Anexo Procesadores - Apuntes 2 PDF

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Introduccion a los procesadores...

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Oposiciones Técnico Auxiliar de informática (TAI - AGE) BLOQUE II

TEMA 02

Periféricos: conectividad y administración. Elementos de impresión. Elementos de almacenamiento. Elementos de visualización y digitalización.

1. PERIFÉRICOS Se pueden definir los periféricos como las unidades o dispositivos a través de los cuales el ordenador se comunica con el mundo exterior, y también a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Se entenderá por periférico a todo conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la CPU-Memoria Central, permitan realizar operaciones de E/S, complementarias al proceso de datos que realiza la CPU.

Partes de los periféricos. Todos los periféricos suelen tener dos partes claramente diferenciadas, a saber: una parte mecánica y otra parte electrónica. -

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La parte mecánica está formada por dispositivos electromecánicos (conmutadores manuales, relés, motores, electroimanes, etc., que son controlados por elementos eléctricos. La parte electrónica se encarga de controlar las órdenes que llegan de la CPU para la recepción o transmisión de datos, y de generar las señales de control para manejar adecuadamente la parte mecánica del periférico. En la parte electrónica es común usar elementos opto-electrónicos que actúan como detectores o generadores de la información de entrada y salida, respectivamente. También estos elementos se usan como detectores de posición de los elementos mecánicos

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Oposiciones Técnico Auxiliar de informática (TAI - AGE) BLOQUE II móviles del periférico. analógicos/digitales.

TEMA 02 Juegan

un

papel

importante

los

conversores

Driver o controlador. Puede entenderse el driver o controlador como un componente más de la parte electrónica del periférico. Los drivers son los elementos necesarios para traducir las instrucciones del hardware hacia el software, y del software hacia el hardware, de manera que el uno se entienda con el otro. Los drivers se componen de líneas de código con funciones específicas dirigidas a componentes particulares. En este sentido, estos programas se encargan de llevar un mensaje al sistema para que éste efectúe su tarea de reconocimiento y se comunique con el dispositivo. Drivers genéricos o universales Algunos sistemas operativos cuentan con los llamados drivers genéricos para que ciertos componentes funcionen inmediatamente al ser conectados. Los drivers universales se forman con líneas de código que permiten que el sistema identifique automáticamente periféricos tales como el teclado y el mouse. Aun así, si bien muchos drivers se instalan de esta manera, siempre será necesario descargar los drivers faltantes en tu PC, para que el equipo funcione de la mejor manera posible. Drivers específicos Ciertos componentes como las tarjetas de video, algunas cámaras web, redes WiFi e impresoras necesitan un software específico para solucionar problemas de compatibilidad. Por esta razón es importante conocer las especificaciones del dispositivo con el fin de instalar el controlador adecuado. Dicho es el ejemplo al actualizar los controladores de la tarjeta gráfica o de cualquier otro componente de esas características, que requieren un driver único para funcionar de manera correcta. Plug-and-Play o PnP ("enchufar, conectar y usar") Es la tecnología o cualquier avance que permite a un dispositivo informático ser conectado a una computadora sin tener que configurar, mediante jumpers o software específico (no controladores) proporcionado por el fabricante, ni proporcionar parámetros a sus controladores. Para que sea posible, el sistema operativo con el que funciona el ordenador debe tener soporte para dicho dispositivo. Plug-and-play no indica que no sea necesario instalar drivers de dispositivos adicionales para el correcto funcionamiento del dispositivo. Plug and Play no debería entenderse como sinónimo de "no necesita drivers". En el tiempo de arranque del sistema, las tarjetas PCI y el BIOS interactúan y negocian los recursos solicitados por la tarjeta PCI. Esto permite asignación de IRQs y @EliasRodriguez

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direcciones del puerto por medio de un proceso dinámico. Todo dispositivo PCI debe implementar los registros de configuración. Requisitos: Para usar Plug and Play, se deben cumplir tres requisitos:   

El OS debe ser compatible con Plug and Play. La BIOS debe soportar Plug and Play. El dispositivo a ser instalado compatible con Plug and Play.

1.1 CLASIFICACIÓN DE LOS PERIFÉRICOS La clasificación más general de periféricos es la siguiente:   

Dispositivos de Entrada Dispositivos de Salida Dispositivos de Entrada y Salida (Mixtos) o Dispositivos de Almacenamiento o Dispositivos Multimedia o Dispositivos De Comunicaciones

Dispositivos de Entrada Un ordenador necesita que se le proporcionen los programas con los que vamos a trabajar y también los datos, a partir de los cuales obtendremos resultados. Esta tarea se realiza mediante los dispositivos de entrada, siendo el teclado y el ratón los más habituales. Entre estos periféricos podemos encontrar los siguientes: Teclado, Ratón (“mouse”). Dispositivos de captura directa de datos: Lectora de banda magnética, Detectores ópticos: de marcas, barras impresas, escáneres, caracteres impresos, cámaras digitales, Detectores de caracteres impresos (OCR). Unidades de reconocimiento de voz, Lápiz óptico, Pantallas sensibles al tacto, Palanca manual de control (joystick), digitalizador o tableta gráfica. Dispositivos de Salida Son los dispositivos que nos permiten mostrar y visualizar la información. Ejemplos de estos dispositivos son los siguientes: Monitor, Impresora, Sintetizador de voz, Visualizadores (displays), Registrador gráfico (plotter).

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Dispositivos de Entrada y Salida Un periférico de entrada/salida o E/S (en inglés: input/output o I/O) es aquel tipo de dispositivo periférico de un computador capaz de interactuar con los elementos externos a ese sistema de forma bidireccional, es decir, que permite tanto que sea ingresada información desde un sistema externo, como emitir información a partir de ese sistema. Dispositivos o periféricos de comunicación entre computadoras, tales como módems y tarjetas de red, por lo general sirven para entrada y salida. También, los dispositivos de almacenamiento de datos, como los discos rígidos, la unidad de estado sólido, las memorias flash, las disqueteras, entre otros, se pueden considerar periféricos de entrada/salida. 

Dispositivos de Almacenamiento: Destinados a almacenar la información de manera masiva. Pueden ser internos o extraíbles. Ejemplos: Disco duros magnéticos, Discos Duros SSD, Memorias Flash, Cintas Magnéticas, Discos Ópticos (CD-ROM, DVD).

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Dispositivos Multimedia: Cualquier combinación de texto, arte gráfico, sonido, animación y vídeo que llega a nosotros por computadora u otros medios electrónicos. Ejemplos: Tarjeta de sonido, altavoces, proyecto, TV, sistemas Home Cinema, cámaras de foto y video, etc.

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Dispositivos de Comunicaciones: Generan y/o reciben señales analógicas o digitales, permitiendo el intercambio de información. Ejemplos: Tarjeta de red, router, modem, GPS, Bluetooth, etc.

1.2 CONECTIVIDAD Y ADMINISTRACIÓN DE LOS PERIFÉRICOS. Los periféricos se conectan a la CPU a través de grupos de hilos que se conoce como buses. En el interior del computador el bus transmite la información de los datos en paralelo. El bus que conecta la CPU con los otros elementos del procesador se conoce como bus local o bus de la CPU. Es un bus muy rápido y conecta la CPU con las tarjetas de la placa base y los controladores de los dispositivos externos. Las conexiones entre los periféricos y los controladores o tarjetas de la placa base se realizan a través de un bus más general llamado bus del sistema. También suele conectar algunas ampliaciones de memoria. Algunos periféricos requieren un bus especializado que se adapte a su velocidad de transferencia, sus niveles de tensión, la naturaleza de sus señales de control y otros requerimientos. A estos buses se les llama bus de entrada/salida o bus de expansión. @EliasRodriguez

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1.2.1 TIPOS DE BUSES Existen tres tipos de buses principalmente: 

Bus de control ≡ El bus de control gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como estas líneas están compartidas por todos los componentes, tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos. Mejor dicho, es el que permite que no haya colisión de información en el sistema.

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Bus de direcciones ≡ La memoria RAM es direccionable, de forma que cada celda de memoria tiene su propia dirección. Las direcciones son un número que selecciona una celda de memoria dentro de la memoria principal o en el espacio de direcciones de la unidad de entrada/salida. El bus de direcciones es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito. El bus de dirección consiste en el conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección. La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2n el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuándo la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus.

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Bus de datos ≡ El bus de datos permite el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades.

Atendiendo al modo en que se transmite la información, los buses también se pueden clasificar en: 

Bus paralelo ≡ Es un bus en el cual los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En los computadores ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras.

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Bus serie ≡ En este los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Aunque originalmente fueron usados para conectar

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dispositivos lentos (como el teclado o un ratón), actualmente se están usando para conectar dispositivos mucho más rápidos como discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión e incluso para el bus del procesador. 1.2.2 RANURAS DE EXPASIÓN, BUS DE EXPANSION O SLOTS Los ordenadores suelen tener unas ranuras de expansión, llamadas también Slots de expansión, sobre la placa base que están conectadas al bus del sistema y que permiten conectar una serie de dispositivos a este bus a través de tarjetas de circuito integrado y que permiten conectar varios dispositivos a la CPU, como por ejemplo tarjetas digitalizadoras de imágenes, aceleradores gráficos con FPGAs, etc. Todos los buses poseen unas especificaciones normalizadas, como son: - protocolos de transmisión de datos, - velocidades y temporización de las transferencias, - anchuras de los sub-buses, - y sistema físico de conexión (conectores estandarizados).

Los Buses normalizados más conocidos son: 

S-100 Bus (IEEE 696). Puede considerarse como el primer bus normalizado para microcomputadores, siendo introducido por Atari para su computador 8080 (sistema de 8 bits). En total disponía de unos 100 hilos.

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CAMAC (o IEEE 583). El bus CAMAC (Computer Automated Measurement and Control) Se introdujo para interconectar instrumentos de medida nucleares en 1969

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GPIB ( o IEEE 488). El GPIB (“General Purpose Interface Bus”) fue ideado por Hewlett Packard (1965 a 1975) usa 24 hilos, 8 de los cuales son para datos y el resto para señales de control.

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Multibus (o IEEE 796). Bus de 16 bit de datos introducido por Intel. En la actualidad hay una versión mejorada llamada Multibus-II (IEEE 1296) para transferir datos de 32 bits.

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ISA Bus. El bus ISA (Industrial Standard Architecture), es el bus introducido con el IBM-PC. Tiene 64 hilos de los cuales 8 son para datos.

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ISA AT Bus. Fue introducido con los IBM-AT (80286). Ideado para arquitecturas de 16 bits, posee subdirecciones de 24 bits (direcciona hasta 16 Mbytes) y es compatible, como no, con su antecesor de 16 bits.

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MCA. (Micro-Channel Architecture) fue introducido por IBM en 1987 en sus equipos PS/2. Es un bus para arquitecturas de 32 bits y es 10 veces más rápido que el ISA AT, llegando a transferir hasta 20 Mbits/seg.

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EISA (Extendet Industry Satandard Architecture). Es un bus ideado por 9 fabricantes de ordenadores, para arquitecturas de 32 bits. Posee velocidad de transferencia de 33Mbits/seg. Es compatible con el bus ISA. Este bus puede solo ser controlado por microprocesadores 80386, 80486 o superiores, y es autoconfigurable.

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VESA. Apareció para mejorar los buses ISA y EISA. Mejoraba la velocidad de las tarjetas gráficas principalmente.

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BUSPCI: es el bus más utilizado en la actualidad por el avance en sus prestaciones. Fue diseñado por Intel. Es un bus independiente de la CPU que ofrece anchos de banda de 32 o 64 bits y unas tasas de transferencia de hasta 400 Mbps. Gracias a él surgió el concepto de Plug And Play, tan utilizado en la actualidad que cuesta trabajo concebir que los sistemas anteriores no dispusiesen de él. Básicamente permite al procesador encontrar cualquier componente, configurarlo y añadirlo al sistema.

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AMRS. La Audio/Modem Riser (AMR) es una ranura de expansión en la placa base para dispositivos de audio (como tarjetas de sonido) o módems lanzada en 1998 y presente en placas de Intel Pentium III, Intel Pentium IV y AMD Athlon. Cuenta con 2x23 pines divididos en dos bloques, uno de 11 (el más cercano al borde de la placa base) y otro de 12, con lo que es físicamente imposible una inserción errónea, y suele aparecer en lugar de una ranura PCI, aunque a diferencia de este no es plug and play y no admite tarjetas aceleradas por hardware (solo por software).

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CNR. Communication and Networking Riser (CNR) es una ranura de expansión en la placa base para dispositivos de comunicaciones como módems o tarjetas de red.

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BUS AGP: Se diseñó para mejorar la transferencia de datos de las tarjetas gráficas. Proporciona una conexión directa entre el adaptador de gráficos y la memoria. Es un puerto (puesto que solo se puede conectar un dispositivo, mientras que en el bus se pueden conectar varios) desarrollado por Intel en 1996 como solución a los cuellos de botella que se producían en las tarjetas gráficas que usaban el bus PCI. Existen varias velocidades de bus AGP.

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BUS PCI Express: (Abreviado PCIe o PCI-e) es un bus de comunicación de datos, serie, punto a punto o "dedicado". Se trata de una mejora del bus PCI (paralelo y compartido). Presenta varias versiones y velocidades.

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PCI-X: Es una evolución de PCI, en la que se consigue aumentar el ancho de banda mediante el incremento de la frecuencia, llegando a ser 32 veces más rápido que el PCI 2.1 ya que, aunque su velocidad es mayor que PCI Express, presenta el inconveniente de que al instalar más de un dispositivo la frecuencia base se reduce y pierde velocidad de transmisión. A menudo se confunde PCI-X con PCI-Express. Ambos son buses de alta velocidad pero se diferencian en varios aspectos. La primera es que PCI-X es una interfaz paralela que es compatible hacia atrás con los dispositivos PCI a excepción de los que trabajan con 5 voltios. PCIe es un bus serie con una interfaz física distinta que fue diseñada para superar a PCI y PCI-X, y su retro compatibilidad empieza a partir del primer PCIe. PCI-X sufre una serie de desventajas tecnológicas y económicas respecto a PCIExpress. La interfaz paralela de 64 bits requiere de por sí un difícil enrutado, ya que como todas las interfaces paralelas, las señales del bus deben llegar simultáneamente o en un margen muy corto de tiempo, y el ruido de las ranuras adyacentes puede causar interferencias. La interfaz serie de PCIe sufre muchos menos problemas y por lo tanto requiere diseños mucho menos complejos y económicos. Los buses PCI-X, como los PCI, son bidireccionales dúplex media

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mientras PCIe son dúplex completa. Los buses PCI-X solo son tan rápidos como el dispositivo más lento de su bus, y PCIe puede negociar las velocidades de transferencia dispositivo por dispositivo. También, las ranuras PCI-X ocupan más espacio en las placas, lo cual puede llegar a ser un problema en caso de las ATX y factores más pequeños. 

BUS SCSI: es un tipo de bus especial, ya que se controla mediante una tarjeta externa. Permite conectar hasta 7 dispositivos. Se utiliza sobre todo en servidores, en ordenadores de sobremesa es muy raro verlos (aunque técnicamente es posible).

1.2.3 BUSES LOCALES Como se ha comentado anteriormente, existen buses que conectan la CPU con otros elementos del procesador y se les conoce como bus local o bus de la CPU. Los buses locales más conocidos son:     

VL-bus, ideado por VESA para varios fabricantes. Quick-ring, propuesto por Apple. VME, IEEE 1014 (Versa Module Europe) del Versabus, utilizado por Motorola para la serie 68000. NuBus, o IEEE 1196, de 96 hilos está diseñado para arquitecturas de 32 bits y usa en los Apple Macintosh. M-bus y S-Bus, utilizados por las estaciones de SUN.

2. COMPONENTES DE PLACA BASE En este apartado se van a estudiar los componentes internos de un ordenador, conectados normalmente a la placa base del mismo. No se estudian desde el punto de vista de la arquitectura (como trabajan internamente), dado que eso se ha visto en el tema anterior, se estudian desde el punto de vista de cómo se conectan, los tipos que existen, velocidades, etc. 2.1 PLACA BASE O PLACA MADRE (MOTHERBOARD) Una placa base es un elemento que conecta todos los componentes del ordenador y coordina la comunicación entre los mismos. Se trata de una placa plana rectangular de un material semiconductor sobre la que se sitúan diferentes elementos, conectores para periféricos, cables impresos, etc. Aunque su tamaño es variable, suele ser el elemento más destacado dentro de la torre del ordenador. Según su origen po...