Niveles conceptuales de la descripción de un computador
Un computador puede ser analizado o estudiado según distintos niveles conceptuales. La distinción entre niveles más sencilla es la que hay entre software y hardware. Nivel de componentes electrónicos también denominado nivel de dispositivos y circuitos electrónicos Nivel de lógica digital o nivel de circuito lógico Nivel de microprogramación (microoperaciones) o nivel RTL (Register Transfer Level, nivel de transferencia entre registros o nivel de micromáquina Nivel de lenguaje máquina y ensamblador o nivel de máquina convencional Nivel de sistema operativo o nivel de máquina operativa Nivel de programa de aplicación o nivel de máquina simbólica.
La distinción es considerado a partir del estudio de hardware y software.El nivel de los componentes electrónicos ( que es el nivel de los circuitos y de sistemas digitales)
El nivel de lógica digital y de circuito lógico.
El nivel de microprogramación ( nivel de transferencia entre registros de la micromáquina).
Nivel del lenguaje máquina y lenguaje ensamblador.
Nivel del sistema operativo.
Nivel de programa o aplicación.
http://www.monografias.com/trabajos103/introduccion-informatica-ii/introduccion-informatica-ii.shtml
Cuando referimos a los Niveles de Descripción de un Computador , los Niveles de máquina simbólica (compiladores, editores, intérpretes del LC) es diferente al Nivel de máquina operativa (sistema operativo) que parte de las operaciones internas de un computador; no obstante , no obstante, el Nivel de máquina convencional son (lenguajes máquina y ensamblador)) para en nivel de dispositivos y circuitos electrónicos ; Nivel de micromáquina (microprogramación) para el Nivel de lógica digital (Hardware)/(Tecnología. Se despliega el tema de Arquitectura del computador en donde interaccionan los USUARIOS con los PROGRAMAS DE APLICACIONES que es la parte del Software.
El hardware o soporte físico de una computadora es la máquina en sí: el conjunto de circuitos eléctricos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos, y otros elementos físicos que forman la computadora. El software es el soporte lógico de una computadora que posee un conjunto de programas (del sistema operativo, de utilidades y de los usuarios) ejecutables por la computadora.
Para que una computadora funcione es necesario utilizar programas; es decir, un computador con tan sólo sus elementos físicos no funciona: tan imprescindible es el hardware como el software.
La computadora es uno de los sistemas más complejos ideados por el hombre. Para facilitar su diseño o análisis, se puede describir según distintos niveles conceptuales. El estudio o diseño dentro de cada nivel se efectúa utilizando o viendo a la computadora según primitivas proporcionadas por el nivel inmediato inferior.
Los tres niveles inferiores (1, 2 y 3) corresponden a los de tecnología de computadoras.
· Nivel 4, lenguaje máquina, es el genuino nivel de arquitectura de la computadora, ya que el diseño de una computadora parte de la especificación de las instrucciones del lenguaje máquina.
· Nivel 5, sistema operativo, puede considerarse como la interfaz entre el hardware y software. Añade una capa para facilitar el uso del hardware y hacerlo lo más eficaz posible desde el punto de vista de los usuarios y de los programas de aplicación.
· Nivel 6, máquina simbólica, es el que realmente ven los programadores de aplicaciones y los usuarios, y está formado básicamente por los traductores o, en general, procesadores de lenguajes.
Informática (origen francés) INFORMATICA = Información + automática La Real Academia Española de la lengua define: Informática.- el conjunto de conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores.
Información: Conjunto de símbolos usados para representar magnitudes, hechos, objetos o ideas.
Computadora: es una máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida; todo ello sin intervención de un operador humano y bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en el propio computador.
Datos: Conjuntos de símbolos utilizados para expresar o representar un valor numérico, un hecho, un objeto o una idea. Pueden ser captados directamente por el computador: Detectando electrónicamente un sonido o fonema, una temperatura, el entorno de una figura, o el paso de un objeto Pueden ser dados en forma de letras y números (grafismos). Los grafismos (caracteres) resultan muy útiles, dada la gran variedad de informaciones que con ellos se pueden representar Es una de las formas más habituales de transmitir, comunicar o almacenar información en la sociedad actual: el lenguaje escrito Los más usados son: caracteres numéricos (las diez cifras decimales) los caracteres alfabéticos los caracteres especiales (símbolos ortográficos, aritméticos y otros),
Datos de Salida… Son las salidas de un programa como: Los resultados de un cálculo matemático Los resultados la búsqueda de un nombre Estos pueden utilizarse como datos de un programa posterior La palabra dato se utiliza como contraposición a instrucción El computador actúa con dos tipos de informaciones: Instrucciones: que indican a la máquina qué es lo que tiene que hacer, datos; que son los elementos sobre los que actúa o que genera el programa La disciplina de Informática es el cuerpo de conocimiento que trata del diseño, análisis, implementación, eficiencia, y aplicación de procesos que transforman la información.
Estructura funcional de los computadores …Diagrama de los primeros computadores es conceptualmente válido hoy día. Antes, era fácil identificar a simple vista cada una de las unidades. En la actualidad, y debido principalmente al desarrollo de la microelectrónica, varias unidades pueden estar en un mismo armario, en una misma tarjeta de circuitos integrados, o incluso (como ocurre con los microprocesadores) en un mismo circuito integrado.
Unidades funcionales… UNIDAD DE ENTRADA (E). Es el dispositivo por donde se introducen los datos e instrucciones. Transforman la información de entrada en señales binarias de naturaleza eléctrica. Ejemplo: el teclado de un microcomputador, el teclado de un terminal, un digitalizador, una lectora de tarjetas de crédito, etc. UNIDAD DE SALIDA (S). Es un dispositivo por donde se obtienen los resultados de los programas ejecutados en el computador. Transforman las señales eléctricas binarias en caracteres escritos o visualizados. Ejemplo: una pantalla o monitor, una impresora o un registrador gráfico. MEMORIA (M). Unidad donde se almacenan tanto los datos como las instrucciones.
Tipos básicos de memoria: Memoria principal, o central, o interna. Mayor velocidad Ligada directamente a las unidades más rápidas del computador (UC y ALU) Para que un programa se ejecute debe estar almacenado (cargado) en la memoria principal La memoria está dividida en posiciones (denominadas también palabras de memoria) de un determinado número de bits. Para leer o escribir una información es necesario dar la dirección de la posición ROM: la memoria en la que sólo se puede leer y la información es permanente; RAM: se puede leer y escribir y que es volátil. Memoria masiva auxiliar, secundaria o externa. La memoria principal, aunque es muy rápida pero no tiene gran capacidad para almacenar información. Para guardar masivamente información,se utilizan otros tipos de memoria (discos, cintas y discos ópticos) Más lentos (mil veces mas lentos) Más capacidad que la memoria principal (mil veces más capaces) Datos y programas se graban (a través de unidades de E) en la memoria masiva La información guardada es permanente.
Unidad de lógica aritmética ALU (Arithmetic Logic Unit).Contiene los circuitos electrónicos con los que se hace las operaciones: Aritméticas Sumas Restas Multiplicación, etc Lógicas comparar dos números operaciones del Algebra de Boole binaria, etc. También se puede denominar unidad de tratamiento o camino o ruta de datos, pues también tiene elementos auxiliares por donde se transmiten o almacenan temporalmente (registros) los datos con que opera.
Unidad de control.Detecta señales de estado procedentes de las distintas unidades, indicando su situación o condición de funcionamiento. Capta de la memoria una a una las instrucciones del programa, y, de acuerdo con el código de operación de la instrucción captada y con las señales de estado, genera señales de control dirigidas a todas las unidades, monitorizando las operaciones que implican la ejecución de la instrucción. Reloj o generador de Pulsos Se encuentra en la unidad de control, por medio de los pulsos sincroniza todas las operaciones elementales del computador. El período de esta señal se denomina tiempo de ciclo (nanosegundos y varios microsegundos). La frecuencia del reloj (millones de ciclos/segundo, o Megahercios, abreviadamente Mhz) Es un parámetro que en parte determina la velocidad de funcionamiento del computador.
El computador es un sistema complejo que está formado por distintas unidades, módulos o dispositivos ensamblados adecuadamente uno con otro.
Periféricos: Conjunto de unidades de E/S y de memoria masiva. Interfaces (o interfases): Adaptan las características (niveles eléctricos, velocidad, etc.) de dos módulos que se acoplan, para que la conjunción de los dos funcione adecuadamente, o entre un módulo y su entorno. Sirven de comunicación entre los dos módulos El concepto de interfaz se aplica también a los programas: Interfaz entre dos programas o Interfaz de usuario Interfaz de usuario: conjunto de instrucciones que hace que un programa o aplicación intercambie información con el usuario del mismo.
Parámetros para caracterización de Prestaciones Capacidad de Almacenamiento: Posibilidades para almacenar datos e instrucciones de una forma fija o permanente. Tiempo de Acceso: de una unidad es el intervalo de tiempo que transcurre desde el instante que se proporciona la dirección del dato/Instrucción que se quiere Leer o Escribir (E/L, I/O) y el instante en se obtiene o grava en el mismo. Ancho de banda: Representa la cantidad de información transferida por segundo entre una unidad y otra. Por ejemplo, el ancho de banda entre la memoria y la CPU es de 133 MB/s, En un segundo se pueden transferir 133 millones de bytes entre las unidades citadas. Palabra: es una unidad superior a la byte, pues este es una unidad de información relativamente pequeña para los cálculos que realiza la ALU Está formada por un número entero de bytes (1, 2, 4, 8 o 16) Representa a los datos con los que opera la ALU o a las unidades de información que se transfieren entre la memoria principal y la CPU.
Longitud de palabra: número de bits (integrantes de datos o instrucciones) que se transmiten simultáneamente entre las unidades del computador central en un instante dado. Coincide con el número de bits de la mayoría de los datos e instrucciones con las que opera la CPU. En la mayoría de computadores de longitud de palabra de 32 bits el direccionamiento a memoria se efectúa por bytes, y es posible acceder directamente a bytes (8 bits), medias palabras (16 bits), y palabras (32 bits). Algunos incluso permiten acceder a dobles palabras (64 bits). La longitud de palabra determina, en cierta medida, la precisión de los cálculos, la capacidad máxima de la memoria principal y la variedad de instrucciones de la máquina. Registros. Elementos internos a la CPU, para memorizar temporalmente la información correspondiente a una palabra o a un byte. Ejemplo: cuando la ALU realiza una suma, ésta se efectúa entre dos datos que temporalmente la UC los almacena en dos registros, el resultado de la operación, a su vez, debe almacenarse en un registro (suele utilizarse uno de los dos sumandos).
Factores importantes que determinan la potencia de un computador Son:
- La longitud de palabra
- El tiempo de ciclo
- El ancho de banda
- La capacidad de memoria
Estructuras Básicas de Computadores Las unidades funcionales de un computador se interconectan de acuerdo con una determinada organización. La interconexión se realiza mediante hilos conductores en paralelo que transmiten simultáneamente información (una palabra de datos, por ejemplo). Se consigue una velocidad razonable de funcionamiento. BUS: Conjunto de cables que transmite información en paralelo Son de tres tipos: sub-bus de datos sub-bus de direcciones sub-bus de control
Sub-Bus de Datos :Transporta los datos que se transfieren entre las unidades. Su número de hilos determina la longitud de palabra del computador. Si un computador contiene un sub-bus de datos de 16 hilos para transmitir simultáneamente datos de 16 bits, se dice que esta organizado en palabras de 16 bits. Suele ser bidireccional; transmite información hacia adentro o hacia afuera de una unidad (la CPU, por ejemplo), en instantes diferentes. Sub-Bus de Direcciones Transporta la dirección de posición de memoria o del puerto periférico que interviene en el tráfico de información (de donde procede el dato o a donde se dirige). Sub-Bus de Control Contiene hilos que transporta las señales de control y las señales de estado, indicando la dirección de la transferencia de datos, coordinando la temporización de eventos durante la transferencia, transmitiendo las señales de interrupción, etc.
Las formas más sencillas de interconexiones de unidades son:
a) Organización con un bus específico para conexión. CPU- Memoria Dispone de un bus específico de inter conecin CPU-Memoria. Todo el tráfico de información entre periféricos y memoria, necesariamente ha de hacerse a través de la UCP,Memoria; CPU; Periférico; Periférico 1; Bus del sistema.
b) Organización con estructura de bus único. Esta configuración es más sencilla, y utiliza un único bus. Todas las unidades se conectan a él. Este bus se denomina bus del sistema. Como en un instante dado sólo puede transmitirse una información por el bus, solo una unidad (el procesador ) puede tener el control del bus del sistema. La ventaja principal de esta estructura es su bajo coste y flexibilidad para conectar periféricos. Bus del sistema, Memoria ,CPU ,Periférico.
Problema en el funcionamiento global del computador: Es el de las diferentes velocidades operativas del mismo. La CPU es mucho más rápida que la memoria principal (unas 10 veces) La memoria es muchísimo más rápida que los periféricos (unas 200.000 veces). En toda transferencia de información entre dos unidades la unidad más lenta impone la velocidad Por esto el rendimiento global del computador sería muy bajo. Recordemos que en toda instrucción máquina al menos hay una transferencia entre CPU y M. Esto relentiza considerablemente la velocidad de la CPU. Solución Se han ideado diversas técnicas: memoria caché, controladores de E/S y controladores DMA.
Memoria Oculta o Caché. Es una pequeña memoria rápida que se coloca entre la memoria principal y el procesador, de forma tal que éste se comunica directamente con ella y no con la memoria principal. Son más caras Los microprocesadores modernos suelen incluir en su propio chip parte de la caché. Se caracteriza por guardar aquellos datos e instrucciones que son usados con frecuencia por la CPU, en un determinado proceso de datos. Datos comparativos entre CPU, caché y memoria principal (los valores dados son órdenes de magnitud).
Controlador (o canal o procesador) de entradas/salidas (o de periféricos) Es un procesador especializado en controlar las operaciones de transferencia de datos entre los periféricos conectados a él, y entre éstos y la CPU. Estas operaciones de control normalmente son función de la CPU, por lo que los controladores de E/S descargan trabajo a la CPU. Una vez finalizada la operación encomendada por la CPU, envía a ésta una señal de interrupción indicando que está listo para realizar otra operación. Cada controlador de entradas/salidas monitoriza la actuación de distintos periféricos. Su conexión con el bus del sistema suele denominarse canal de entrada/salida o sencillamente canal.
a) Configuraciones con controladores de entrada/salida de bus único. Muestra una estructura con un bus único que incluye memoria caché y controladores de E/S. Es una estructura de bus único El inconveniente es que una orden de transferencia de datos entre periféricos de dos canales distintos puede interferir con, por ejemplo, la captación de una instrucción de la memoria principal por la CPU. Caché,Memoria Principal ,Controlador de E/S , Controlador de E/S,Bus del sistema y periféricos.
b) Configuraciones con controladores de entrada/salida con un bus específico de E/S. Para evitar este problema usualmente se utiliza una estructura con dos buses. En el aparece un bus específico de E/S,CPU, Caché, Memoria principal, Adaptador bus Controlador de E/S,Bus del sistema.
Los controladores de E/S evitan que la CPU tenga que adaptarse entre operaciones de E/S individuales a la velocidad y ritmo que marca el periférico con el que se hace la transferencia. La CPU sigue siendo responsable de todas las operaciones individuales de E/S. Las operaciones de E/S que realizan los usuarios, normalmente se hacen entre la M y un periférico, y viceversa.
Controladores DMA (Direct Memory Access = acceso directo a memoria) Se han creado para descargar de este trabajo a la CPU. Es un procesador especializado para transferir datos entre memoria y un periférico (y viceversa). Mientras la CPU puede realizar otras tareas. Es externo a la CPU y actúa, combinadamente con la CPU, como controlador del bus. Cuando se hace una transferencia de un bloque de información controlado por DMA, previamente la CPU inicializa unos registros especializados del DMA en los que se especifica: tamaño del bloque a transferir, dirección inicial del bloque a leer en la unidad de origen, dirección inicial donde se escribirá el bloque en la unidad de destino y sentido de la transferencia Una vez inicializado el DMA, la CPU cede el control del bus al DMA, encargándose éste de controlar toda la transferencia de información. Mientras la CPU puede realizar otras tareas. Una vez finalizado el trasvase del bloque, el DMA envía a través del sub-bus de control una señal de interrupción al procesador, para que éste vuelva a tomar el control del bus del sistema.
Jerarquía De Memoria Parámetros: capacidad, velocidad y precio Problema: Diferencia de velocidad de 1 ó 2 órdenes de magnitud entre procesador y memoria.
Soporte Físico (hardware) y Soporte Lógico (software) Soporte Físico, o Hardware Es la máquina en sí El conjunto de circuitos electrónicos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos, y otros elementos físicos que forman el computador. La palabra hardware no sólo se utiliza para designar los dispositivos físicos del computador y su interconexión (arquitectura), sino también todo lo relacionado con ellos Soporte Lógico, Software o Logical El conjunto de programas (del sistema operativo, de utilidades, y de los usuarios) ejecutables por el computador. Para que un computador funcione es necesario utilizar programas. Tan imprescindible es el hardware como el software. No son sólo los programas de un computador, sino que también todas las materias relacionadas con la construcción de los programas: organización y estructuración de los datos, construcción de algoritmos, análisis de aplicaciones, metodología utilizada para redactar programas, etc.
Interrupción, excepción, fallo, aborto o Trap. Es una detención de la ejecución de un programa antes de que concluya, continuándose después con la ejecución del programa interrumpido Normalmente se realiza para ejecutar otro programa o procedimiento prioritario o procedimiento de gestión de la interrupción.
Causa de las Interrupciones: Fallo de la alimentación. El computador puede disponer de sistemas auxiliares que detecten anomalías en el suministro de energía eléctrica. Caso de que se prevea que inminentemente se va a producir una caída de tensión, se puede generar una interrupción que lance a ejecutar un programa que salve el contenido total de la memoria en disco. Anomalías del hardware. Si detecta un fallo del hardware puede generar una interrupción que lance a ejecutar un programa que produzca el consiguiente mensaje de error y/o reconfigure el hardware. Petición de E/S de un periférico. El método más común de efectuar una operación de E/S es por medio de interrupciones.
Desbordamiento. Cuando en un cálculo aritmético se produce un desbordamiento, es normal producir una interrupción, para lanzar a ejecución un programa que de un mensaje de error, o se tomen otras medidas tendentes a no falsear los resultados de la ALU. Utilización de una instrucción máquina inexistente. Está anomalía se produciría cuando en el registro de instrucción (IR) se carga un valor que no corresponde a ningún código del lenguaje máquina. El procedimiento que atendería a la interrupción daría un mensaje de error. Gestión de tiempo compartido. El tiempo compartido permite la ejecución concurrente de varios programas ubicados simultáneamente en memoria. El sistema operativo va dando pequeños turnos sucesivos de tiempo a cada uno de los programas, de forma tal que todos van avanzando en su ejecución. Los sistemas disponen de un temporizador (reloj de tiempo real) que genera una señal de interrupción cuando transcurre el periodo de tiempo asignado a cada programa, y se lanza una interrupción para suspender momentáneamente la ejecución del programa.
Violación de la protección de memoria. Es corriente que en la memoria principal se encuentren ubicados diversos programas. El computador dispone de mecanismos que detectar si, por error, un programa invade la zona de memoria donde se encuentra otro programa. Este evento suele ser prevenido por medio de una interrupción. Peticiones del programador o usuario. Existe la posibilidad de que el propio programador o usuario deseen provocar una interrupción.
Petición de interrupción (Interrupción Request, o IR). Regreso a PE -Restaurar contenidos CPU -Habilitar interrupciones ,Servicio del requerimiento realizado .Determinación del origen de la interrupción -Inhábil interrupciones -Salvar contenidos CPU .Petición de Interrupción (IR) Reconocimiento de la interrupción (IA).Programa preferente .Fin de la interrupción programa PE que se va a interrumpir Instrucciones Gestión de una interrupción de un procedimiento PE para atender a otro más preferente, volviendo posteriormente a continuar ejecutándose el procedimiento interrumpido.
Clasificación de los Computadores Según la Generalidad de uso o Propósito:
De uso general: Puede dedicarse a distintos tipos de aplicaciones, tales como gestión administrativa, cálculo científico, etc. De uso específico: Es el que únicamente puede utilizarse para una aplicación concreta. Ejemplo, el que contiene un robot, la computadora para el control del tráfico, el de un horno de microondas, etc.
Según el Paralelismo: Único flujo de instrucciones, único flujo de datos (Monoprocesadores): En un instante dado, se encuentra ejecutando una única instrucción con unos datos aislados. Unico flujo de instrucciones, múltiples flujos de datos (Matriciales y Vectoriales ): Para mayores velocidades de cómputo, procesan las instrucciones de una en una, pero cada una de ellas opera con múltiples datos. Múltiples flujos de instrucciones, múltiples flujo de datos (Multiprocesadores y Multicomputadores): Sistemas compuestos por distintos computadores completos trabajando en paralelo e interconectados adecuadamente entre ellos.
Información: Conjunto de símbolos usados para representar magnitudes, hechos, objetos o ideas.
Computadora: es una máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas, y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida; todo ello sin intervención de un operador humano y bajo el control de un programa de instrucciones previamente almacenado en el propio computador
Datos: Conjuntos de símbolos utilizados para expresar o representar un valor numérico, un hecho, un objeto o una idea. Pueden ser captados directamente por el computador: Detectando electrónicamente un sonido o fonema, una temperatura, el entorno de una figura, o el paso de un objeto Pueden ser dados en forma de letras y números (grafismos). Los grafismos (caracteres) resultan muy útiles, dada la gran variedad de informaciones que con ellos se pueden representar Es una de las formas más habituales de transmitir, comunicar o almacenar información en la sociedad actual: el lenguaje escrito Los más usados son: caracteres numéricos (las diez cifras decimales) los caracteres alfabéticos los caracteres especiales (símbolos ortográficos, aritméticos y otros)
Datos de Salida… Son las salidas de un programa como: Los resultados de un cálculo matemático Los resultados la búsqueda de un nombre Estos pueden utilizarse como datos de un programa posterior La palabra dato se utiliza como contraposición a instrucción El computador actúa con dos tipos de informaciones: Instrucciones: que indican a la máquina qué es lo que tiene que hacer, datos; que son los elementos sobre los que actúa o que genera el programa La disciplina de Informática es el cuerpo de conocimiento que trata del diseño, análisis, implementación, eficiencia, y aplicación de procesos que transforman la información.
Estructura funcional de los computadores …Diagrama de los primeros computadores es conceptualmente válido hoy día. Antes, era fácil identificar a simple vista cada una de las unidades. En la actualidad, y debido principalmente al desarrollo de la microelectrónica, varias unidades pueden estar en un mismo armario, en una misma tarjeta de circuitos integrados, o incluso (como ocurre con los microprocesadores) en un mismo circuito integrado.
Unidades funcionales… UNIDAD DE ENTRADA (E). Es el dispositivo por donde se introducen los datos e instrucciones. Transforman la información de entrada en señales binarias de naturaleza eléctrica. Ejemplo: el teclado de un microcomputador, el teclado de un terminal, un digitalizador, una lectora de tarjetas de crédito, etc. UNIDAD DE SALIDA (S). Es un dispositivo por donde se obtienen los resultados de los programas ejecutados en el computador. Transforman las señales eléctricas binarias en caracteres escritos o visualizados. Ejemplo: una pantalla o monitor, una impresora o un registrador gráfico. MEMORIA (M). Unidad donde se almacenan tanto los datos como las instrucciones.
Tipos básicos de memoria: Memoria principal, o central, o interna. Mayor velocidad Ligada directamente a las unidades más rápidas del computador (UC y ALU) Para que un programa se ejecute debe estar almacenado (cargado) en la memoria principal La memoria está dividida en posiciones (denominadas también palabras de memoria) de un determinado número de bits. Para leer o escribir una información es necesario dar la dirección de la posición ROM: la memoria en la que sólo se puede leer y la información es permanente RAM: se puede leer y escribir y que es volátil. Memoria masiva auxiliar, secundaria o externa. La memoria principal, aunque es muy rápida pero no tiene gran capacidad para almacenar información. Para guardar masivamente información se utilizan otros tipos de memoria (discos, cintas y discos ópticos) Más lentos (mil veces mas lentos) Más capacidad que la memoria principal (mil veces más capaces) Datos y programas se graban (a través de unidades de E) en la memoria masiva La información guardada es permanente.
UNIDAD ARITMETICO-LOGICA o ALU (Arithmetic Logic Unit) Contiene los circuitos electrónicos con los que se hace las operaciones: Aritméticas Sumas Restas Multiplicación, etc Lógicas comparar dos números operaciones del Algebra de Boole binaria, etc. También se puede denominar unidad de tratamiento o camino o ruta de datos, pues también tiene elementos auxiliares por donde se transmiten o almacenan temporalmente (registros) los datos con que opera.
UNIDAD DE CONTROL (UC) Detecta señales de estado procedentes de las distintas unidades, indicando su situación o condición de funcionamiento. Capta de la memoria una a una las instrucciones del programa, y, de acuerdo con el código de operación de la instrucción captada y con las señales de estado, genera señales de control dirigidas a todas las unidades, monitorizando las operaciones que implican la ejecución de la instrucción. Reloj o generador de Pulsos Se encuentra en la unidad de control, por medio de los pulsos sincroniza todas las operaciones elementales del computador. El período de esta señal se denomina tiempo de ciclo (nanosegundos y varios microsegundos). La frecuencia del reloj (millones de ciclos/segundo, o Megahercios, abreviadamente Mhz) Es un parámetro que en parte determina la velocidad de funcionamiento del computador.
El computador es un sistema complejo que está formado por distintas unidades, módulos o dispositivos ensamblados adecuadamente uno con otro.
Periféricos: Conjunto de unidades de E/S y de memoria masiva. Interfaces (o interfases): Adaptan las características (niveles eléctricos, velocidad, etc.) de dos módulos que se acoplan, para que la conjunción de los dos funcione adecuadamente, o entre un módulo y su entorno. Sirven de comunicación entre los dos módulos El concepto de interfaz se aplica también a los programas: Interfaz entre dos programas o Interfaz de usuario Interfaz de usuario: conjunto de instrucciones que hace que un programa o aplicación intercambie información con el usuario del mismo
Parámetros para caracterización de Prestaciones Capacidad de Almacenamiento: Posibilidades para almacenar datos e instrucciones de una forma fija o permanente. Tiempo de Acceso: de una unidad es el intervalo de tiempo que transcurre desde el instante que se proporciona la dirección del dato/Instrucción que se quiere Leer o Escribir (E/L, I/O) y el instante en se obtiene o grava en el mismo. Ancho de banda: Representa la cantidad de información transferida por segundo entre una unidad y otra. Por ejemplo, el ancho de banda entre la memoria y la CPU es de 133 MB/s, En un segundo se pueden transferir 133 millones de bytes entre las unidades citadas. Palabra: es una unidad superior a la byte, pues este es una unidad de información relativamente pequeña para los cálculos que realiza la ALU Está formada por un número entero de bytes (1, 2, 4, 8 o 16) Representa a los datos con los que opera la ALU o a las unidades de información que se transfieren entre la memoria principal y la CPU.
Longitud de palabra: número de bits (integrantes de datos o instrucciones) que se transmiten simultáneamente entre las unidades del computador central en un instante dado. Coincide con el número de bits de la mayoría de los datos e instrucciones con las que opera la CPU. En la mayoría de computadores de longitud de palabra de 32 bits el direccionamiento a memoria se efectúa por bytes, y es posible acceder directamente a bytes (8 bits), medias palabras (16 bits), y palabras (32 bits). Algunos incluso permiten acceder a dobles palabras (64 bits). La longitud de palabra determina, en cierta medida, la precisión de los cálculos, la capacidad máxima de la memoria principal y la variedad de instrucciones de la máquina. Registros. Elementos internos a la CPU, para memorizar temporalmente la información correspondiente a una palabra o a un byte. Ejemplo: cuando la ALU realiza una suma, ésta se efectúa entre dos datos que temporalmente la UC los almacena en dos registros, el resultado de la operación, a su vez, debe almacenarse en un registro (suele utilizarse uno de los dos sumandos).
Factores importantes que determinan la potencia de un computador Son: La longitud de palabra, El tiempo de ciclo, El ancho de banda y La capacidad de memoria
Estructuras Básicas de Computadores Las unidades funcionales de un computador se interconectan de acuerdo con una determinada organización. La interconexión se realiza mediante hilos conductores en paralelo que transmiten simultáneamente información (una palabra de datos, por ejemplo). Se consigue una velocidad razonable de funcionamiento. BUS: Conjunto de cables que transmite información en paralelo Son de tres tipos: sub-bus de datos sub-bus de direcciones sub-bus de control
Sub-Bus de Datos :Transporta los datos que se transfieren entre las unidades. Su número de hilos determina la longitud de palabra del computador. Si un computador contiene un sub-bus de datos de 16 hilos para transmitir simultáneamente datos de 16 bits, se dice que esta organizado en palabras de 16 bits. Suele ser bidireccional; transmite información hacia adentro o hacia afuera de una unidad (la CPU, por ejemplo), en instantes diferentes. Sub-Bus de Direcciones Transporta la dirección de posición de memoria o del puerto periférico que interviene en el tráfico de información (de donde procede el dato o a donde se dirige). Sub-Bus de Control Contiene hilos que transporta las señales de control y las señales de estado, indicando la dirección de la transferencia de datos, coordinando la temporización de eventos durante la transferencia, transmitiendo las señales de interrupción, etc.
Las formas más sencillas de interconexiones de unidades son:
a) Organización con un bus específico para conexión. CPU- Memoria Dispone de un bus específico de interconexión CPU-Memoria. Todo el tráfico de información entre periféricos y memoria, necesariamente ha de hacerse a través de la CPU. (Gp:) Memoria (Gp:) CPU (Gp:) Periférico 0 (Gp:) Periférico 1 (Gp:) Bus del sistema a)
b) Organización con estructura de bus único. Esta configuración es más sencilla, y utiliza un único bus. Todas las unidades se conectan a él. Este bus se denomina bus del sistema. Como en un instante dado sólo puede transmitirse una información por el bus, solo una unidad (el procesador ) puede tener el control del bus del sistema. La ventaja principal de esta estructura es su bajo coste y flexibilidad para conectar periféricos. (Gp:) Bus del sistema b) (Gp:) Memoria (Gp:) CPU (Gp:) Periférico 0 (Gp:) Periférico 1.
Problema en el funcionamiento global del computador: Es el de las diferentes velocidades operativas del mismo. La CPU es mucho más rápida que la memoria principal (unas 10 veces) La memoria es muchísimo más rápida que los periféricos (unas 200.000 veces). En toda transferencia de información entre dos unidades la unidad más lenta impone la velocidad Por esto el rendimiento global del computador sería muy bajo. Recordemos que en toda instrucción máquina al menos hay una transferencia entre CPU y M. Esto relentiza considerablemente la velocidad de la CPU. Solución Se han ideado diversas técnicas: memoria caché, controladores de E/S y controladores DMA.
Memoria Oculta o Caché. Es una pequeña memoria rápida que se coloca entre la memoria principal y el procesador, de forma tal que éste se comunica directamente con ella y no con la memoria principal. Son más caras Los microprocesadores modernos suelen incluir en su propio chip parte de la caché. Se caracteriza por guardar aquellos datos e instrucciones que son usados con frecuencia por la CPU, en un determinado proceso de datos. Datos comparativos entre CPU, caché y memoria principal (los valores dados son órdenes de magnitud).
Controlador (o canal o procesador) de entradas/salidas (o de periféricos) Es un procesador especializado en controlar las operaciones de transferencia de datos entre los periféricos conectados a él, y entre éstos y la CPU. Estas operaciones de control normalmente son función de la CPU, por lo que los controladores de E/S descargan trabajo a la CPU. Una vez finalizada la operación encomendada por la CPU, envía a ésta una señal de interrupción indicando que está listo para realizar otra operación. Cada controlador de entradas/salidas monitoriza la actuación de distintos periféricos. Su conexión con el bus del sistema suele denominarse canal de entrada/salida o sencillamente canal.
a) Configuraciones con controladores de entrada/salida de bus único. Muestra una estructura con un bus único que incluye memoria caché y controladores de E/S. Es una estructura de bus único El inconveniente es que una orden de transferencia de datos entre periféricos de dos canales distintos puede interferir con, por ejemplo, la captación de una instrucción de la memoria principal por la CPU. Caché ,Memoria Principal Controlador de E/S (Gp:) Per.0n (Gp:) Per.01 (Gp:) Per.00 (Gp:) Controlador de E/S (Gp:) Per.1n (Gp:) Per.11 (Gp:) Per.10 (Gp:) Bus del sistema (Gp:)
b) Configuraciones con controladores de entrada/salida con un bus específico de E/S. Para evitar este problema usualmente se utiliza una estructura con dos buses. En el aparece un bus específico de E/S. (Gp:) b) (Gp:) CPU (Gp:) Caché (Gp:) Memoria principal (Gp:) Adaptador bus (Gp:) Per.10 (Gp:) Per.11 (Gp:) Per.1n (Gp:) Per.01 (Gp:) Per.0n (Gp:) Per.00 (Gp:) Controlador de E/S (Gp:) Controlador de E/S (Gp:) Bus del sistema (Gp:) Canal 0 (Gp:) Canal 1.
Los controladores de E/S evitan que la CPU tenga que adaptarse entre operaciones de E/S individuales a la velocidad y ritmo que marca el periférico con el que se hace la transferencia. La CPU sigue siendo responsable de todas las operaciones individuales de E/S. Las operaciones de E/S que realizan los usuarios, normalmente se hacen entre la M y un periférico, y viceversa.
Controladores DMA (Direct Memory Access = acceso directo a memoria) Se han creado para descargar de este trabajo a la CPU. Es un procesador especializado para transferir datos entre memoria y un periférico (y viceversa). Mientras la CPU puede realizar otras tareas. Es externo a la CPU y actúa, combinadamente con la CPU, como controlador del bus. (Gp:) CPU (Gp:) Caché (Gp:) Memoria principal (Gp:) DMA (Gp:) Per.10 (Gp:) Per.11 (Gp:) Per.1n (Gp:) Per.01 (Gp:) Per.0n (Gp:) Per.00 (Gp:) Controlador de E/S (Gp:) Controlador de E/S (Gp:) Bus del sistema (Gp:) Canal 0 (Gp:) Canal 1.
Cuando se hace una transferencia de un bloque de información controlado por DMA, previamente la CPU inicializa unos registros especializados del DMA en los que se especifica: tamaño del bloque a transferir, dirección inicial del bloque a leer en la unidad de origen, dirección inicial donde se escribirá el bloque en la unidad de destino y sentido de la transferencia Una vez inicializado el DMA, la CPU cede el control del bus al DMA, encargándose éste de controlar toda la transferencia de información. Mientras la CPU puede realizar otras tareas. Una vez finalizado el trasvase del bloque, el DMA envía a través del sub-bus de control una señal de interrupción al procesador, para que éste vuelva a tomar el control del bus del sistema.
Jerarquía De Memoria Parámetros: capacidad, velocidad y precio Problema: Diferencia de velocidad de 1 ó 2 órdenes de magnitud entre procesador y memoria.
Soporte Físico (hardware) y Soporte Lógico (software) Soporte Físico, o Hardware Es la máquina en sí El conjunto de circuitos electrónicos, cables, armarios, dispositivos electromecánicos, y otros elementos físicos que forman el computador. La palabra hardware no sólo se utiliza para designar los dispositivos físicos del computador y su interconexión (arquitectura), sino también todo lo relacionado con ellos Soporte Lógico, Software o Logical El conjunto de programas (del sistema operativo, de utilidades, y de los usuarios) ejecutables por el computador. Para que un computador funcione es necesario utilizar programas. Tan imprescindible es el hardware como el software. No son sólo los programas de un computador, sino que también todas las materias relacionadas con la construcción de los programas: organización y estructuración de los datos, construcción de algoritmos, análisis de aplicaciones, metodología utilizada para redactar programas, etc.
Interrupción, excepción, fallo, aborto o Trap. Es una detención de la ejecución de un programa antes de que concluya, continuándose después con la ejecución del programa interrumpido Normalmente se realiza para ejecutar otro programa o procedimiento prioritario o procedimiento de gestión de la interrupción.
Causa de las Interrupciones: Fallo de la alimentación. El computador puede disponer de sistemas auxiliares que detecten anomalías en el suministro de energía eléctrica. Caso de que se prevea que inminentemente se va a producir una caída de tensión, se puede generar una interrupción que lance a ejecutar un programa que salve el contenido total de la memoria en disco. Anomalías del hardware. Si detecta un fallo del hardware puede generar una interrupción que lance a ejecutar un programa que produzca el consiguiente mensaje de error y/o reconfigure el hardware. Petición de E/S de un periférico. El método más común de efectuar una operación de E/S es por medio de interrupciones.
Desbordamiento. Cuando en un cálculo aritmético se produce un desbordamiento, es normal producir una interrupción, para lanzar a ejecución un programa que de un mensaje de error, o se tomen otras medidas tendentes a no falsear los resultados de la ALU. Utilización de una instrucción máquina inexistente. Está anomalía se produciría cuando en el registro de instrucción (IR) se carga un valor que no corresponde a ningún código del lenguaje máquina. El procedimiento que atendería a la interrupción daría un mensaje de error. Gestión de tiempo compartido. El tiempo compartido permite la ejecución concurrente de varios programas ubicados simultáneamente en memoria. El sistema operativo va dando pequeños turnos sucesivos de tiempo a cada uno de los programas, de forma tal que todos van avanzando en su ejecución. Los sistemas disponen de un temporizador (reloj de tiempo real) que genera una señal de interrupción cuando transcurre el periodo de tiempo asignado a cada programa, y se lanza una interrupción para suspender momentáneamente la ejecución del programa.
Violación de la protección de memoria. Es corriente que en la memoria principal se encuentren ubicados diversos programas. El computador dispone de mecanismos que detectar si, por error, un programa invade la zona de memoria donde se encuentra otro programa. Este evento suele ser prevenido por medio de una interrupción. Peticiones del programador o usuario. Existe la posibilidad de que el propio programador o usuario deseen provocar una interrupción.
Petición de interrupción (Interrupción Request, o IR). (Gp:) Regreso a PE (Gp:) -Restaurar contenidos CPU -Habilitar interrupciones (Gp:) Servicio del requerimiento realizado (Gp:) Determinación del origen de la interrupción (Gp:) -Inhábil interrupciones -Salvar contenidos CPU (Gp:) Petición de Interrupción (IR) (Gp:) Reconocimiento de la interrupción (IA) (Gp:) Programa preferente (Gp:) Fin de la interrupción (Gp:) 3 (Gp:) 4 (Gp:) 5 (Gp:) 2 (Gp:) 1 (Gp:) Programa PE que se va a interrumpir (Gp:) Instrucciones Gestión de una interrupción de un procedimiento PE para atender a otro más preferente, volviendo posteriormente a continuar ejecutándose el procedimiento interrumpido.
Clasificación de los Computadores Según la Generalidad de uso o Propósito:
De uso general: Puede dedicarse a distintos tipos de aplicaciones, tales como gestión administrativa, cálculo científico, etc. De uso específico: Es el que únicamente puede utilizarse para una aplicación concreta. Ejemplo, el que contiene un robot, la computadora para el control del tráfico, el de un horno de microondas, etc.
Según el Paralelismo: Unico flujo de instrucciones, único flujo de datos (Monoprocesadores): En un instante dado, se encuentra ejecutando una única instrucción con unos datos aislados. Unico flujo de instrucciones, múltiples flujos de datos (Matriciales y Vectoriales ): Para mayores velocidades de cómputo, procesan las instrucciones de una en una, pero cada una de ellas opera con múltiples datos. Múltiples flujos de instrucciones, múltiples flujo de datos (Multiprocesadores y Multicomputadores): Sistemas compuestos por distintos computadores completos trabajando en paralelo e interconectados adecuadamente entre ellos.
Circuitos y sistemas digitales: para el tratamiento de números digitales
Para los conceptos de electrónica. teoría de circuitos y dispositivos ( sistemas digitales) y conceptos de electrónica, análisis de circuitos digitales con partes análogas para el funcionamiento digital por medio de conceptos básico y técnicos sobre los sistemas lógicos programables , diseños de sistemas digitales para la manipulación y procesamiento de los datos.
CIRCUITOS Y SISTEMAS DIGITALES: conceptos fundamentales
· Electrónica
En la electrónica se deriva de una gran rama de magnitudes en la cual se estudia de punto a punto cada circunstancia. En la representación digital los valores no se denotan por valores proporcionados sino por símbolos llamados DIGITOS.
Cuando llega a manejar ciertos valores es importante que podamos representar sus cantidades o magnitudes con una gran eficiencia y exactitud. Básicamente existen dos maneras de representar el valor numérico de las cantidades la cuales son: ANALOGICA Y DIGITAL.
· Tipos de electrónica
Electrónica Analógica
El gran reto del hombre es el de manipular, almacenar, recuperar y transportar la información que tenemos en el mundo que vivimos lo que permite ir progresando poco aun cada vez con más avances tecnológicos que facilitan nuestra vida y que nos permiten encontrar respuestas. Con la aparición de la electrónica las posibilidades de desarrollarse esas capacidades aumentarían de una manera considerablemente determinada.
La electrónica analógica trata con este tipo de señales, análogas a las que hay en el mundo real, modificando sus características (ej. amplificándola, atenuándola, filtrándola).
La persona que habla emite una señal acústica que es convertida en una señal electrónica analógica por el micrófono. Estas dos señales son muy parecidas, pero la que sale del micrófono es más pequeña. Por ello se introduce en un circuito electrónico, llamado amplificador, que la "agranda", a continuación esta señal se puede registrar en una cinta magnética de audio. Lo que se graba es una "copia" de la señal, pero ahora convertida a señal magnética.
En cualquier momento la señal se puede volver a recuperar, convirtiéndose de señal magnética nuevamente a señal eléctrica.Una parte del sistema se ha llamado "sistema de transmisión-recepción" indicándose con esto que la señal eléctrica se puede transportar (Por ejemplo el sistema telefónico). Finalmente se introduce por un altavoz que realiza la conversión inversa: pasar de una señal eléctrica a una acústica que se puede escuchar.
· Problemáticas con los sistemas analógicos :
(La información que está ligada a la forma de la onda, si esta se degrada pierde cierta información , y es por ello que se denota como una señal analógica en donde necesita de unos circuitos electrónicos particulares). Esto no significa de que sean lo mismo; es decir, un sistema electrónico destinado para el audio , no es igual que uno destinado para video , debido a que las señales emitidas son diferentes.
La electrónica digital
Como hablamos anteriormente existe otra manera de modificar, almacenar, recuperar y transportar de las señales, solucionando los problemas anteriores. Es un enfoque completamente diferente, que se basa en convertir las señales en números.
De esta manera, una señal digital, es una señal que está descrita por números. Es un conjunto de números. Y la electrónica digital es la que trabaja con señales digitales, o sea, con números. Son los números los que se manipulan, almacenan, recuperan y transportan. Si nos fijamos, con un ordenador, que es un sistema digital, podemos escuchar música o ver películas. La información que está almacenada en el disco duro son números.
De esta manera, una señal digital, es una señal que está descrita por números. Es un conjunto de números. Y la electrónica digital es la que trabaja con señales digitales, o sea, con números. Son los números los que se manipulan, almacenan, recuperan y transportan. Si nos fijamos, con un ordenador, que es un sistema digital, podemos escuchar música o ver películas. La información que está almacenada en el disco duro son números.
La señal acústica se convierte en una señal eléctrica, y a través de un conversor analógico-digital se transforma en números, que son procesados por un circuito digital y finalmente convertidos de nuevo en una señal electrónica, a través de un conversor digital-analógico, que al atravesar el altavoz se convierte en una señal acústica. La electrónica digital trabaja con números. La información está en los números y no en la forma de señal. Cualquier señal siempre se puede convertir a números y recuperarse posteriormente.
La gran diferencia entre sistemas analógicos y digitales se pueden demostrar así:
· ANALOGICO ( continuo)
· DIGITAL ( discreto (paso a paso)
Representaciones numéricas
Debido al carácter discreta y a los componentes utilizados en Electrónica Digital en la Actualidad, dispositivos como transistores y diodos, no se va a emplear el sistema decimal sino el sistema binario. Por lo tanto, es necesario introducirnos en la teoría de los sistemas numéricos, con vistas a su aplicación a la conversión entre los principales sistemas.En cualquier sistema numérico, se define la base o raíz como el número máximo de dígitos disponibles en dicho sistema. Así, los sistemas numéricos más importantes son los siguientes:
• Sistema decimal o de base 10, que consta de diez dígitos: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}.
• Sistema binario o de base 2, que consta de dos dígitos: {0, 1}.
• Sistema octal o de base 8, que consta de ocho dígitos: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7}.
• Sistema hexadecimal o de base 16, que consta de dieciséis dígitos: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F}.
Los sistemas numéricos más importantes son los sistemas decimal, binario, octal y hexadecimal. El sistema decimal es el empleado en la vida cotidiana.
El sistema binario es el sistema que emplearemos en Electrónica Digital, ya que trataremos la mayoría de los elementos como interruptores, es decir, con dos estados: encendido (permite el paso de la información, estado "1") o apagado (no permite dicho paso, estado "0"). No obstante como (100)10 = (1100100)2, observamos que se necesita un número relativamente grande de dígitos binarios para expresar un número decimal relativamente pequeño. Por lo tanto, aparecieron los sistemas octal y hexadecimal para disminuir este número de dígitos sin demasiada complicación puesto que su conversión a binario y viceversa es muy directo.
Las conversiones entre los sistemas numéricos
Para trabajar con varios sistemas numéricos, como por ejemplo el sistema decimal y el binario debemos ser capaces de convertir números de una base a otra. Existen dos métodos de conversión de base: polinómico e iterativo. El método polinómico consiste en expresar el número de la base fuente como un polinomio y evaluarlo según la aritmética de la base destino. Por ejemplo:
(1011)2 = 1*23+ 0*22 + 1*21 + 1*20 = (11)10
Este método tiene el problema de que si la base destino no es la decimal, tendremos que usar una aritmética diferente a la que normalmente utilizamos. Por lo tanto, este método suele ser usado para convertir números a un sistema decimal. El método iterativo consiste en ir dividiendo el número (usando la aritmética de la base fuente) por la base destino de tal forma que los restos nos irán dando los dígitos en la nueva base, siendo el más significativo el último dígito obtenido.
(p3*b3 + p2*b2 + p1*b1 + p0*b0)/b = p3*b2 + p2*b1 + p1*b0 + p0/b
Sistema octal (Base 8)
Utiliza ocho dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5,6 y 7 y los pesos son potencias de 8. No lo utilizaremos en esta asignatura.
Sistema binario (Base 2)
Este sistema de representación sólo utiliza los dígitos 0 y 1 para representar cualquier número. Fijémonos en lo interesante que resulta esto,¡¡¡sólo con dos dígitos podemos representar cualquiera de los infinitos números!!! En el sistema binario los pesos de estos dígitos son potencias de 2.
Sistema hexadecimal (Base 16)
En el caso del sistema hexadecimal, se emplean 16 dígitos: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E y F, donde las letras representan los números 10, 11, 12, 13, 14 y 15 respectivamente. Los pesos de los dígitos son potencias de 16. Por ejemplo, el número hexadecimal.
Representaciones Analógicas
Se denota por el medio en la que es proporcional y que representa un voltaje, corriente o movimiento de un indicador o medidor. Un ejemplo preciso seria el velocímetro de un automóvil en el cual la deflexión de la aguja es proporcional a la velocidad a la que se desplaza el auto.Las cantidades analógicas antes citadas tienen una característica importante en la cual pueden variar gradualmente sobre un intervalo continuo de valores.
Representaciones Digitales
En el caso de la representación digital está basado en las cantidades que no se representan por valores proporcionales sino por símbolos denominados DIGITOS. Para dar un ejemplo más preciso podemos considerar el reloj digital en el cual da la hora del día en forma de dígitos decimales que son representadas como horas y minutos.
Ventajas de las técnicas digitales
ü Facilidad en el diseño de sistemas digitales.Esto es por el motivo de que los circuitos empleados son circuitos de conmutación donde no son importantes los valores de corriente y voltaje sino en el rango en que se encuentran los cuales son: (ALTO o BAJO).
ü Facilidad de almacenamiento de la información. Esto se debe por que los circuitos de conmutación se pueden capturar información y lograr retenerla el tiempo que sea necesario.
Programación de la operación
Ya que es sencillo diseñar sistemas digitales esta operación en controlar a un grupo de instrucciones en las cuales son denominados programas.
Mayor exactitud y precisión
Los sistemas digitales pueden manejar los números de dígitos que sean necesarios añadiendo simplemente más circuitos de conmutación.
Limitaciones de las técnicas digitales
Cuando llegan a emplearse técnicas digitales solo existe un problema: "El mundo real es fundamentalmente analógico" cuando se llega a tener entradas y salidas analógicas se deben seguir los tres pasos:
ü Conversión en las entradas analógicas en el mundo real a la forma digital.
ü Procesamiento de la información digital.
ü Nuevas conversiones de salida digital a la forma analógica del mundo real.
Display y segmentos
El funcionamiento de estos visualizadores consiste en el apagado o encendido de una serie de luces que forman cada uno de los siete segmentos utilizados para formar los números. Lo realmente complicado es el circuito que se encarga de encender unos segmentos y apagar otros para formar el número que interese.
Este es un sistema muy importante, porque la humanidad está dependiendo más de la tecnología, se adapta cada vez mejor a un modelo de vida electrónico, lo que se ve en todas partes.
Componentes electrónicos semiconductores
Diodo: Es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una dirección y la bloquea en la opuesta. Está Formado por dos cristales Semiconductores, uno con escasez de electrones denominado tipo P, y el segundo con exceso de electrones, o tipo N. Esta unión semiconductora se encapsula bajo formas distintas que dependen del fabricante y a la función a la que se destinan, y que disponen de unos terminales conductores
para su conexión con otros componentes.
para su conexión con otros componentes.
Diodo Emisor de Luz (LED): Un diodo es polarizado directamente, se convierte en conductor. El cambio energético que experimentan los electrones en esta circunstancia se manifiesta en algunos compuestos, como la presencia de una radiación de luz visible o infrarroja.
Los diodos emisores de luz están especialmente diseñados para aprovechar la emisión de luz, y se construyen de forma que la unión queda en la zona más exterior posible del dispositivo, protegidos por un material transparente. Según el material semiconductor empleado, se obtienen diodos luminiscentes de color rojo, verde o amarillo.
Un Display de este tipo está compuesto por siete u ocho leds de diferentes formas especiales y dispuestas sobre una base de manera que puedan representarse todos los símbolos numéricos y algunas letras.
Los primeros siete segmentos son los encargados de formar el símbolo y con el octavo podemos encender y apagar el punto decimal.
CATODO COMUN
Tiene todos los ánodos de los diodos LED unidos y conectados a tierra. Para lograr encender el diaplays cátodo común tiene que correr por cada segmento impulsos positivos.
ANODO COMUN
Tiene todos loa ánodos de los diodos LES unidos y conectados a la fuente de alimentación de (5V, 9V, 12V) En este caso para activar cualquier elemento, hay que colocar el cátodo del elemento a tierra a través de una resistencia para limitar la corriente que pasa por el elemento.
Anteriormente se ha comentado que el display que se va a estudiar es de cátodo común, esto significa que todos los cátodos de los leds están conectados, alimentaremos cada led por separado por su correspondiente ánodo.
También existen displays de ánodo común, estos son similares a los que vamos a utilizar en nuestro montaje con la salvedad de que las conexiones a alimentación y masa serían al revés.
Los pines 3 y 8 corresponden con el cátodo de los leds (son los situados en el centro de las dos filas de pines), para el resto se sigue el criterio mostrado en la tabla. Por ejemplo, si alimentamos el Display por el pin 2 (utilizando una de las resistencias comentadas) y unimos el pin 3 o el 8 a masa, se encenderá el segmento inferior (marcado como d en la figura).
Si alimentamos por el pin 5 lo que encenderemos será el punto decimal indicado como en la figura DP (del inglés Dot Point).
Al tratarse de un Display de cátodo común, cada vez que activemos, es decir, pongamos a '1' lógico, uno de los bits de salida del puerto B, encenderemos el led correspondiente en el Display.
Características
Solidez: excelente
Angulo de visibilidad: 150 grados
Consumo por dígito: 150 mW
Vida media en horas: 100000
Luminosidad: buena
Facilidad de montaje: excelente
Vcc (general): 1'5 V
La Vcc depende del color del LED. Para un color rojo:
Vcc: 1'7 V
Vcc (máx): 2 V
Dependiendo de la tensión aplicada obtendremos una intensidad. Es aconsejable no sobrepasar la Vcc recomendada. Si se alcanza la Vcc máxima se puede destruir el segmento.
COMPONENTES DE UN DISPLAYS
Los displays de 7 segmentos son por demás conocidos. Son muy usados en los equipos electrónicos desde hace años, y no ofrecen ningún tipo de dificultad. Se los utiliza, en general, en forma directa o multiplexada. En forma directa, es usado normalmente en chips que tienen incluidos los drivers.
En forma multiplexada, son utilizados por ejemplo con un microcontrolador, el cual genera las señales para manejar los puntos comunes (ánodo o cátodo) por un lado y los segmentos, por el otro. En general, la corriente para encender cada segmento es del orden de 20 a 50mA dependiendo del Display, la frecuencia de multiplexado, etc. Para lograr esto, se utiliza algún transistor PNP para manejar el ánodo común, o NPN para el cátodo común.
Tomemos como ejemplo un equipo con 4 dígitos. El conjunto para manejarlo queda formado por:
(4 transistores PNP
(Un chip de 18 pines (ULN2803)
(12 resistencias (8 para segmentos, y 4 para las bases de los transistores)
COMO ENCENDER UN DISPLAYS DE 7 SEGMENTOS
Tenemos 8 leds colocados en forma de un dígito con punto decimal.
Ahora bien, un led tiene dos extremos, ánodo y cátodo. Como en total tenemos 8 leds, debería tener 16 extremos (8 ánodos y 8 cátodos, sin embargo el encapsulado solo tiene 10.
Esto se hace para reducir el tamaño del encapsulado y se logra de la siguiente manera.
Los 8 leds se interconectan internamente de tal forma que solo podemos acceder a uno de los dos extremos, y este punto de unión se encuentra disponible desde el exterior del encapsulado. Debido a este artilugio, tenemos dos tipos de display de 7 segmentos:
Ánodo Común: Es aquel donde los ánodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los cátodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.
Cátodo Común: Es aquel donde los cátodos de todos los leds se conectan internamente al punto de unión U y los ánodos se encuentran disponibles desde afuera del integrado.
MATERIALES
(1 Protoboard
(1 Display de 7 segmentos de cátodo común
(1 Batería de 9 voltios
(Cables de conexión
(Terminales de conexión de la batería
(1 Resistencia de 470 O con una tolerancia de ±5 %
PASOS PARA ARMAR EL CIRCUITO
* Colocamos el display de 7 segmentos en el protoboard
* Colocamos la resistencia de 470 O
* Colocamos los terminales de la batería de 9 voltios en las entradas de energía del protoboard
* Conectamos un cable del polo negativo a un extremo de la resistencia de 470 O
* Conectamos un cable del otro extremo de la resistencia en el cátodo común en el pin del medio
Para encender cada led del display conectamos el polo positivo a cada entrada de los pines del cátodo.
Conclusión de los circuitos digitales.
Durante muchos años los electrónicos funcionaron en un solo mundo; el mundo analógico, el mundo continuo, el mundo donde las tensiones son realmente acumulación de electrones en un dispositivo y las corrientes son realmente electrones que circulan por un punto de un circuito.
En efecto; por un cable pueden circular 15 electrones o 16 electrones por segundo. No pueden circular 15,5 electrones porque el electrón en la mínima parte de cantidad de electricidad que se conoce y no puede existir medio electrón.
Pongámonos de acuerdo entonces en que la continuidad absoluta de la materia no existe porque la materia es discontinua por naturaleza. Pero en la electrónica analógica jamás podemos controlar los circuitos de modo que por ejemplo sobre un capacitor tengamos la posibilidad de generar una carga de 11.894.525 o de 11.894.526 electrones.
La electrónica digital opera de un modo totalmente distinto. En cada punto de un circuito existen solo dos estados: alto o bajo pudiendo asignarse diferentes potenciales a cada estado, pero una vez establecidos esos potenciales ya no se pueden cambiar.
Es decir que un circuito analógico toma la señal y opera con los infinitos valores que ella puede tomar, ignoremos el hecho que no existe un potencial menor a la carga de un electrón, porque es un valor tan chico que se lo puede considerar nulo.
En cambio en un circuito digital se trata de que las señales tenga un estado bajo cercano a cero por ejemplo y un estado alto cercano a 5V que es el valor clásico para los circuitos lógicos más comunes. A todos los estados intermedios se los considera como bajos o altos de acuerdo a cual se parezcan más.
Conclusión: de la ingeniería informática.
La computadora es una máquina para procesar datos que es la entrada de la información dentro de un sistema, sin embargo, cabe destacar que los resultados que son la salida de datos en función de los datos prima, que han sido transformados en la fase del proceso; donde el usuario o programador interactúa con el computador a través de los componentes del computador; es por ello que, los dispositivos se clasifican de dos forma: entrada y de salida.
A medida que se almacenan informaciones, están la memoria externa y central, basándose en un sistema de almacenaje por el que el computador que desglosa los caracteres de los datos en una codificación comprensible del leguaje máquina, tales métodos de codificación son el ASCII , Unicode u otra extensión de US/ ASCII. Los dispositivos electrónicos son los mediadores para manipular esos datos de entrada y de salida, se conoce como la parte física que es el harware ( hard / duro, ware/ archivo), en este sentido, el software es la parte lógica del computador, donde impera los programas y su vez, el software (soft/ balda, ware / archivo) tiene varias clasificaciones que, los lenguajes de programación están diseñados para que sea factible la redacción de dichos programas para que sea ejecutable; los tipos de lenguaje son de alto nivel, de bajo nivel, máquina y para el diseño web que son SMGL, HTML, XML,PHP….
Referencias:http://www.monografias.com/trabajos103/introduccion-informatica-ii/introduccion-informatica-ii.shtml
https://introalacompubasica.blogspot.com/2016/11/niveles-conceptuales-de-descripcion-de.html
http://www.monografias.com/trabajos107/circuitos-y-sistemas-digitales/circuitos-y-sistemas-digitales.shtml
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