramables poseen una estructura donde se
distinguen los siguientes componentes:
•Reloj generador de impulsos de ondas cuadradas periódicas, la frecuencia del
reloj define la velocidad del sistema.
•CPU (Central Process Unit) o Unidad Central de Proceso parte más importante
del sistema microprogramable, es donde se realiza la interpretación y ejecución de
las instrucciones y genera todas las funciones de control para gobernar todo el
sistema, su estructura interna puede realizarse de las siguientes formas:
Grandes ordenadores o mainframe: Conjunto de complejos circuitos digitales
cableados colocados en tarjetas de circuito impreso.
Microprocesador: Todo integrado en un único circuito o chip, el más extendido
actualmente.
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Todos los sistemas microprogramables poseen una estructura donde se
distinguen los siguientes componentes:
•Memoria central o interna se encuentran los datos y programas que deben
utilizar el sistema microprogramable, no confundir con las memorias de masa.
•Unidad de entrada/salida (Interface) permite la comunicación del sistema
microprogramable con el exterior.
•Periféricos: Conjunto de dispositivos que realizan un trabajo con el exterior
del sistema, pueden ser:
Entrada: Envía información desde el exterior al interior del sistema, ejemplo
teclado, ratón, tableta gráfica etc.
Salida: Envía información desde el interior al exterior del sistema, ejemplo
monitores, impresoras, etc.
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1.2. Arquitectura hardware de un sistema
informático
Figura 1.1. Relación entre hardware,
software y firmware.
Sistema basado en microprocesador
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Figura 1.2. Estructura de un sistema microprogramable.
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1.2.1. Esquema de bloques de un sistema basado en microprocesador:
Los elementos esenciales que constituyen un sistema basado en sistemas
microprocesador son los siguientes bloques:
•UC o (Unidad de Control).
•ALU o UAL (Unidad Aritmética-Lógica). CPU (Parte más importante)
•Acumuladores y registros.
•Reloj.
•MC (Memoria Central)
•Unidad de Entradas/Salidas (Interface)
•Periféricos.
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Figura 1.3. Elementos de un sistema basado en microprocesador.
Esquema de bloques de un sistema
basado en microprocesador
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La unidad de control (UC), la unidad aritmética-
lógica (ALU), los acumuladores y registros forman
el microprocesador o CPU, precisamente porque son
los principales elementos para el procesamiento de
información.
La CPU es la parte más importante del sistema por
ser la encargada de controlar y dirigir las tareas, así
como realizar los cálculos que se requieren.
Recuerda
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Los elementos esenciales:
•UC o (Unidad de Control) Parte más importante del microprocesador y es la
encargada de gobernar el funcionamiento global del mismo. Recibe la información,
la transforma e interpreta, enviando las órdenes precisas a los elementos que las
requieren. En ella se encuentra un registro denominado contador de programa
(CP) que indica en qué posición de la memoria se encuentra la próxima instrucción
a ejecutar el cual se actualiza automáticamente para obtener las instrucciones y
las direcciones de la memoria, ya sea de un modo secuencial o aleatorio.
También se encuentra en ella el decodificador de instrucciones (DI) que traduce
las instrucciones del programa contenidas en la memoria a microórdenes
grabadas internamente en el chip, decodificada la instrucción el secuenciador
envía todas las señales de control necesarias para la ejecución de la instrucción, el
contenido de la posición de memoria, apuntada por el contador pasa a un registro
de instrucciones para que el decodificador pueda traducirla y después el
secuenciador envíe las señales oportunas.
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Figura 1.4. Funcionamiento de la unidad de control.
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Los elementos esenciales:
•ALU (Arithmetic Logic Unit) o (Unidad Aritmética Lógica) Parte operativa del
microprocesador y es la encargada de realizar las operaciones aritméticas y
lógicas ordenadas desde la UC con los datos procedentes de la memoria central o
los contenidos en los registros.
Se apoya para poder realizar sus operaciones en tres elementos:
Registro acumulador: Almacenamiento temporal de los resultados obtenidos
en las operaciones.
Registro de estado: Informa sobre el resultado que se obtuvo al ejecutar la
última instrucción y que se deberá tener en cuenta en operaciones posteriores.
Registros de entrada R1 y R2: Almacenan datos que intervienen en la
operación a realizar por la ALU.
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Figura 1.5. Funcionamiento de la ALU.
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Figura 1.6. Fases del ciclo de instrucción.
•RELOJ: frecuencia del reloj es constante generada por
un cristal de cuarzo, se mide en hertzios (Hz) y determina
la velocidad de funcionamiento del microprocesador.
El periodo de la señal del reloj en segundos es el ciclo del reloj, el
microprocesador realiza una serie de ciclos de trabajo denominados
ciclo máquina, cada uno de ellos representa un acceso a la memoria o a
un dispositivo E/S. El número de ciclos de máquina para procesar una
instrucción es ciclo de instrucción que está formado por dos partes,
fase de búsqueda (fetch cycle) y fase de ejecución (execute cycle)
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•MC (Memoria Central o memoria principal): Encargada del almacenamiento de los
programas y la información necesaria para el funcionamiento del sistema. Se
compone de celdas o palabras de memoria, semejantes y funcionalmente
diferentes.
La memoria central está dividida en dos partes:
• RAM (Random Access Memory o memoria de acceso aleatorio): Este tipo de
memoria permite tanto la lectura (read) como la escritura (write). Su función
en el sistema es la de almacenar los programas a ejecutar, los datos y los
resultados intermedios del proceso. Su contenido se pierde al desconectar.
• ROM (Read Only Memory): Al contrario que la memoria RAM, este tipo de
memoria sólo permite la lectura (read). Su función en el sistema es contener
los datos y programas de arranque, para que el microprocesador pueda
comunicarse con el resto del sistema. En los sistemas informáticos se
denomina BIOS (Basic Imput/Output System) contiene las instrucciones básicas
de entrada y salida.
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•E/S (Unidades de Entrada/Salida) Comunica al sistema con el mundo
exterior, permitiendo la introducción y la extracción de información del
sistema. También adapta las señales del exterior al formato de las señales
del interior.
Los registros disponibles son:
Registros de entrada: Multiplexores a los cuales se conectan los
dispositivos exteriores por una serie de terminales, mediante los buses de
control y de direcciones el sistema selecciona las informaciones y las
transfiere al bus de datos.
Registros de salida: Multiplexados, cuya carga se realiza desde el
interior sobre una serie de registros en los que el sistema deposita el
resultado de la información ya procesada, contenido accesible en cualquier
momento desde el exterior por una serie de terminales.
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Figura 1.8. Registro de entrada de una unidad de E/S.
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Figura 1.9. Registro de salida de una unidad de E/S.
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•PERIFÉRICOS: Todos los aparatos que, controlados por el sistema,
realizan un trabajo exterior.
Se clasifican según el tipo de función que pueden realizar:
Periféricos de comunicación: Su función es enviar información
desde el interior al exterior del sistema (dispositivos de salida) o de
recibir información desde el exterior (dispositivos de entrada). Los
más importantes son teclado, monitor, ratón, cámara, etc.
Periféricos de almacenamiento masivo: Su función es la de
almacenar una gran cantidad de información de forma permanente y
segura. Los más utilizados son las unidades de disco magnético y las
unidades de disco óptico.
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1.2.2. Buses del sistema:
•Buses o canales de información: Los elementos de un microprocesador se
encuentran unidos o interconectados entre sí mediante estos canales. Estos
buses están compuestos por diferentes líneas (hilos eléctricos) que transportan
información del mismo tipo. El número de líneas que componen el bus indica el
ancho del bus.
Los sistemas microprogramables tienen tres buses fundamentales:
Bus de direcciones (address bus): Circularán los bits que seleccionarán la
posición de la memoria o el registro de entrada/salida en el que se desea leer o
escribir, este bus es unidireccional. Se suele designar con A.
Bus de datos (data bus): Circularán los bits que componen la información
(instrucciones o datos contenidos en la posición de memoria o registro E/S,
seleccionada por el bus de direcciones, este bus es bidireccional. Se suele
designar con la letra D.
Bus de control (control bus): Formado por líneas de control por las que
circulan el conjunto de señales para la coordinación.
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Figura 1.10. Representación de los buses.
Los sistemas microprogramables tienen tres buses fundamentales, que son:
• Bus de direcciones (address bus): El número total de direcciones de memoria
que es capaz de direccionar es:
Nº Direcciones de memoria = 2^(NºLíneas del bus)
• Bus de datos (data bus): Tantos hilos como bits tenga la palabra de datos
que opera en el sistema.
• Bus de control (control bus): Formado por líneas de control.
1.2.2. Buses del sistema:
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El software que se escribe y que posteriormente el sistema microprogramable
ejecuta está formado por una serie de instrucciones que indican al sistema lo
que debe realizar en cada momento.
Las instrucciones están formadas por dos partes:
•Código de operación: Indica el tipo de operación a realizar, el código está
siempre presente en una instrucción.
•Operando: Indica con qué datos se deben realizar las operaciones o las
direcciones donde obtener esos datos, el operando puede estar o no estar.
Figura 1.11. Formato de una instrucción.
1.2.3. Software de un sistema microprogramable:
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Niveles de lenguajes de programación:
• Lenguaje de bajo nivel o lenguaje máquina (códigos máquina) programar en
hexadecimal y se convierte a binario lenguaje máquina.
• Lenguaje ensamblador o simbólico, las instrucciones se representan por
nemónicos o combinaciones de letras que recuerdan significado de la
instrucción en inglés, la traducción a lenguaje máquina la hace el ensamblador.
• Lenguaje de alto nivel: Más cercano al usuario o más evolucionado, el
nombre de las instrucciones y sentencias se corresponde con el nombre de las
instrucciones en inglés, pueden ser compilados o no.
Tabla 1.1. Ejemplos de códigos de operación (L.M)
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Tabla 1.2. Nemónico de una instrucción (Lenguaje Ensamblador)
Tabla 1.3. Programa en ensamblador para el 6502 y su correspondencia en lenguaje
máquina. Campos de una instrucción en Lenguaje Ensamblador (LE)
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•Proceso de programación: Una vez escrito el programa (programa fuente) en
uno de los anteriores lenguajes, éste debe transformarse en código máquina
(programa objeto) que es lo único que entiende el sistema microprogramable.
Se disponen de las siguientes herramientas:
Ensambladores: Se utilizan para transformar el lenguaje ensamble a código
máquina.
Compiladores e intérpretes: Se utilizan para transformar el resto de los
lenguajes a código máquina.
Ensambladores y Compiladores, leen dos veces el programa completo, generan
el código máquina de todo el programa y lo ejecutan (más rápidos). El intérprete
lee línea a línea, genera el código máquina y lo ejecuta y así con todo el programa
(más lentos).
Transformado el programa a objeto está limpio de errores, si existe un error
durante el proceso hay que editar el programa fuente, solventar el error y repetir el
proceso. En caso de emplear lenguajes ensambladores es necesario que el
programa objeto sea revisado por un programa linkador.
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Figura 1.12. Herramientas utilizadas en el proceso de programación.
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Un microprocesador se puede definir como la integración, dentro de una sola
pastilla o chip, de la unidad de control, la unidad aritmética-lógica y una
pequeña memoria (registros y acumuladores) capaz de realizar de forma
automática las funciones para las que haya sido programado, lee y decodifica
las órdenes contenidas en la memoria y devuelve los resultados a una zona
determinada de memoria o actúa sobre un cierto dispositivo.
Los parámetros esenciales que fijan la capacidad y potencia del mismo son:
La longitud de palabra: Longitud habitual de los datos, influye en la velocidad
del sistema.
La velocidad del proceso: Se mide en Hz e indica la frecuencia de la señal
del reloj, la cual marca la velocidad del proceso del microprocesador, en los
sistemas actuales una instrucción se ejecuta en un ciclo de reloj.
La capacidad de memoria direccionable: Cantidad de memoria de máxima
que se puede instalar en el sistema (sin recurrir a otros recursos), viene dada por
número de líneas del bus de direcciones.
1.2.4. Arquitectura de microprocesadores:
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Los parámetros esenciales que fijan la capacidad y potencia del mismo son:
El repertorio de instrucciones: Número de instrucciones distintas que tiene
grabado el microprocesador, se puede calcular mediante la expresión:
Repertorio de Instrucciones = 2^(Nºbits de la palabra)
Memoria caché: Memoria principal formada por chips de memoria dinámica
(DRAM) existen otras memorias estáticas (SRAM) más rápidas esta memoria es
la que se denomina caché, el ella se almacenan los datos que usa la memoria
principal, esta memoria se presenta en varios niveles (L1 “kB”, L2, L3 “MB”…)
cuanto más alejada del núcleo más lento es su acceso pero mayor su tamaño.
Número de núcleos: Los procesadores actuales son multinúcleo (en un
mismo encapsulado hay varios núcleos), los microprocesadores para su
funcionamiento siguen dos tipos de arquitectura:
•CISC (Complex Instruction Set Computer)
•RISC (Reduced Instruction Set Computer)
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Figura 1.13. Comparativa del uso de paralelismo con arquitectura CISC y RISC.
CISC: Cada instrucción es interpretada por un microprograma, varios ciclos de reloj
(al menos uno por microinstrucción).
RISC: Pocas instrucciones muy simples que no afecten al rendimiento de las
demás, por tanto una instrucción por ciclo, con formato fijo, elimina el microcódigo,
arquitectura Load/Store y usa un paralelismo intensivo, compiladores optimizados.
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En el circuito microprogramable de un sistema informático se pueden distinguir
dos tipos de componentes o unidades físicas (hardware)
Unidad de proceso: en ella se encuentra el circuito microprogramable y cuando
nos referimos a la unidad central de proceso se refiere al microprocesador.
Unidades periféricas: permiten la entrada y salida de información.
Todo sistema informático tiene al menos tres partes bien diferenciadas:
• Unidad central: es la encargada de controlar todos los procesos que se
realizan, en ella se encuentran la memoria, el microprocesador, las unidades de
disco y los diferentes puertos, nos referimos a la caja que contiene lo anterior.
• Monitor: es el periférico de salida más importante y permite la visualización de
la información a través de la pantalla.
• Teclado: es el periférico de entrada más importante y permite dar las órdenes
al sistema informático e introducir los datos y programas con los que se quiere
trabajar.
1.3. Elementos hardware de un sistema informático:
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Figura 1.14. Principales elementos hardware del sistema informático.
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Figura 1.15. Diagrama de bloques de un sistema informático.
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Figura 1.16. Algunos modelos de caja.
1.4.1. Caja y fuente de alimentación
1.4. Componentes de la Unidad Central (UC):
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1.4.2. Placa base (main board) o placa madre:
•Placa base (main board) o placa madre (mother board): Es una placa de
circuito impreso sobre la que se encuentran montados una serie de
componentes electrónicos que hacen funcionar a todo el sistema informático.
Los elementos más importantes son:
Zócalo (socket): Para la instalación del microprocesador.
Slots de expansión: Conectores ranurados donde se conectan las tarjetas.
Un controlador de teclado.
Conectores (bancos): En ellos se monta la memoria RAM.
Chips de memoria caché: Agiliza transferencia de datos del microprocesador
a la memoria RAM.
Conectores: Para teclado, ratón, puertos USB, etc.
Chip de memoria ROM: Denominada BIOS, en ella están grabadas las
instrucciones de arranque del sistema y un programa de configuración del equipo
denominado Setup.
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Los elementos más importantes son:
Conjunto de jumpers y/o microinterruptores: Se abren o se
cortocircuitan para configurar la placa e indicar qué componentes se
instalan en ella.
Conector de alimentación: Suministra tensión adecuada de
funcionamiento.
Hasta la aparición del microprocesador de INTEL no exista ninguna
norma para la clasificación de las placas base, a partir de la aparición
de éste se desarrollan una serie de placas base que necesitan un pequeño
número de chips para controlarlas al conjunto de estos chips se les
denomina chipset, en la actualidad la mayoría de los chipsets se
componen de dos circuitos:
Puente norte (Northbridge): Circuito controlador del sistema y el que
determina qué tipo de CPU debe usarse en la placa base, comunica
la CPU con el resto del sistema.
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Puente norte (Northbridge): Contiene los siguientes elementos:
Interfaz con el bus externo del microprocesador (bus del sistema).
Controlador de memoria (bus de memoria).
Interfaz con el sistema gráfico (bus gráfico) actualmente PCIe interconexión de
periféricos AGP o PCI Express.
Interfaz con el puente sur (bus de enlace).
Puente sur (Southbridge): Comunicación de la CPU con los periféricos a
través de los buses de expansión, para lo cual contiene:
Interfaz con el puente norte (bus de enlace).
Interfaz con el bus de expansión.
Dispositivos de PCI integrados como controladora de USB.
Dispositivos estándar heredados como el controlador de DMA, controladores
de interruptores, reloj de tiempo real etc.
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Figura 1.17. Distribución de los componentes en la placa base.
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Figura 1.18. El chipset comunica todos los
dispositivos que se conectan a la placa base.
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