2014
FIEE

LENGUAJE DE
PROGRAMACION
Ing. José Antonio Poma G.

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EL COMPUTADOR
Es un sistema digital con tecnología
microelectrónica, capaz de procesar
datos a partir de un grupo de
instrucciones denominado programa

Aunque las tecnologías empleadas en las
PCs cambian desde q aparecieron en los
años 40, la gran mayoría usa la arquitectura
Von Newmann que describe un computador
con 3 secciones principales:

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Como funciona la computadora

La unidad Central de Procesamiento-CPU,
La unidad de memoria,
Los dispositivos de entrada y salida (E/S).
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3

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Partes del Computador : Hardware


hardware o soporte físico
Es el conjunto de elementos materiales
que componen una computadora.
1: Monitor
2: Mainboard
3: Microprocesador
4: Canales IDE
5: Memoria RAM
6: Tarjetas de expansión
7: Fuente eléctrica
8: Unidad óptica
9: Disco duro
10: Teclado
11: Mouse

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Descripción de los componentes
La tecnología tiene un periodo de validez breve, por
tal razón, veremos los componentes que constituyen
el rendimiento del computador.
Entre estos tenemos:






El microprocesador (CPU) y disipadores de calor.
Los módulos de memoria (RAM).
La Tarjeta madre mainboard).
Case y fuente de alimentación.

Lo que constituye el corazón del PC es discutible.
¿El disco duro no es lo suficientemente importante
para incluirlo?

La elección del microprocesador restringe mucho
las opciones.
• Criterios básicos de selección del procesador:
 Rendimiento.
 Costo.
 Consumo de energía.

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El microprocesador

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

Uso intensivo de la CPU o labores de servidor
- Importa mucho el rendimiento,
- El costo es menos importante y
- El consumo de energía suele ignorarse.



Equipos de sobremesa típicos
- Importa mucho el costo,
- El rendimiento y
- El consumo de energía son menos importantes.



Equipos portátiles
- Importa mucho el consumo de energía,
- El rendimiento y
- El costo son menos importantes.

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Criterios para la selección

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Línea de microprocesadores

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-



Los fabricantes de CPUs suelen fabricar 4 líneas de productos:
•

Performance (alto rendimiento)
Ej: Pentium Xeon, Core 2 Duo de Intel
y Opteron de AMD.

• Mainstream (rendimiento medio)
Ej: Pentium 4 y Core Duo de Intel y Athlon 64
de AMD.
• Value (bajo costo)
Ej: Celeron y Celeron D de Intel y
Sempron de AMD.
• Mobile (portátil)
Ej: Pentium M de Intel y Turion 64 de AMD.

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Parámetros de los CPUs
Se tratará de resumir las características de los procesadores mediante
unos parámetros numéricos, de tal forma que sea sencillo comparar dos
microprocesadores.


Dentro de los parámetros destacamos:


-





FIEE







Tecnología de fabricación
Número de transistores
Núcleo incorporado
Capacidad de ejecución multihilo
Frecuencia de reloj
Ancho de los registros
Ancho del bus de direcciones
Tamaño de las caches
Encapsulado

 Mínima distancia entre dos elementos
integrados en la pastilla de silicio.

-

 Cuanto menor es la distancia, más pequeños son
los transistores y por lo tanto son más rápidos
y disipan menos calor.
 La tecnología de fabricación más habitual es la
de 65nm (65 nanómetros).

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Tecnología de fabricación …

 A medida que disminuye la distancia aparecen
los problemas de costo.

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Número de transistores de la CPU
 Los transistores dentro de la CPU son como
las líneas de código de un programa. Cuantos
más transistores hay disponibles, más
funcionalidad se puede implementar.

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



Existe una relación estrecha entre la tecnología
de fabricación con las mejoras de fabricación de
los transistores (son más pequeños) y por lo tanto
caben más en la misma superficie.

Por ejemplo, el Pentium 4 con núcleo
Prescott (tecnología de 90 nm) tiene una
superficie de 112 mm2 y 125 millones de
transistores.

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El núcleo (core)
 Los núcleos más modernos implementan la misma o mayor
funcionalidad y proporcionan un mayor rendimiento.
Los fabricantes suelen dar un nombre a los núcleos. Por ejemplo,
el Pentium M ha evolucionado comenzando con el núcleo Banias,
con el actual Dothan y el Yonah.



Los fabricantes implementan diferentes familias de núcleos,
dependiendo del segmento de mercado al que van dirigidos.

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

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Capacidad de ejecución multihilo
 Los procesadores tradicionales ejecutan un único hilo.


En la actualidad se implementan dos tipos de capacidades de
ejecución multihilo:


Multihilo simultáneo
Por ejemplo, la tecnología Hyperthreading
de Intel permite la ejecución de hasta 2
hilos (requiere soporte de la BIOS, del
chipset y del SO).


Múltiple núcleo
El microprocesador contiene dos o más
núcleos conectados internamente. Se
tiene un multiprocesador dentro del
procesador.

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Frecuencia de reloj …

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

Suele expresarse en megahercios (MHz) o gigahercios (GHz).



Indica el número de ciclos por segundo del reloj de la CPU.



Muy relacionada con el rendimiento para un mismo núcleo,
pues en este caso mayor frecuencia, mayor rendimiento.
Ej: un Athlon 64 con núcleo San Diego a 2,8 GHz es
más rápido que un Athlon 64 con el mismo núcleo a 2,2
GHz.
Nos permite comparar el rendimiento de CPUs con
diferente microarquitectura.





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Frecuencia de reloj …en AMD

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Frecuencia de reloj … en Intel

Se trata del número de bits de direcciones físicas de la CPU.
Indica la máxima cantidad de memoria física que se puede usar.


Las CPUs x86 de 32 bits actuales tienen 36 líneas de
direcciones, un máximo de 236 = 64 Gbytes de memoria física.



Los procesadores de 64 bits de AMD
(casi todos hoy en día) tienen 40 bits
de direcciones físicas, un máximo de
240 = 1 Tbyte (terabyte) de memoria
física.



Los procesadores de 64 bits de Intel
(cada vez más) siguen manteniendo los
36 bits de direcciones.

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Ancho del bus de direcciones …

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Tamaño de caches …
Las caches mejoran los tiempos de acceso a memoria. En general,
una mayor capacidad de cache es beneficiosa para el rendimiento.


Las caches mejoran los tiempos de acceso a memoria. En
general, una mayor capacidad de cache es beneficiosa para
el rendimiento.



La mayor parte de las CPUs
actuales incorporan dos niveles de
caché dentro del mismo chip de la
CPU: una cache L1 (32KB y 128KB)
unida a la CPU y una cache L2
(128KB y 4MB) entre la L1 y la
memoria principal.

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Encapsulado …
La CPU no se suelda a la mainboard sino que está unida a ésta a
través de un zócalo.


El empleo de zócalos (sockets) de conexión
permite acoplar diferentes CPUs a la
mainboard, o cambiar fácilmente un CPU
estropeado.



Los zócalos más empleados actualmente son del tipo PGA (con
pines) y LGA (sin pines). Se trata en ambos casos de zócalos de
tipo Zero Insertion Force (ZIF).



Por ejemplo, los Pentium 4 suelen usar un zócalo LGA 775, que
contiene 775 contactos. Los procesadores de AMD de gama baja
usan un zócalo tipo PGA de 754 pines y el resto un zócalo tipo
PGA de 940 pines.

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Los módulos de memoria …

La memoria del computador se construye empleando semiconductores.


Hay tres tipos de tecnologías de memoria en el computador:






Memoria no volátil (ROM, EPROM, FLASH).
No pierde la información cuando desparece
la alimentación, pero es muy lenta. Se usa
para el BIOS.
Memoria cache (SRAM). Pierde la información cuando
desaparece la alimentación, es muy cara, pero es muy rápida.
Memoria principal (SDRAM). Pierde la información cuando
desaparece la alimentación y cuando no se refresca, tiene
una velocidad intermedia, pero es muy barata.



Los módulos de memoria principal, se conectan al controlador de
memoria del sistema, integrado en el Memory Hub Controller
(MCH) o CHIPSET, que se encuentra soldado a la mainboard.

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Módulos de memoria principal …



Los módulos de memoria actuales disponen de
una pequeña memoria serie no volátil que
permite la identificación de los parámetros
del módulo. Este mecanismo de identificación
se denomina Serial Presence Detect (SPD).
Por ejemplo, esta información la usa el MCH
para ajustar la frecuencia de trabajo del
módulo.

 Los módulos de memoria más empleados incorporan memoria
Double Data Rate (DDR) , DDR2 y DDR3.



Los DDR3 son las versiones mejoradas de los DDR2. No
obstante, la filosofía de funcionamiento es la misma.

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Módulos DDR, DDR2 Y DDR3



Mainboard con dos tipos de bases para memoria DDR y
DDR2

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Características de las memorias
Resumiremos las características de los módulos de memoria DDR
y DDR2, de tal forma que sea sencilla la elección correcta o
comparación de módulos.


Dentro de los parámetros destacan:

-





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


Geometría y número de contactos
Encapsulado de chips de memoria
Capacidad
Velocidad
Tensión de alimentación

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Geometría y numero de contactos
La geometría de los módulos DDR y DDR2 permite distinguirlos
de otros módulos de memoria y distinguir además diferentes
tipos de módulos DDR entre sí.


Los módulos de memoria y sus ranuras de conexión tienen una
geometría que impide conectar módulos equivocados.

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Geometría y numero de contactos
 La geometría y número de contactos depende de:



El espacio disponible en el computador
Hay módulos de tamaño para DIMM,
DDR y DDR2.
SDRAM DIMM – 168 pines
DDR DIMM – 184 pines
DDR2 DIMM – 240 pines

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Numero de contactos
 Comparación de un módulo DIMM DDR2 y un módulo DIMM
DDR.

Como se muestra, la
diferencia entre los
dos módulos es de
3 mm.

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Encapsulados …
El encapsulado de los chips DRAM del módulo permite distinguir
fácilmente un módulo DDR de uno DDR2.

 La capacidad es un parámetro fundamental de cualquier
dispositivo de almacenamiento, como es un módulo de memoria.
La capacidad suele expresarse en MBytes o Gigabytes.
En la actualidad, la capacidad de los módulos de memoria DDR varía
entre 128 Mbytes y 2 Gigabytes.

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Capacidad …

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Velocidad …
La velocidad suele expresarse en función de la velocidad de
transferencia teórica y la latencia.


La velocidad de transferencia teórica indica la velocidad
máxima del módulo (en Gigabytes por segundo) en condiciones
ideales durante una ráfaga.

 Los módulos de memoria DDR y DDR2 también suelen nombrarse
como PCyyyy, donde yyyy indica la tasa de transferencia teórica
en MBytes/segundo.
Ej: un módulo DDR-400 se nombraría PC-3200.

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Velocidad …

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En la actualidad es habitual usar los módulos en modo multicanal
para aumentar la velocidad de la memoria.


Trabajando en modo bicanal (2 canales), el controlador de
memoria puede acceder a dos módulos a la vez, mejorando la
latencia y la velocidad de transferencia teórica.
Ej: empleando dos módulos DDR- 400 en modo bicanal, la
velocidad de transferencia pasa de 3,2 GBytes/segundo a 6,4
GBytes/segundo.

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Velocidad …

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Característica que indica la modernidad del módulo de memoria.


Los módulos de memoria DDR emplean 2,5 voltios, mientras que
los DDR-2 emplean 1,8 voltios.

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Tensión de alimentación …

Tensión de alimentación…

Elemento central de cualquier computador PC.


A la mainbaord se conectan
la CPU, módulos de memoria,
la fuente de alimentación,
los discos, las tarjetas de
interfaz, etc.



En Conclusión, la funcionalidad y
rendimiento del PC dependen de
la tarjeta madre.

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La mainboard o Tarjeta Madre

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Parámetros de las mainboards …
Parámetros que facilitarán la elección correcta de una mainboard.


Dentro de los parámetros destacan:



-




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





Factor de forma (geometría)
CPUs soportadas
Módulos de memoria soportados
Chipset
Buses de expansión
Interfaces de almacenamiento
Interfaces de audio y red integradas
Puertos de conexión de periféricos
Protección del BIOS

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Factor de forma (geometría) …
Indica las características mecánicas: largo, ancho, ubicación de
agujeros de montaje, tipo de conectores, ubicación de
conectores, ubicación de componentes clave, etc.



Restringe el tipo de case que puede usarse.
El factor de forma más utilizado en la actualidad es el ATX.
No obstante, hoy en día es sustituido por el BTX.

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Factor de forma (geometría) …

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CPUs sopotadas …
Parámetro muy a tener en cuenta, pues el rendimiento depende
en buena medida de la CPU o CPUs soportadas.
Ej: las mainboard con socket 775 soportan CPUs Pentium 4, Dual
Core, Core2 duo.

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CPUs sopotadas …
 La mainboard restringe las frecuencias de reloj de las CPUs
soportadas. La frecuencia de reloj depende del Memory
Controller Hub (MCH).

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Módulos de memorias soportados
En parte, de parámetro depende en gran medida de los módulos
de memoria instalados.

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Módulos de memorias soportados


Debe observarse si admite memoria DDR o DDR2, la frecuencia
de reloj de la memoria, el número de ranuras de memoria, la
capacidad máxima de los módulos soportados.



Resulta muy interesante fijarse si admite memoria multicanal,
pues mejora sensiblemente el rendimiento en el caso de
disponer de varios módulos de memoria conectados.

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MódulEl chipset …
El chipset es determinante en la funcionalidad y rendimiento
del computador. Cualquier flujo de información entre dos
elementos del computador pasa por el chipset.
 Está formado habitualmente por dos chips:




El Memory Controller Hub (MCH) o Northbridge.
Es un concentrador (hub) que comunica la CPU, la
tarjeta gráfica AGP, los módulos de memoria y el ICH.
El I/O Controller Hub (ICH) o Southbridge.
Se comunica con el MCH e interconecta todos los demás
elementos del sistema.

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Organización de una mainboard

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Los buses de expansión …
Permiten conectar tarjetas que amplían la funcionalidad del sistema.
Las tarjetas de expansión se conectan a ranuras.


Las tarjetas de expansión se conectan a ranuras.

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Los buses de expansión …
 En un PC se suelen encontrar:


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-






Ranuras PCI.
La especificación PCI más usada es
un bus de 32 bits.
Ranura PCI Express x16
Es una ranura con 16 canales PCI
Express (16 x 500 MBytes/seg =
8 Gbytes/seg) que se emplea para
llevar a cabo una conexión punto a
punto entre la tarjeta gráfica y el
MCH.

1 ó más ranuras PCI Express x1.
Actualmente se emplea una
variación del bus PCI denominada
PCI-X. En este caso los datos son
de 64 bits

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Interfaces de almacenamiento …
Las interfaces de almacenamiento indican el tipo de discos duros,
unidades DVD-ROM, grabadores que se pueden conectar.

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Interfaces de almacenamiento …


La especificación ATA define una conexión paralela,
con una tasa de transferencia máxima de 133 MB/s,
y está siendo sustituida por la especificación SATA,
con una tasa de transferencia máxima inicial de 150
MB/s.

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Interfaces de almacenamiento …
 Las mainboard también proporcionan interfaces de entrada y
salida genéricas que pueden emplearse para dispositivos
externos como son las interfaces USB y Firewire.

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Interfaces de audio y red integradas…
 La integración de la red y el audio en las mainboard reduce
sensiblemente el costo del sistema así como el consumo de
energía.

Interfaz Ethernet integrada
en la mainboard

Codec de audio integrado
en la mainboard

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Puertos de conexión de periféricos …
 Hay dispositivos que se conectan mediante cables al case o a las
tarjetas de expansión.

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El Case y la fuente de alimentación




El Case constituye la estructura mecánica del computador

Los case, suelen disponer de pulsadores de encendido y
apagado, LEDs de encendido y acceso al disco duro, bahías
frontales para dispositivos de almacenamiento.