Componentes de un sistema informático

Componentes de un sistema informático

Pedro Porcuna y Francesc Pérez Fdez

1. 

Chasis, fuente de alimentación y sistema de alimentación ininterrumpida

• 

Chasis:
q  Contiene los componentes de un ordenador
q  Tamaño interno determinado por el factor de forma de la placa base
q  Hechas de material conductor para proteger a los componentes (efecto Gauss – Jaula de Faraday):
establecer contacto con un móvil que está dentro del chasís de un ordenador



1. 


• 

Fuente de alimentación:
q  Encargada de subministrar energía al ordenador.
q  Convierte la corriente alterna que provee la red eléctrica a corriente continua.
q  Su funcionamiento puede influir al sistema:
ü  Estabilidad: una F.A. con suficiente potencia repercutirá̀ en un funcionamiento más estable del
sistema. En cas contrario, puede provocar daños al sistema: sectores defectuosos en el disco duro,
bloqueo inesperado del sistema operativo, etc.
ü  Refrigeración: principal elemento de refrigeracióń del sistema. Genera mucho ruido. Algunas F.A.
detectan la temperatura del sistema y varían su velocidad angular (rpm)
ü  Ahorro energético: Stand-By Mode.
q  Características:
ü  Nivel acústico: el ventilador no puede exceder los 32 dB de potencia sonora a 25 cm, según los
estándares ECMA.
ü  Disponibilidad: parámetro que mide el MTBF (Mean Time Between Failures). Generalmente
alrededor de los 30.000 y les 50.000 horas ( 1250-2100 días)
ü  Redundancia para sistemas críticos con capacidad de sustitución en caliente y aviso acústico o
visual.
ü  Potencia [W]: da una idea del número de dispositivos que puede alimentar. Para a un PC de sobre
mesa alrededor de 700W.
ü  Tiempo de mantenimiento (Hold-Up Time): tiempo que la F.A. Puede funcionar sin suministro
eléctrico. Normalmente alrededor de 20mseg. Cuando se selecciona un SAI este tiempo ha de ser
superior al tiempo de conmutación del SAI.
ü  Regulacióń de carga (Load Regulation): capacidad de la F.A. para controlar la tensióń de salida
DC ante variaciones de la carga.
ü  Regulacióń de línea (Line Regulation): capacidad de la F.A. Para controlar la tensióń de salida DC
ante las variaciones de la señal de entrada AC.
ü  Rizado (Ripple): residuo AC en la señal DC debido a la conversióń AC/DC.
ü  Proteccióń contra la sobre tensióń ( OverVoltage Protection): es conveniente que la F.A. incluya
proteccióń para una subida o bajada repentina de tensióń AC. Cuando se superan estos umbrales la
fuente se apaga.


1. 


• 





1. 


• 

q  Debe estar adaptada para trabajar con la tensión de la red eléctrica a la que esté conectada

q 

Fases de la conversión AC/DC
ü  Transformación: mediante un transformador de bobina atenúa la señal AC a 12V y 5V.



1. 


• 

q  Fases de la conversión AC/DC
ü  Rectificación: mediante el puente de diodos de Graezt convertimos los hemiciclos negativos de la
señal AC en positivos

ü 

Filtrado: con el uso de condensadores se consigue aplanar la señal y adquiere un aspecto de señal
continua



1. 


• 

q  Fases de la conversión AC/DC
ü  Estabilización: mediante un regulador, típicamente un circuito 780X (X es el valor del voltaje de
salida) , la señal pasa a ser perfectamente continua.

ü 

Resumen



1. 


• 

q  Tipos más comunes:
ü  AT:
ü  Con interruptor ON/OFF
ü  Utilizada hasta los Pentium MMX
ü  Dos conectores a placa base (posible cortocircuito en la placa base)

ü 

ATX:
ü 
ü 
ü 
ü 

Incorpora el modo StandBy
ON/OFF por software (PSON)
Un conector a placa basE (MOLEX-20pin)
Conectores con 3.3V para tarjetas PCI y futuros microprocesadores


1. 


• 

q  Tipos más comunes:
ü  ATX-2:
ü  Dos conectores a placa base (MOLEX 20 pin + 4pin)
ü  Se utilizan a partir del Pentium D
q 

Conectores de fuente de alimentación




1. 


• 

Sistemas de alimentación ininterrumpida (SAI o UPS)
q  Proporciona electricidad a los sistemas informáticos en caso de fallo de la red eléctrica
q  También puede estabilizar el voltaje de la señal AC y eliminar armónicos.
q  Tipos:
ü  Off-line: alimentan la carga sólo ante el fallo de la red eléctrica. Tiempo de conmutación crítico

ü  Online: siempre alimentan la carga.



2.

Modelo de John von Neumann

• 

John von Neumann, matemático húngaro del siglo XX, propuso una arquitectura lógica para los sistemas
informáticos aún vigente actualmente.

• 

Esta arquitectura incorpora:
q  Unidad Central de Procesado: responsable de decodificar y ejecutar secuencialmente las instrucciones de
los programas almacenados en la memoria principal. Coordina todas las tareas dentro del sistema.
q  Memoria principal: lugar donde se almacenan los programas en ejecución. Se almacenan tanto las
instrucciones como los datos.
q  Sistema de E/S: interfaces de conexión con dispositivos internos y de entrada-salida (tarjetas y periféricos)

• 

Estos tres bloques están comunicados a través de un sistema de buses:
q  Direcciones: utilizado habitualmente por la unidad central para indicar la dirección del dispositivo al que
desea dirigirse.
q  Control: se utiliza para indicar la acción que se desea realizar sobre el dispositivo seleccionado en el bus de
direcciones. Por ejemplo, escribir o leer.
q  Datos: bus donde se depositan los datos que van a ser transmitido entre los dispositivos

• 

Además de estos buses la unidad central suele estar conectada al bus de interrupciones. Este bus señala a la
unidad central qué dispositivo interno o de E/S necesita ser atendido, evitando así el uso de la técnica menos
eficiente denominada “polling” a través del canal de control.

• 

Algunos dispositivos internos y de E/S están conectados también al bus de acceso directo a memoria principal
(Direct Memory Access), lo que les permite escribir o leer datos de la memoria principal liberando así a la unidad
central de esta tarea.

• 

Esta arquitectura presenta un problema con la tecnología actual denominado el “Cuello de botella de Neumann”.
Actualmente los datos entre la memoria principal y la unidad central viajan a velocidades lentas comparadas con la
capacidad de cálculo de las CPU. Se ha aliviado un poco esta situación con la incorporación de memorias cache
externas entre la unidad central y la memoria principal.

• 

El componente electrónico que hace posible que los sistema informático funcionen es el transistor. Según la Ley
de More, ley que viene cumpliéndose desde 1965, cada año y medio se duplica la capacidad de integración de
transistores en los chips lo que repercute en un aumento de las funcionalidades y capacidades del sistema.


2. 



DMA

INTERRUPCIONES

Unidad
Central de
Procesado
CPU

Memorial
Principal
RAM

Dispositivos
internos
TARJETAS

Dispositivos
E/S
PERIFÉRICOS

Memoria
caché

DATOS

DIRECCIONES

CONTROL

• 

La unidad central está dividida en dos unidades:
q Control: responsable de la decodificación y ejecución secuencial de las instrucciones. Realiza la coordinación
entre la ALU, la memoria principal y el resto de dispositivo. Consta de:
ü  Decodificador: lee el código de la instrucción y los flags de estado de la ALU y activa todas las rutinas
necesarias para realizarla
ü  Registros internos: Contador de programa (CP – Almacena la dirección de la siguiente instrucción a
ejecutar), Registro de Instrucción (RI - Almacena la dirección de la instrucción en ejecución) y de
propósito general
ü  Reloj: indica en que momento se debe realizar cada paso de la instrucción. Puede ser en los flags de
subida o de bajada. Su velocidad se mide en hertzios (hz)



2. 


• 

La unidad central está dividida en dos unidades:
q Aritmeticológica: realiza las operaciones aritméticas (suma, resta, divisiones, multiplicaciones, …) y lógicas
(AND, XOR, NOT, …) que le ordena la unidad de control . Consta de:
ü  Registros: se almacenan los operandos de la instrucción y el resultado de la operación
ü  Flags o registro de estado: proporciona información sobre el estado de la última operación.

•  ¿Cómo se ejecutan las instrucciones?
1.  La UC lee la instrucción contenida en la dirección de memoria principal almacenada en el registro CP e
incrementa en uno dicho registro, después de haberlo almacenado en el registro RI, para apuntar a la
siguiente instrucción a ejecutar.
2.  Las instrucciones están formadas por una cadena de bits con un formato predefinido que entiende la CPU
(lenguaje máquina). Generalmente los primeros bits indican el código de la instrucción y los bits restantes
dan información acerca de la ubicación de los operandos (operandos + resultado).
3.  La UC decodifica los primeros bits para reconocer la instrucción y activa todas las líneas para realizar la tarea
después de leer los flags de la ALU. Si necesita operandos los busca y si necesita realizar operaciones
aritmeticológicas con ellos se los envía a la ALU a la espera de obtener el resultado para almacenarlo.
• 

Cada vez que la ALU realiza una operación se activan unos flags o bits del registro de estado que dan información
acerca del resultado de la última operación, como por ejemplo: si ha sido negativo o positivo, si hay o no acarreo, si
el resultado ha sido nulo o diferente, …Estos flags y las instrucciones de salto, que son las únicas que rompen la
ejecución secuencial, son utilizados por los programadores de microprocesadores para realizar las bucles de
programación (lenguaje ensamblador).


3.


Sistemas de binario y operaciones

•  Los ordenadores trabajan con la información mediante el sistema binario.
•  El sistema binario es un sistema posicional de base 2, es decir, es importante el lugar que ocupan los símbolos 0 y 1.
10 != 01
123 (no es un número binario)
•  Pasar de decimal a binario:
1)  dividimos el número entre 2. ¿Por qué 2?, porque es la base del sistema.

2)  Mediante el sistema de pesos también podemos pasar de decimal a binario.


3.




3.


•  Operaciones aritméticas en el sistema binario sin decimales.

•  Operaciones lógicas




4. La placa base
•  La placa base (Main Board o Mother Board) es la estructura donde se conectan todos los componentes internos y
externos (periféricos) del sistema.

•  Las placas base se pueden clasificar según el tipo de zócalo utilizado por la CPU, por su factor de forma, por el tipo de
memoria RAM que soportan, etc.
•  El factor de forma de la PB determina la forma y el tamaño de la placa base así como la organización de los
componentes internos. También influye en el tipo de chasis, fuente de alimentación, microprocesador y chipset y
conectores externos e internos.


4. La placa base
•  Factor de forma AT y Baby AT:

•  Factor de forma Atx, Mini Atx y ATx2:




4. La placa base
•  Existen más factores de forma: LPX, NLX, BTX, ITX, …
•  Las PB con un microprocesador físico son las más comunes, pero no es extraño encontrar “dual PB” o “quad PB” en el
mercado.
•  El tipo de zócalo o socket determina el tipo de microprocesador que puede ir conectado a la PB: PGA, ZIF, LGA.
•  El tipo de ranuras para memoria RAM son SIMM, DIMM y RIMM
•  La mayoría de PB presentan un circuito externo para el nivel de memoria caché L2. Algunos microprocesadores pueden
tenerla integrada.
•  El tipo de ranuras para tarjetas internas son ISA, VESA, AGP, PCI, PCIE y CNR
•  El Chipset es un conjunto de integrados que actúan como interconexión entre el microprocesador y el resto de
componentes del sistema. Integra todas las funciones de control. La velocidad con la que se mueven los datos en el
interior del PC depende del Chipset por un lado y del resto de los circuitos asociados por el otro.



4. La placa base
•  El Chipset está formado por el NorthBridge y el SouthBridge
•  El NorthBridge se llama así́ por que se encarga de la comunicación entre la CPU, la RAM y el puerto AGP/PCIE (tarjeta
gráfica); los componentes más rápidos del sistema informático.
•  El SouthBridge conecta los componentes más lentos del sistema informático.


4. La placa base




4. La placa base
•  La BIOS es un conjunto de programas(POST) muy triviales grabados en un circuito integrado de la placa Base llamado
ROM BIOS. La BIOS también almacena las condiciones de arranque y configuraciones iniciales de los componentes
hardware.
•  Cuando el sistema arranca la CPU copia el contenido de la BIOS a la memoria RAM del sistema y ejecuta la secuencia
de instrucciones. En algunas arquitecturas la CPU ejecuta directamente las instrucciones desde la BIOS.
•  La BIOS presenta una pila que sirve para alimentarla cuando el sistema apagado. Cuando al encender el ordenador
notemos un desfase horario acusado sin motivo aparente suele deberse a que dicha pila está reduciendo su
rendimiento y por lo tanto es necesario sustituirla.
•  Se puede interrumpir la secuencia de arranque del sistema para acceder al menú de configuración o SetUp



4. La placa base
•  El proceso de arranque es el siguiente:
q Inicializa tarjeta de vídeo, teclado y memoria RAM
q Comprobación y configuración de los componentes hardware (configuración inicial). Si hay error avisa con
mensaje por pantalla o con un beep.
q Tabla resumen de todas las comprobaciones anteriores por pantalla
q Búsqueda en el Master Boot Record del dispositivo seleccionado en primer lugar en el proceso de arranque del
sistema el sector de arranque de la partición que contiene el sistema operativo con el que queremos arrancar.
q Carga del sistema operativo en memoria RAM y delegación del control del sistema

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