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Los microprocesadores de INTEL Barry B. BREY Prentice Hall Designing Embedded Systems with PIC Microcontrollers , Principles and applications Tim Wilmshurst ELSEVIER Microcontrolador PIC16F84, Desarrollo de Proyectos. Enrique Palacios Alfaomega RA-MA

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CAPTULO 1

Introduccin al microprocesador Y a la computadora

OBJETIVOS DEL CAPTULO

1. Comunicarse adecuadamente usando trminos de cmputo como bit, byte, datos, sistema de memoria real, EMS (Sistema de Memoria Expandida), XMS (Sistema de Memoria Extendida), DOS, BIOS, E/S y otros.

2. Explicar brevemente la historia de la computadora y enumerar algunas aplicaciones de los sistemas de cmputo.

3. Ofrecer un panorama general de los diferentes miembros de las familias 80X86, Pentium y Pentium II.

4. Dibujar el diagrama de bloques de una computadora y explicar la funcin de cada bloque.

5. Describir la funcin del microprocesador y detallar su funcionamiento bsico.

6. Definir el contenido del sistema de memoria de la computadora personal

1.1 UNA SEMBLANZA HISTRICA LA ERA MECNICA La idea de hacer clculos usando una mquina se remonta al ao 500 a.C. cuando los babilonios inventaron el baco, la primera calculadora mecnica. El baco, usado ampliamente an en la actualidad, no fue superado sino hasta 1642, cuando el matemtico Blaise Pascal invent una calculadora construida con engranes y ruedas. Cada engrane tena diez dientes que, cuando daba una vuelta completa, haca avanzar un segundo engrane una posicin. ste es el mismo principio usado en el mecanismo del Tacmetro (odmetro) del automvil y es la base de todas las calculadoras mecnicas.

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A propsito, el lenguaje de programacin PASCAL se llama as en honor a Blaise Pascal, por su trabajo como pionero en matemticas y con la calculadora mecnica. La aparicin de las primeras mquinas mecnicas prcticas basadas en engranes, usadas para el cmputo de informacin, data del siglo xix, antes de que el hombre inventara la bombilla elctrica. El hombre soaba con mquinas que pudieran efectuar cmputos numricos con base en un programa y no simplemente obtener resultados numricos, como con una calculadora.

En 1937 se descubri, a travs de planos y revistas, que Charles Babbage fue uno de los pioneros de las mquinas mecnicas de cmputo, ayudado por Augusta Ada Byron, la Condesa de Lovelace. Babbage fue comisionado por la Real Sociedad Astronmica de Gran Bretaa en 1823 para elaborar una mquina calculadora programable. Esta mquina tendra que generar tablas de navegacin para la Marina Real. Babbage acept el reto y comenz a crear lo que llam su Mquina analtica. Esta mquina era una computadora mecnica que almacenaba 1000 nmeros decimales de 20 dgitos y un programa variable que poda modificar la funcin de la mquina para realizar diferentes tareas de clculo. La alimentacin de informacin se haca a travs de tarjetas perforadas. Se supone que Babbage obtuvo esta idea de Joseph Jacquard, un francs que usaba tarjetas perforadas para alimentar informacin a una mquina tejedora (es decir, la programaban) inventada por l en 1801. El telar de Jacquard utilizaba tarjetas perforadas para producir complicados patrones de tejido en la tela elaborada. Despus de muchos aos de trabajo, el sueo de Babbage empez a desvanecerse cuando se dio cuenta de que los mecnicos de su poca eran incapaces de crear las piezas requeridas para completar su creacin. La mquina analtica requera de ms de 50,000 partes mecnicas, que no podan ser elaboradas con la precisin suficiente como para permitir un funcionamiento confiable.

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LA ERA ELCTRICA El siglo XIX vio el surgimiento del motor elctrico (concebido por Michael Faraday); con l lleg una multitud de mquinas sumadoras movidas por motor, todas basadas en la calculadora mecnica desarrollada por Blaise Pascal. Estas calculadoras mecnicas impulsadas elctricamente fueron equipos de oficina comunes hasta el inicio de los aos setenta del siglo XX, cuando apareci la calculadora electrnica de mano, introducida primero por Bomar. Monroe fue tambin un pionero de las calculadoras electrnicas, pero sus mquinas eran modelos de escritorio, de cuatro funciones, y tenan el tamao de las cajas registradoras actuales. En 1889, Herman Hollerith desarroll la tarjeta perforada para el almacenamiento de datos. Aparentemente, al igual que Babbage, tom prestada la idea de Jacquard, pues cre una mquina mecnica (movida por un motor elctrico) que contaba, ordenaba y cotejaba informacin almacenada en tarjetas perforadas. Hollerith fue comisionado por el gobierno de Estados Unidos para utilizar su sistema de tarjetas perforadas para almacenar y tabular la informacin del censo de 1890. En 1896, Hollerith cre la Tabulating Machine Company, la cual desarroll una lnea de mquinas que funcionaban bajo el mismo principio. Despus de algunas fusiones, la Tabulating Machine Company e convirti en la International Bussines Machines Corporation, ahora ms conocida como IBM, Inc. (Las tarjetas perforadas utilizadas en computadoras son frecuentemente llamadas tarjetas Hollerith; el cdigo de 12 bits usado en una tarjeta perforada se llama cdigo Hollerith.) Las mquinas mecnicas movidas por motor elctrico dominaron el mundo del procesamiento de informacin hasta la construccin de la primera calculadora electrnica en 1941 por un inventor alemn llamado Konrad Zuse. Su computadora de clculo, la Z3, se utiliz en el diseo de aeronaves y misiles para el ejrcito alemn durante la Segunda Guerra Mundial. Si Zuse hubiera recibido el apoyo financiero adecuado por parte del gobierno alemn, muy probablemente habra desarrollado un sistema de cmputo mucho ms poderoso.

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Hoy Zuse finalmente recibe el reconocimiento por su trabajo en el rea de la electrnica digital, que comenz en los aos treinta, y por su sistema de cmputo Z3. Se ha descubierto recientemente (gracias a la publicacin de documentos militares britnicos, antes secretos) que la primera computadora electrnica fue puesta en funcionamiento en 1943 para descifrar cdigos militares alemanes. El primer sistema de cmputo electrnico, el cual usaba tubos al vaco (bulbos), fue inventado por Alan Turing. Turing llam a su mquina Colossus, probablemente a causa de su tamao. Un problema de la Colossus consista en que, a pesar de que su diseo permita descifrar cdigos militares alemanes generados por la mquina Enigma, no poda resolver otros problemas. Colossus no era programable, sino que era un sistema de cmputo con un programa fijo, lo cual en la actualidad se llama una computadora de propsito especfico. La primera computadora electrnica programable de propsito general fue desarrollada en 1946 en la Universidad de Pennsylvania. Esta primera computadora moderna se llamaba ENIAC (Electronics Numerical Integrator and Calculator). La ENIAC era una mquina enorme que contena ms de 17,000 bulbos y ms de 800 kilmetros de cables; pesaba ms de 30 toneladas y aun as realizaba solamente unas 100,000 operaciones por segundo. De todos modos, la ENIAC lanz al mundo hacia la era de las computadoras electrnicas. La ENIAC se programaba recableando sus circuitos; un proceso que tomaba varios das a muchos trabajadores. Los trabajadores cambiaban las conexiones elctricas sobre tableros de conexiones semejantes a los de los primeros telfonos. Otro problema de la ENIAC era la vida til de los bulbos, los cuales requeran de mantenimiento constante.

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Los hechos posteriores ms relevantes fueron los correspondientes al desarrollo del transistor en 1948 por los laboratorios Bell, seguido por la invencin del circuito integrado en 1958 por Jack Kilby de Texas Instruments. El circuito integrado condujo al desarrollo de circuitos digitales integrados ETL (lgica resistencia-transistor) en los aos sesenta y del primer microprocesador de Intel Corporation en 1971. En aquel entonces, Intel y uno de sus ingenieros, Marcian E. Hoff, desarrollaron el microprocesador 4004, el dispositivo que inici la revolucin del microprocesador que contina hoy en da a un ritmo cada vez ms acelerado. AVANCES EN PROGRAMACIN Una vez desarrolladas las mquinas programables, empezaron a aparecer los programas y lenguajes de programacin. Como ya se mencion, la primera computadora electrnica programable se programaba volviendo a cablear sus circuitos. Puesto que este mtodo result ser demasiado fastidioso para aplicaciones prcticas, en el inicio de la evolucin de los sistemas de cmputo comenzaron a aparecer lenguajes de programacin para poder controlarlos. El primero de estos lenguajes, lenguaje de mquina, se form con ceros y unos utilizando claves binarias almacenadas en la memoria de la computadora como grupos de instrucciones llamados programas. Este mtodo result ser ms eficiente que volver a cablear la mquina, pero aun as era extremadamente tardado desarrollar un programa debido al gran nmero de claves necesarias. La primera persona en desarrollar un sistema que aceptaba instrucciones y las almacenaba en memoria, fue el matemtico John von Neumann.

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A menudo las computadoras son llamadas mquinas de von Neumann en su honor (sin embargo, recuerde que Babbage ya haba desarrollado el concepto mucho antes). A principios de los aos cincuenta, una vez que las computadoras como la UNIVAC estaban disponibles, se utiliz el lenguaje ensamblador para simplificar la tarea de introducir en la computadora el cdigo binario correspondiente a las instrucciones. El ensamblador permiti al programador el uso de cdigos nemnicos (como ADD para la suma) en lugar de nmeros binarios como 01000111. Aunque el lenguaje ensamblador es una ayuda para la programacin, no fue sino hasta 1957 (cuando Grace Hopper desarroll el primer lenguaje de programacin de alto nivel llamado FLOW-MATIC) que las computadoras fueron ms fciles de programar. En el mismo ao, IBM desarroll el lenguaje FORTRAN (FORmula TRANslator) para sus sistemas de cmputo. FORTRAN permiti a los programadores desarrollar programas que usaban frmulas para resolver problemas matemticos (note que FORTRAN todava lo utilizan algunos cientficos para programar computadoras). Otro lenguaje similar presentado aproximadamente un ao despus que el FORTRAN, fue el ALGOL (ALGOrithmic Language). El primer lenguaje realmente exitoso y distribuido para aplicaciones de negocios fue el COBOL (Computer Business Oriented Language). Aunque el uso de COBOL ha disminuido en los ltimos aos, todava es muy utilizado en muchos sistemas empresariales grandes. Otro lenguaje de negocios muy popular en el pasado es RPG (Report Program Generator), el cual permite programar especificando la forma de entrada, salida y los clculos. Desde esos primeros das de la programacin, han aparecido ms lenguajes. Algunos de los ms comunes son el BASIC, C/C++, PASCAL y ADA. BASIC y PASCAL fueron diseados para la enseanza de programacin, pero

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han salido del saln de clases y son utilizados en muchos sistemas de cmputo; BASIC es probablemente el ms sencillo de aprender. Algunas estimaciones indican que el lenguaje BASIC se utiliza en el 80% de los programas para computadora personal escritos por usuarios. Recientemente, una nueva versin de BASIC, VISUAL BASIC, ha hecho ms fcil la programacin en el ambiente Windows. El lenguaje VISUAL BASIC podra tarde o temprano sustituir a C/C++ y a PASCAL. En la comunidad cientfica, C/C++ y (en algunas ocasiones) PASCAL aparecen como programas de control. Ambos lenguajes, especialmente C/C++, permiten al programador casi un completo control sobre el ambiente de programacin y el sistema de cmputo. En muchos casos, C/C++ est reemplazando a algunos de los programas de bajo nivel para control de la mquina, normalmente reservados para el lenguaje ensamblador. Aun as, el lenguaje ensamblador sigue desempeando un papel importante en la programacin. La mayora de los programas de videojuego escritos para mquinas personales estn escritos casi exclusivamente en lenguaje ensamblador. El lenguaje de mquina tambin es distribuido junto con C/C++ y PASCAL para realizar funciones de control de la mquina de manera eficiente. El lenguaje ADA, muy usado por el Departamento de Defensa de Estados Unidos, es llamado as en honor de Augusta Ada Byron, Condesa de Lovelace. La Condesa trabaj con Charles Babbage al principio del siglo XIX en el desarrollo de su Mquina analtica.

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LA ERA DEL MICROPROCESADOR El primer microprocesador del mundo, el Intel 4004, era de 4 bits; constaba de un controlador programable dentro de un chip. Direccionaba escasas 4096 localidades de memoria de 4 bits de ancho. (Una localidad de memoria de 4 bits de ancho a menudo se llama nibble.) El conjunto de instrucciones del 4004 constaba solamente de 45 instrucciones y fue fabricado con tecnologa MOSFET de canal P, que en aquel entonces representaba la vanguardia tecnolgica y permita la ejecucin de solamente 50 KIPs (miles de instrucciones por segundo). Esta velocidad era baja comparada con las 100,000 instrucciones por segundo ejecutadas por la computadora ENIAC de 30 toneladas, en 1946. La diferencia principal era que e1, 4004 pesaba mucho menos de una onza. En un principio abundaron las aplicaciones para este dispositivo. El microprocesador de 4 bits debut en los primeros sistemas de videojuego, calculadoras y en pequeos sistemas de control basados en el microprocesador. Uno de estos primeros videojuegos fue producido por Balley. Los principales problemas de este primer microprocesador fueron su velocidad, ancho de palabra y tamao de memoria. EL 4040 Posteriormente INTEL liber el 4040, una versin actualizada del 4004 anterior. El 4040 operaba a mayor velocidad, aunque careca de mejoras en el ancho de palabra y tamao de memoria. Otras compaas, particularmente Texas Instruments (TMS-1000), tambin produjeron microprocesadores de 4 bits. El microprocesador de 4 bits an sobrevive en aplicaciones poco exigentes como hornos de microondas y pequeos sistemas de control; La mayora de las calculadoras todava estn basadas en microprocesadores de 4 bits que procesan cdigos BCD (decimal codificado en binario) de 4 bits.

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El 8008 Al darse cuenta de que el microprocesador era un producto comercialmente viable, en 1971 INTEL puso a la venta el 8008, una versin extendida de 8 bits del 4004. El 8008 direccionaba una memoria mayor (16 KB, 1KB=1024bytes) y contena instrucciones adicionales (un total de 48) que ofrecan la oportunidad de aplicarlo en sistemas ms avanzados. A medida que los ingenieros desarrollaban aplicaciones ms exigentes para el microprocesador 8008, descubrieron que la pequea memoria, baja velocidad y conjunto de instrucciones limitaban su utilidad. El 8080 Intel reconoci estas limitaciones e introdujo el 8080 en 1973, el primero de los microprocesadores modernos de 8 bits. MC6800 Aproximadamente 6 meses despus, Motorola Corporation present su microprocesador MC6800. Esto activ el auge del 8080, y en un menor grado del MC6800, lo que dio inicio a la era del microprocesador. Muy pronto otras compaas presentaron sus propias versiones del microprocesador de 8 bits. La tabla 1-1 lista varios de estos primeros microprocesadores y sus fabricantes; de stos, slo Intel y Motorola continan creando con xito versiones nuevas y mejoradas. Zilog tambin lo hace, pero ha permanecido en un segundo plano, concentrndose en los microcontroladores y los controladores incrustados en lugar de los microprocesadores de propsito general.

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Rockwell prcticamente abandon el desarrollo de microprocesadores, para dedicarse a los circuitos de mdems. La participacin de Motorola en el mercado de microprocesadores disminuy de cerca del 50% a una parte mucho menor. QU TENA DE ESPECIAL EL 8080? El 8080 no slo poda direccionar ms memoria y ejecutar instrucciones adicionales, sino tambin las ejecutaba diez veces ms rpido que el 8008. Una suma que en el 8008 requera de 20 seg (50,000 instrucciones por segundo), necesitaba slo 2.0 seg (500,000 instrucciones por segundo) en un sistema basado en el 8080. Adems, el 8080 era compatible con la lgica TTL (lgica transistor-transistor), a diferencia del 8008 que no era directamente compatible. Esto permiti el establecimiento de interfaces ms sencillas y menos costosas. El 8080 tambin direccionaba 4 veces ms memoria (64 KB) que el 8008 (16 KB). Estas mejoras son las responsables de iniciar la era del 8080. A propsito, la primera computadora personal, la MITS Altair 8800, fue lanzada al mercado en 1974. (Observe que el nmero 8800 fue escogido probablemente para evitar violaciones de derecho de autor con Intel.) El intrprete del lenguaje BASIC escrito para la computadora Altair 8800 fue desarrollado por Bill Gates, el fundador de la empresa Microsoft Corp. El programa ensamblador para la Altair 8800 fue escrito por la compaa Digital Research Corporation, la cual produjo el primer sistema operativo (DR-DOS) para la computadora personal.

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EL MICROPROCESADOR 8085. En 1977, Intel Corporation present una versin actualizada del 8080: el 8085. ste sera el ltimo de los microprocesadores de propsito general de 8 bits desarrollados por Intel. A pesar de ser slo ligeramente ms avanzado que el 8080, el 8085 ejecutaba software a una velocidad aun mayor. Una suma que tomaba al 8080 2.0 seg (500,000 instrucciones por segundo), requera solamente de 1.3 seg (769,230 instrucciones por segundo) en el 8085. Las principales ventajas del 8085 fueron su generador interno de reloj, su controlador interno de sistema y una frecuencia de reloj ms alta. Este nivel mayor de integracin de componentes en el 8085 redujo su costo e increment su utilidad. Intel ha vendido ms de 100 millones de copias del microprocesador 8085, su microprocesador de 8 bits de propsito general de mayor xito. Dado que el 8085 es fabricado tambin (bajo licencias) por muchas otras compaas, existen ms de 200 millones de estos microprocesadores. Otra compaa que vendi 500 millones de microprocesadores de 8 bits es Zilog Corporation, que produjo el microprocesador Z-80. El Z-80 es compatible en lenguaje de mquina con el 8085, lo que significa que existen ms de 700 millones de microprocesadores que ejecutan cdigo 8085/Z-80 compatible! EL MICROPROCESADOR MODERNO En 1978, Intel liber el microprocesador 8086 y aproximadamente un ao despus, el 8088. Ambos dispositivos son microprocesadores de 16 bits, que ejecutaban instrucciones en tan slo 400 seg (2.5 MIPs o millones de instrucciones por segundo). Adems, el 8086 y 8088 direccionaban 1 MB de memoria, lo que era 16 veces ms memoria que el 8085. (1 MB = 1,048,576 bytes.)

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Esta velocidad de ejecucin y tamao de memoria mayores permitieron a los 8086 y 8088 reemplazar a las minicomputadoras de rendimiento relativamente bajo en muchas aplicaciones. Otra caracterstica de los 8086 y 8808 fue una pequea memoria cach (o cola) con instrucciones de 4 o 6 bytes que lea con antelacin algunas instrucciones antes de que fueran ejecutadas. Esta cola de instrucciones aceler la operacin de muchas secuencias de instrucciones y prob ser la base para las cachs con instrucciones mucho mayores encontradas en los microprocesadores modernos. El tamao incrementado de memoria y las instrucciones adicionales en el 8086 y 8088 dieron origen a muchas aplicaciones sofisticadas para microprocesadores. Las mejoras al conjunto de instrucciones incluan a la multiplicacin y la divisin, de las que carecan los microprocesadores anteriores. Adems, el nmero de instrucciones se increment de 45 en el 4004, a 246 en el 8085 y a ms de 2,000 variantes en los microprocesadores 8086 y 8088. Observe que estos microprocesadores se llamaban CISC (computadoras de conjunto complejo de instrucciones) por la cantidad y la complejidad de las instrucciones. Las instrucciones adicionales facilitaron el desarrollo de aplicaciones eficientes y sofisticadas, aunque al principio el gran nmero de instrucciones era abrumador y su aprendizaje requera mucho tiempo. Los microprocesadores de 16 bits tambin ofrecan mayor capacidad de almacenamiento en registros que los de 8 bits. Los registros adicionales permitan la escritura de software ms eficiente. Los microprocesadores de 16 bits evolucionaron principalmente debido a la necesidad de sistemas de mayor memoria. La popularidad de la familia Intel se consolid en 1981, cuando IBM decidi usar el microprocesador 8088 en su computadora personal. Aplicaciones como hojas de clculo electrnicas, procesadores de texto, correctores de ortografa y diccionarios basados en la computadora hacen uso intensivo de la

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memoria y por lo tanto requieren ms de los 64 KB proporcionados por los microprocesadores de 8 bits para lograr una ejecucin ms eficiente. Los microprocesadores 8086 y 8088 de 16 bits ofrecan 1 MB de memoria para dichas aplicaciones. Muy pronto, el sistema de memoria de 1 MB fue insuficiente para bases de datos grandes y otras aplicaciones. Esto llev a Intel a presentar en 1983 al microprocesador 80286, una versin actualizada del 8086. EL MICROPROCESADOR 80286. El microprocesador 80286 (tambin, con arquitectura de 16 bits) era prcticamente idntico a los 8086 y 8088, excepto porque direccionaba un sistema de memoria de 16 MB, en vez de uno de 1 MB. El conjunto de instrucciones del 80286 tambin era prcticamente idntico al de los microprocesadores 8086 y 8088, excepto por algunas instrucciones adicionales que administraban los 15 MB adicionales de memoria. La velocidad de reloj del 80286 era mayor, por lo que la versin original de 8.0 MHz ejecutaba algunas instrucciones en tan slo 250 seg (4.0 MIPs). Tambin se hicieron algunos cambios en la ejecucin interna de las instrucciones, lo que condujo a un incremento en la velocidad (por un factor de 8) para muchas instrucciones, en comparacin con el 8086 y 8088. EL MICROPROCESADOR DE 32 BITS. Las aplicaciones comenzaron a requerir mayores velocidades del microprocesador, ms memoria y rutas de datos ms anchas. Esto condujo a Intel Corporation a crear el 80386 en 1986. Este microprocesador represent una revisin mayor de la arquitectura de 16 bits de los procesadores 8086 al 80286.

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El 80386 fue el primer microprocesador prctico de 32 bits de Intel, e inclua un bus de datos y direccionamiento de memoria de 32 bits (Intel produjo con anterioridad un microprocesador de 32 bits, llamado iapx-432, el cual no tuvo xito). Por medio de esos buses de 32 bits, el 80386 direccionaba hasta 4 GB de memoria (1 GB de memoria contiene 1024 MB o 1,073,741,824 localidades). Una memoria de 4 GB puede almacenar la asombrosa cantidad de un milln de pginas de informacin de texto ASCII escrito a mquina a doble espacio. El 80386 estuvo disponible en algunas versiones modificadas: como el 80386SX, que direccionaba 16 MB de memoria a travs de un bus de datos de 16 bits y direccionamiento de 24 bits; el 80386SU80386SLC, que direccionaba 32 MB de memoria a travs de un bus de datos de 16 bits y direccionamiento de 25 bits. Una versin del 80386SLC contena una memoria cach interna que le permita procesar informacin a velocidades an mayores. En 1995 Intel liber el microprocesador 80386EX, al cual se le conoce como PC incrustada porque contiene todos los componentes de una computadora personal AT en un solo circuito integrado. El 80386EX tambin contiene 24 lneas para entrada y salida de informacin, un bus de direccionamiento de 26 bits, un bus de datos de 16 bits, un controlador de refresco para DRAM (memoria dinmica) y una lgica programable de seleccin de dispositivo. APLICACIONES Entre las aplicaciones que necesitan velocidades mayores del microprocesador y sistemas de memoria ms grandes, se incluyen los sistemas de software que utilizan una GUI (Interfaz Grfica de Usuario). Las pantallas modernas a menudo contienen 256,000 o ms pxeles (elementos de imagen). La menos sofisticada es la de tipo VGA (Matriz de Grficos de Vdeo) y tiene una resolucin de 640 pxeles por cada una de las 480 lneas de barrido.

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Para presentar una pantalla de informacin, es necesario cambiar cada elemento grfico, lo que requiere un microprocesador de alta velocidad. Muchos paquetes de software nuevos utilizan este tipo de interfaz de vdeo. Los paquetes basados en la GUI requieren altas velocidades de microprocesador y adaptadores de vdeo acelerados para una manipulacin rpida y eficiente de la informacin de texto y grficos. El sistema ms notorio que requiere una alta velocidad de clculo para su interfaz grfica de despliegue, es el Windows' de Microsoft Corporation. La interfaz grfica de usuario tiene un tipo de despliegue conocido como WYSIWYG (Lo Que Ve Es Lo Que Obtiene). El microprocesador de 32 bits es necesario por el ancho de su bus de datos, que transfiere nmeros reales (punto flotante de precisin sencilla) que requieren una memoria de 32 bits de ancho. Para procesar eficientemente los nmeros reales de 32 bits, el microprocesador debe transferirlos eficientemente entre s mismo y la memoria. Si los nmeros pasaran a travs de un bus de datos de 8 bits, le tomara cuatro ciclos de lectura o escritura; sin embargo, cuando pasan a travs de un bus de datos de 32 bits, slo requiere de un ciclo de lectura o escritura. Esto acelera significativamente cualquier programa que trabaje con nmeros reales. La mayora de los lenguajes de alto nivel, hojas de clculo electrnicas y sistemas de administracin de bases de datos, utilizan nmeros reales para almacenar la informacin. Los nmeros reales tambin son usados en paquetes de diseo grfico que utilizan vectores para trazar imgenes en la pantalla. stos incluyen los sistemas CAD (dibujo asistido por computadora), como el AutoCAD, ORCAD y otros. Adems de ofrecer velocidades de reloj mayores, el 80386 incluy una unidad de manejo de memoria que permita al sistema operativo asignar y administrar los recursos de memoria.

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Los microprocesadores anteriores dejaron la administracin de memoria completamente a cargo del software. El 80386 incluy circuitera especializada para la administracin y asignacin de memoria, lo que mejor su eficiencia y redujo la carga adicional del software. El conjunto de instrucciones del microprocesador 80386 segua siendo compatible con los anteriores 8086, 8088 y 80286. Algunas instrucciones adicionales usaban los registros de 32 bits y administraban el sistema de memoria. Observe que las instrucciones y tcnicas de administracin de memoria utilizadas por el 80286 tambin eran compatibles con el microprocesador 80386. Estas caractersticas permitan al software anterior de 16 bits operar con el microprocesador 80386. EL MICROPROCESADOR 80486. En 1989 Intel liber el microprocesador 80486, el cual inclua un microprocesador parecido al 80386, un coprocesador numrico parecido al del 80387 y un sistema de memoria cach de 8 KB en un solo empaque integrado. La estructura interna del 80486 fue modificada respecto a la del 80386 de manera tal que aproximadamente la mitad de las instrucciones eran ejecutadas en un ciclo de reloj, en lugar de dos. En virtud de que el 80486 estaba disponible en una versin de 50 MHz, aproximadamente la mitad de las instrucciones eran ejecutadas en 25seg (50 MIPs). El incremento promedio de velocidad para una mezcla tpica de instrucciones fue de aproximadamente el 50% en comparacin con el 80386 operando a la misma frecuencia de reloj. Versiones posteriores al 80486 ejecutaban instrucciones a velocidades an mayores, con una versin a 66 MHz de doble reloj (80486DX2). Esta versin ejecutaba instrucciones

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a la velocidad de 66 MHz, con transferencias de memoria que eran ejecutadas a 33 MHz (es por ello que este microprocesador fue llamado de doble reloj). Una versin de triple reloj de Intel, el 80486DX4, increment la velocidad de ejecucin interna a 100 MHz, con transferencias a memoria de 33 MHz. Note que el microprocesador 80486DX4 ejecutaba instrucciones aproximadamente a la misma velocidad que el Pentium de 60 MHz. Tambin contena una memoria cach expandida a 16 KB en vez de la cach estndar de 8KB de los microprocesadores 80486 anteriores. La compaa Advanced Micro Devices (AMD) produjo una versin de triple reloj que operaba con una velocidad de bus de 40 MHz y una velocidad de reloj de 120 MHz. El futuro promete microprocesadores que ejecuten instrucciones internas a velocidades de hasta 1 GHz o ms. Otras versiones del 80486 fueron llamadas procesadores "Overdrive"a. El procesador Overdrive en realidad fue una versin de doble reloj del 80486DX que sustituy a un 80486SX o a un 80486DX de menor velocidad. Cuando el procesador Overdrive se introduca en su base, deshabilitaba o sustitua al 80486SX o al 80486DX y operaba como una versin de doble reloj del microprocesador. Por ejemplo, si un 80486SX a 25 MHz era sustituido con un microprocesador Overdrive, ste operaba como un microprocesador 80486DX2 a 50 MHz con una velocidad de transferencia a memoria de 25 MHz. La tabla 1-2 muestra muchos de los microprocesadores producidos por Intel y Motorola con la informacin sobre su tamao de palabras y de memoria. Hay otras compaas que producen microprocesadores, pero ninguna ha alcanzado el xito de Intel y, en menor medida, de Motorola.

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EL MICROPROCESADOR PENTIUM. El Pentium, fabricado en 1993, era similar a los microprocesadores 80386 y 80486. Este microprocesador fue etiquetado originalmente como P5 80586, pero Intel decidi no usar un nmero ya que pareca imposible registrarlo como tal. Las dos versiones iniciales del Pentium operaban con una velocidad de reloj de 60 y 66 MHz, y tenan la capacidad de procesar 110 MIPs; contaban adems con una versin de 100 MHz y 1.5 veces la velocidad de reloj, que operaba a 150 MIPs. El Pentium de doble reloj que operaba a 120 y 133 y 233 MHz El tamao de la memoria cach se increment a 16 KB, a diferencia de la de 8 KB encontrada en la versin bsica del 80486. El Pentium contena una memoria cach de 8 KB para instrucciones y una de 8 KB para datos(para programas que manejan una gran cantidad de informacin de memoria) El sistema de memoria contena hasta 4 GB, con un ancho de bus de datos incrementado de los 32 bits encontrados en el 80386 y 80486, a 64 bits. La velocidad de transferencia del bus de datos era ya sea de 60 o 66 MHz, dependiendo de la versin del Pentium. (Recuerde que la velocidad de bus del 80486 era de 33 MHz.) Este bus de datos ms ancho permiti el uso de nmeros de punto flotante de doble precisin, utilizados para el moderno despliegue grfico de alta velocidad generado por vectores. Estas velocidades de bus mayores permitiran que el software de realidad virtual operara en forma ms realista en las plataformas actuales y futuras basadas en el Pentium.

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El ancho ampliado del bus de datos y la velocidad de ejecucin mayor del Pentium, permiten que los despliegues de vdeo a pantalla completa operen a velocidades de barrido de 30 Hz o ms; lo cual es comparable con la televisin comercial. Versiones ms recientes del Pentium tambin incluan instrucciones adicionales llamadas extensiones multimedia o instrucciones MMX. Aunque Intel esperaba que las instrucciones MMX fueran ampliamente usadas, parece que pocas compaas de software las han utilizado. Posteriormente Intel liber el esperado Pentium Overdrive (P24T) para sistemas anteriores basados en el 80486 que operan a velocidades de reloj de 63 o de 83 MHz. La versin de 63 MHz actualiza los anteriores sistemas 80486DX2 a 50 MHz; la versin de 83 MHz actualiza los sistemas 80486DX2 a 66MHz. El sistema actualizado a 83 MHz opera a una velocidad que oscila entre la del Pentium a 66 MHz y la del Pentium a 75 MHz. Si las tarjetas de vdeo basadas en el bus local VESA y los controladores de disco con memoria cach parecen ser demasiado caros para desecharlos, el Pentium Overdrive representa una ruta de actualizacin ideal del 80486 al Pentium. Probablemente la caracterstica ms ingeniosa del Pentium la constituyen sus dos procesadores independientes para enteros, gracias a los cuales puede ejecutar simultneamente dos instrucciones independientes entre s, lo que se conoce como tecnologa superescalar. Esto permite al Pentium ejecutar frecuentemente dos instrucciones por cada ciclo de reloj. Otra caracterstica que incrementa el rendimiento es una tecnologa de prediccin de saltos que acelera la ejecucin de programas que incluyen ciclos. Al igual que el 80486, el Pentium tambin utiliza un coprocesador interno de punto flotante para manipular informacin de este tipo, aunque con una mejora en velocidad de hasta cinco veces.

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Estas caractersticas aseguran un xito continuo para la familia de microprocesadores Intel. Tambin permitiran que el Pentium sustituyera a algunas de las mquinas RISC (computadoras con conjunto reducido de instrucciones) que actualmente ejecutan una instruccin por ciclo de reloj. Algunos procesadores RISC recientes ejecutan ms de una instruccin por ciclo de reloj, por medio de la tecnologa superescalar. Recientemente, Motorola, Apple e IBM produjeron el PowerPC, un microprocesador RISC que tiene dos unidades de ejecucin de enteros y una unidad de punto flotante. El PowerPC en verdad incrementa el rendimiento de la Apple Macintosh, pero en la actualidad sigue siendo lento para emular a la familia de microprocesadores Intel. Las pruebas realizadas indican que el software de emulacin actual ejecuta las aplicaciones de DOS y Windows a una velocidad menor que un microprocesador 80486SX a 25 MHz. Actualmente existen seis millones de computadoras Apple Macintosh' y ms de 260 millones de computadoras personales basadas en microprocesadores Intel. Segn reportes de 1998, el 96% de todas las PCs corran el sistema operativo Windows. Con la finalidad de comparar la velocidad de varios microprocesadores, Intel desarroll el ndice iCOMP. ste es una mezcla de los ndices SPEC92, ZD Bench y Power Meter. El iCOMP1 e utiliz para medir la velocidad de los microprocesadores Intel hasta el Pentium. La figura 1-1 muestra las velocida des relativas de la versin 80386DX a 25 MHz bsica hasta la versin del Pentium a 233 MHz en la parte superior del espectro.

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Desde la liberacin del Pentium Pro y el Pentium II, Intel ha cambiado al uso del ndice iCOMP2, que est escalado por un factor de 10 en comparacin con el ndice iCOMP1 (un microprocesador con un ndice de 1000 usando el iCOMPI se tabula como uno de 100 en el iCOMP2). Otra diferencia son los marcadores utilizados para la puntuacin. La figura 1-2 muestra el ndice iCOMP2 que incluye al Pentium 11 a una velocidad de hasta 400 MHz.

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PROCESADOR PENTIUM PRO. Anteriormente tena el nombre de microprocesador P6. El Pentium Pro contiene 21 millones de transistores, tres unidades para enteros, as como una unidad de punto flotante para mejorar el rendimiento de la mayora del software. Las velocidades bsicas de reloj eran de 150 y 166 MHz en la emisin inicial, que estaba disponible desde fines de 1995. Adems de la memoria cach interna de primer nivel (L1) de 16 KB (8 KB para datos y 8 KB para instrucciones), el procesador Pentium Pro tambin contiene una memoria cach de segundo nivel (L2) de 256 KB. Otro cambio importante es que utiliza 3 mquinas de ejecucin, de modo que puede ejecutar tres instrucciones a la vez. Esto representa un cambio respecto del Pentium, el cual ejecuta dos instrucciones simultneamente; El microprocesador Pentium Pro ha sido optimizado para ejecutar cdigo de 32 bits de manera eficiente; por esta razn es usado con frecuencia con Windows NT en lugar de versiones normales de Windows 95. Intel lanz el procesador Pentium Pro pensando en el mercado de servidores. Un cambio adicional ms es que el Pentium Pro puede direccionar tanto un sistema de memoria de 4 GB, como uno de 64 GB. El Pentium Pro tiene un

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bus de direccin de 36 bits cuando est configurado para un sistema de memoria de 64 GB. MICROPROCESADORES PENTIUM 11. Liberado en 1997, En lugar de ser un circuito integrado como las versiones anteriores del microprocesador, Intel ha colocado al Pentium II en una pequea tarjeta de circuito impreso. La razn principal para este cambio es que la memoria cach L2 que se encontraba en la tarjeta principal del Pentium no era suficientemente rpida como para justificar un nuevo microprocesador. En el sistema Pentium, la memoria cach L2 trabaja a la velocidad del bus del sistema, a 60 o 66 MHz. La memoria cach L2 y el microprocesador se encuentran en una tarjeta de circuito impreso, llamada mdulo Pentium II. Esta memoria cach L2 montada en la misma tarjeta que el procesador, trabaja a una velocidad de 133 MHz y almacena 512 KB de informacin. El microprocesador del mdulo Pentium II es en realidad un Pentium Pro con extensiones MMX, el cual no tiene memoria cach L2 interna. En 1998, Intel cambi la velocidad del bus del Pentium II. Debido a que los microprocesadores Pentium II de 266 a 333 MHz usaban una velocidad externa de bus de 66 MHz, se creaba un cuello de botella, por lo que los microprocesadores Pentium II ms recientes usan ahora una velocidad de bus de 100 MHz. Los microprocesadores Pentium II de 350, 400 y 450 MHz usan todos esta velocidad mayor de bus de memoria de 100 MHz. Este bus de memoria ms rpido requiere el uso de una SDRAM (RAM dinmica sincrnica) de 8 nseg, en lugar de la SDRAM de 10 nseg que se usa en el bus de 66 MHz. A mediados de 1998, Intel anunci una nueva versin del Pentium II llamada Xeon, que fue especficamente diseado para aplicaciones en estaciones de trabajo y servidores de alto rendimiento.

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La diferencia principal entre el Pentium II y el Pentium II Xeon radica en que el Xeon est disponible con una memoria cach L1 de 32 KB y una cach L2 ya sea de 512 K, 1 o 2 MB. El Xeon opera con el conjunto de chips 440GX y est diseado para trabajar con cuatro procesadores Xeon en el mismo sistema; caracterstica que es similar al Pentium Pro. Este producto ms reciente representa un cambio en la estrategia de Intel: Intel ahora produce una versin profesional y una versin para casa u oficina del microprocesador Pentium 11. EL FUTURO DE LOS MICROPROCESADORES. Se espera que el xito de la familia Intel deber continuar por bastantes aos. Lo que puede ocurrir es una migracin a la tecnologa RISC, pero es ms probable un cambio a una nueva tecnologa, desarrollada conjuntamente por Intel y Hewlett-Packard. Esta nueva tecnologa seguir incorporando el conjunto de instrucciones CISC de la familia de microprocesadores 80X86, de tal forma que el software existente para el sistema sobrevivir. La premisa bsica detrs de esta tecnologa es que muchos microprocesadores podrn comunicarse entre s en forma directa, permitiendo el procesamiento paralelo sin ningn cambio al conjunto de instrucciones o al programa. Actualmente, la tecnologa superescalar utiliza muchos microprocesadores, pero todos ellos comparten el mismo conjunto de registros. Esta nueva tecnologa, contendr muchos microprocesadores, cada uno con su propio conjunto de registros que est articulado con los registros de los dems microprocesadores. Esta tecnologa debera ofrecer verdadero procesamiento paralelo sin la necesidad de escribir un programa especial.

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Intel planea presentar una nueva arquitectura de microprocesadores con 64 bits de ancho y un bus de datos de 128 bits. Esta nueva arquitectura, cuyo nombre clave es Merced, es una iniciativa conjunta de Intel y Hewlett-Packard, llamada EPIC (Instrucciones explcitas de procesamiento paralelo). La arquitectura Merced permite un mayor paralelismo que las arquitecturas tradicionales, como las del Pentium Pro o Pentium II. Estos cambios incluyen 128 registros para enteros de propsito general, 128 registros de punto flotante, 64 registros de predicados y muchas unidades de ejecucin que garanticen recursos suficientes para el software. La figura 1-3 muestra la estructura interna de los microprocesadores 80486, Pentium, Pentium Pro y Pentium 11. Cada vista de estos microprocesadores: la CPU (Unidad Central de Procesamiento), el coprocesador y la memoria cach. La ilustracin muestra la complejidad y nivel de integracin en cada versin del microprocesador.

TAREA INVESTIGAR: Tabla comparativa PI, PII, PIII, PIV Resea evolucin de la Mac Power PC. Pelicula : Los piratas del Valle del silicio comentarios 1 Hoja.

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1.2 EL SISTEMA PERSONAL DE CMPUTO BASADO EN MICROPROCESADORES Los costosos sistemas de cmputo tipo mainframe desarrollados a principio de los ochentas, no son tan poderosos como las computadoras actuales basadas en los microprocesadores 80486, Pentium, Pentium Pro o Pentium 11. De hecho, muchas compaas pequeas estn sustituyendo sus computadoras mainframe por sistemas basados en microprocesadores. Compaas tales como DEC (Digital Equipment Corporation) han dejado de producir mainframes para concentrar sus recursos en sistemas basados en microprocesadores. La figura 1-4 muestra el diagrama de bloques de una computadora personal. Este diagrama tambin es aplicable a cualquier sistema de cmputo, desde las primeras computadoras mainframe hasta los sistemas ms recientes basados en microprocesadores.

Tarea: Super computadora, minicomputadora, computadora, microcomputadora.

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LA MEMORIA Y EL SISTEMA DE ENTRADA /SALIDA (E/S) La estructura de memoria de todos los sistemas Intel, desde el 80X86 al Pentium II, es similar. Desde las primeras computadoras personales basadas en el 8088, presentadas en 1981 por IBM, como a las versiones ms poderosas y de alta velocidad basadas en el Pentium 11. La figura 1-5 muestra el mapa de memoria de un sistema personal de cmputo. Este mapa se aplica a cualquier computadora IBM o a cualquiera de los muchos clones compatibles con IBM que existen. El sistema de memoria est dividido en tres partes principales: El TPA (rea de Programas Temporales), el rea de sistema y el XMS (Sistema de Memoria Extendida). El tipo de microprocesador en su computadora determina si existe un sistema de memoria extendida. Si la computadora se basa en los antiguos 8086 u 8088 (PC o XT ), tanto el TPA como el rea de sistema existen, pero no hay un rea de memoria extendida. Las PC y XT contienen: 640 KB de TPA y 384 KB de memoria de sistema para un total de 1 MB de memoria. El primer megabyte de memoria se conoce frecuentemente como sistema de memoria real o convencional, debido a que cada microprocesador Intel est diseado para operar en esta rea utilizando el modo de operacin real.

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Los sistemas de cmputo basados en el 80286 y hasta el Pentium II, no slo contienen el TPA (640 KB) y un rea de sistema (384 KB), sino que tambin contienen una memoria extendida. Estas mquinas a menudo son llamadas de clase AT. Las computadoras PS/1 y PS/2 producidas por IBM, son otras versiones del mismo diseo bsico de memoria. La PS/2 se conoce como sistema de arquitectura de microcanal. BUSES Se tiene el bus PCI (Interconexin de Componentes Perifricos) en casi todos los sistemas del Pentium al Pentium 11: La memoria extendida contiene hasta 15 MB en la computadora basada en el 80286 y 80386SX, y hasta 4095 MB en los microprocesadores 803861)X, 80486 y Pentium, adems del primer megabyte de memoria real o convencional. Observe que cada uno de estos buses es compatible con las versiones anteriores. Es decir, las tarjetas de interfaz de 8 bits funcionan con el bus ISA de 8 bits, ISA de 16 bits o EISA de 32 bits. De la misma forma, una tarjeta de interfaz de 16 bits funciona en el sistema ISA de 16 bits o EISA de 32 bits. Otra clase de bus encontrado en muchas computadoras basadas en el 80486 es el bus local VESA, bus VL. El bus local establece la interfaz del disco y el vdeo con el microprocesador al nivel del bus local, lo que permite que las interfaces de 32 bits operen a la misma velocidad de reloj que el microprocesador. Los estndares de bus ISA y EISA funcionan a slo 8 MHz, lo que reduce el rendimiento de las interfaces de vdeo y de disco que usan dichos estndares. El bus PCI es ya sea un bus de 32 bits o de 64 que est especficamente diseado para operar con los microprocesadores Pentium hasta Pentium 11 a una velocidad de bus de 33 MHz. En los sistemas ms recientes, han aparecido dos buses nuevos.

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El primero en aparecer fue el USB (Bus Serial Universal). Este bus tiene por objeto conectar dispositivos perifricos como teclados, ratones, mdems y tarjetas de sonido al microprocesador por medio de un enlace de datos serial y un par de cables trenzados. La idea principal es reducir el costo del sistema reduciendo del nmero de cables. Otra ventaja es que el sistema de sonido puede tener una fuente de alimentacin independiente de la PC, lo que significa mucho menos ruido. Las velocidades de transferencia de datos a travs del USB son de 10 Mbps (USB1) a 300 Mbps (USB2)

Un segundo bus es el AGP (Puerto Acelerado de Grficos) para

tarjetas de vdeo. El puerto acelerado de grficos transfiere informacin entre la tarjeta de vdeo y el microprocesador a velocidades mayores (66 MHz con una trayectoria de datos de 64 bits, o 533 MB por segundo) Este cambio en el subsistema de vdeo permiti trabajar con los nuevos reproductores de DVD para PC.

El TPA. El rea de programas temporales almacena al sistema operativo DOS y otros programas que controlan al sistema de cmputo. El DOS (Sistema operativo de disco) controla la manera en que es organizada y controlada la memoria de disco, as como las funciones y el control de algunos dispositivos de E/S conectados al sistema. Windows tambin realiza estas funciones para aplicaciones basadas en Windows. La figura 1-6 muestra la organizacin del TPA en un sistema de cmputo. El BIOS (Sistema Bsico de Entrada/Salida) BIOS del sistema es un conjunto de programas almacenados ya sea en una memoria de lectura (ROM) o en una memoria flash que controla muchos de los dispositivos de E/S conectados a su computadora.

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Observe que la memoria flash es una EEPROM (Memoria de slo lectura borrable elctricamente) que el sistema borra por medio de impulsos elctricos, mientras que una ROM es un dispositivo que debe ser programado en una mquina especial que se llama programador de EPROM (Memoria programable/borrable de slo lectura) o en la fbrica al momento de elaborar la ROM.

Las reas de comunicaciones del BIOS y DOS contienen informacin temporal que los programas utilizan para acceder a los dispositivos de E/S y a las caractersticas internas de la computadora.

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Note que el TPA contiene memoria de lectura/escritura (llamada RAM o memoria de acceso aleatorio), la cual puede cambiar durante la ejecucin de un programa. El programa IO.SYS se carga en el TPA desde un disco cada vez que el sistema MSDOS o PCDOS inicia. El IO.SYS contiene programas que permiten al DOS utilizar el teclado, el despliegue de vdeo, la impresora y otros dispositivos de E/S que a menudo se encuentran en un sistema de cmputo. El programa IO.SYS enlaza el DOS con los programas almacenados en la memoria ROM del BIOS del sistema. Los controladores de dispositivos son programas que controlan dispositivos de E/S como el ratn, la memoria cach de disco, el escner de mano, la memoria CD-ROM (Memoria de Slo Lectura en Disco Compacto), el DVD (Disco Digital Verstil) o los dispositivos instalables, as como los programas. El tamao del rea de controladores y el nmero de stos varan de una computadora a otra. Los controladores instalables son programas que controlan o manejan los dispositivos o programas que son agregados a la computadora. Se trata normalmente de archivos que poseen la extensin SYS (como MOUSE.SYS); en las versiones 3.2 y posteriores del DOS, los archivos tienen la extensin EXE (como EMM386.EXE). Windows utiliza un archivo llamado SYSTEM.INI para cargar sus controladores. Y contienen un registro que guarda la informacin del sistema y sus controladores. Usted puede examinar el registro por medio del programa REGEDIT. El programa COMMAND.COM (procesador de comandos) controla el funcionamiento de la computadora desde el teclado cuando sta opera en modo DOS. El programa COMMAND.COM procesa los comandos del DOS conforme van siendo escritos desde el teclado.

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El rea libre del TPA almacena los programas de aplicacin del DOS mientras son ejecutados. Estos programas de aplicacin incluyen procesadores de texto, hojas electrnicas de clculo, programas de diseo asistido por computadora y otros. El TPA tambin almacena los programas del tipo TSR (residente en memoria), los cuales permanecen en memoria en estado inactivo hasta que son llamados por una tecla de mtodo abreviado u otro evento como una interrupcin. EL REA DEL SISTEMA. El rea del sistema, aunque ms pequea que el TPA, es igual de importante. El rea de sistema contiene programas ya sea en ROM o en memoria flash, as como reas de RAM de lectura/escritura para almacenamiento de datos. La figura 1-7 muestra el rea de sistema de una computadora tpica. Manejo del Vdeo La primer rea del espacio del sistema contiene memoria RAM para despliegue de vdeo, as como programas de control de vdeo en ROM o memoria flash. Esta rea empieza en la localidad A0000H y se extiende hasta C7FFFH. Algunas tarjetas de vdeo ms recientes reubican la memoria en reas ms altas del sistema de memoria, para su uso con el sistema operativo Windows. Las tarjetas de vdeo en algunas computadoras utilizan las localidades de memoria E180000OH y E2FFFFFFH con Windows para extender su memoria de vdeo.

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El BIOS de vdeo, ubicado en una memoria ROM o flash, se encuentra en las localidades desde COOOOH hasta C7FFFH y contiene programas que controlan el despliegue de vdeo en el sistema operativo DOS. ROM para disco duro Si la computadora tiene conectado un disco duro, la tarjeta de interfaz podra contener una ROM y un BIOS de disco. Esta ROM, que frecuentemente se encuentra en los discos duros antiguos tipo MFM o RLL, contiene software de bajo nivel para establecer el formato del disco en la localidad C8005H. rea libre El rea comprendida entre la localidad C8000H y la DFFFFH a menudo est libre. sta se utiliza para los sistemas de memoria expandida (EMS) en un sistema PC o XT, o para el sistema de memoria alta en un sistema AT. ROM del BASIC Las localidades de memoria de la EOOOOH a la EFFFFH contienen el lenguaje BASIC en ROM encontrado en los primeros sistemas personales de cmputo de IBM. En las computadoras ms recientes esta rea a menudo se encuentra abierta o libre. ROM del BIOS Finalmente, la ROM del BIOS del sistema se localiza en los ltimos 64 KB del rea de sistema (FOOOOH a FFFFFH). Esta ROM controla la operacin de los dispositivos bsicos de E/S conectados a la computadora; no controla la operacin del sistema de vdeo, el cual tiene su propia ROM de BIOS en la localidad COOOOH. La primera parte del BIOS del sistema (F0000H a F7FFFH) a menudo contiene los programas que configuran la computadora; la segunda parte contiene los procedimientos que controlan al sistema bsico de E/S.

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Espacio de E/S. El espacio de E/S (entrada/salida) del sistema de cmputo se extiende desde el puerto de E/S OOOOH hasta el puerto FFFFH (una direccin de puerto de E/S es similar a una direccin de memoria, salvo que en vez de direccionar memoria, direcciona un dispositivo de E/S). Los dispositivos de E/S permiten al microprocesador comunicarse con el mundo exterior. El espacio de E/S permite a la computadora acceder a hasta 64 KB con dispositivos diferentes de 8 bits. En la mayora de las computadoras ms recientes hay un gran nmero de estas localidades disponibles para expansin. La figura 1-9 muestra el mapa de E/S que se encuentra en muchos sistemas personales de cmputo. El rea de E/S contiene dos secciones principales: El rea por debajo de la localidad de

E/S 0400H se considera reservada para los dispositivos del sistema

El rea restante es espacio de E/S disponible para expansin de los sistemas ms recientes y se extiende desde el puerto de E/S 0400H hasta el FFFFH.

Algunas de las tarjetas madres de las computadoras ms recientes tambin pueden utilizar direcciones arriba de la 0400H. Comnmente, las direcciones de E/S entre la 0000H y la OOFFH direccionan componentes de la tarjeta madre de la computadora, mientras que las direcciones entre la 0100H y la 03FFH direccionan dispositivos ubicados en las tarjetas de expansin.

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Hay varios dispositivos de E/S con control sobre el funcionamiento del sistema que no son diseccionados en forma automtica. En su lugar, la ROM del BIOS del sistema direcciona a estos dispositivos bsicos, cuya ubicacin y funcin puede variar ligeramente de una computadora a otra. El acceso a la mayora de los dispositivos de E/S deber realizarse siempre a travs de llamadas a funciones del DOS o del BIOS para mantener la compatibilidad de un sistema de cmputo con otro. El mapa de la figura 1-9 sirve de gua para ilustrar el espacio de E/S en el sistema. EL SISTEMA OPERATIVO DOS El sistema operativo es el programa que controla a la computadora. El sistema operativo Windows, que contiene al DOS, se encuentra instalado en la gran mayora de las computadoras personales. El sistema operativo es almacenado en: un disco flexible, un disco duro, en un volumen de una LAN (red de rea local), en una ROM Algunos sistemas que utilizan Windows CE como sistema operativo tambin lo almacenan en una ROM. Un ejemplo es la computadora personal de Tandy Corporation. Cada vez que la computadora se enciende o es inicializada, el sistema operativo es ledo desde el disco o la LAN. Llamamos a esta operacin inicializacin del sistema. Una vez que el DOS ha sido ledo e instalado en memoria, ste controla la operacin de:

Sistema de cmputo, De sus dispositivos de E/S y De los programas de aplicacin.

La primera tarea del DOS despus de ser cargado en memoria es usar el archivo CONFIG.SYS . Este archivo especifica varios controladores que son cargados en memoria, configurando la mquina para su operacin bajo control del DOS.

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Observe que este archivo no define la operacin de Windows, la cual est definida en su propio archivo de registros. AUTOEXEC.BAT . Una vez que el sistema operativo concluye su configuracin, de acuerdo con lo indicado por el archivo CONFIG.SYS, la computadora ejecuta el archivo AUTOEXEC.BAT (lote de ejecucin automtica). Si este archivo no existe, la computadora solicita la hora y fecha. El ejemplo 1-2 muestra un ejemplo de un archivo tpico. El archivo AUTOEXEC.BAT contiene los comandos que se ejecutan al momento de encender la computadora; y son los mismos que se especifican desde el teclado, pero el archivo AUTOEXEC.BAT nos ahorra este trabajo cada vez que la computadora se enciende. Aun los sistemas que operan con Windows contienen a menudo un archivo AUTOEXEC.BAT para establecer diversas etiquetas y trayectorias para aplicaciones del DOS que a menudo siguen existiendo. EL MICROPROCESADOR Algunas veces llamado CPU (unidad central de procesamiento), el microprocesador es el elemento de control del sistema de cmputo. El microprocesador controla la memoria y la E/S a travs de una serie de conexiones llamadas buses.

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Los buses Seleccionan un dispositivo de E/S o de memoria, Transfieren informacin entre estos dispositivos y el microprocesador, y controlan los sistemas de E/S y memoria.

El microprocesador realiza tres tareas principales para el sistema de cmputo:

1) Transferencia de datos entre l mismo y la memoria o sistema de E/S; 2) Operaciones lgicas y aritmticas simples, y 3) Control de flujo del programa por medio de decisiones simples.

El poder del microprocesador radica en su capacidad para ejecutar miles de millones de instrucciones por segundo provenientes de un programa o software (grupo de instrucciones) almacenado en el sistema de memoria. Este concepto de programa almacenado convirti a las computadoras y a los microprocesa dores en dispositivos muy poderosos (recuerde que Babbage tambin quera utilizar el concepto de programa almacenado en su Mquina analtica). La tabla 1-3 muestra las operaciones lgicas y aritmticas ejecutadas por la familia de microprocesadores de Intel. Estas operaciones son bsicas, pero a travs de ellas es posible resolver problemas muy complejos. Los datos son procesados desde el sistema de memoria o los registros internos; los formatos son variables e incluyen un byte (8 bits), una palabra (16 bits) y una palabra doble (32 bits). Es importante considerar que solamente los microprocesadores del 80386 al Pentium II manejan directamente nmeros de 8, 16 y 32 bits; los anteriores, del 8086 al 80286, manejaban directamente nmeros de 8 y 16 bits.

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A partir del 80486, el microprocesador contena un coprocesador numrico que le permita realizar operaciones aritmticas complejas utilizando la notacin de punto flotante. El coprocesador numrico, que es similar al chip de una calculadora, constitua una componente adicional en las computadoras basadas en los microprocesadores 8086 al 80386. Otra caracterstica que hace poderoso al microprocesador es su capacidad para tomar decisiones simples basadas en hechos numricos. Por ejemplo, un microprocesador puede decidir si un nmero es cero, si es positivo, etc. Estas decisiones simples permiten al microprocesador modificar el flujo del programa, de manera que los programas parecen razonar por medio de estas decisiones simples. La tabla 1-4 muestra las capacidades de toma de decisiones de los microprocesadores de la familia Intel.

BUSES. Un bus es un conjunto de conductores comunes que interconectan componentes en un sistema de cmputo. En el sistema de cmputo basado en el microprocesador, existen tres buses para esta transferencia de informacin: el bus de direcciones, el de datos y el de control.

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La figura 1-10 muestra cmo estos buses interconectan varios componentes del sistema, como el microprocesador, la RAM (memoria de lectura/escritura), la ROM (memoria de slo lectura) y algunos pocos dispositivos de E/S.

El bus de direcciones solicita a la memoria una localidad de memoria o a los dispositivos de E/S una localidad de E/S. Si la E/S es direccionada, el bus de direcciones contiene una direccin de E/S de 16 bits entre OOOOH y FFFFH. La direccin de E/S de 16 bits, o nmero de puerto, selecciona uno de 64 K dispositivos diferentes de E/S. Si la memoria es direccionada, el bus de direcciones contiene una direccin de memoria, la cual vara en ancho de una versin del microprocesador a otra. El bus de datos transfiere informacin entre el microprocesador y su espacio de direccionamiento de memoria y E/S. Las transferencias de datos varan en tamao, desde 8 hasta 64 bits.

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Microprocesador

Tamao de Memoria

Ancho de los buses de

Datos y Direccin

Localidades Mnima Mxima

8086 1MB 16 20 0 0000H F FFFFH. 8088 1MB 8 20 80186 1MB 16 20 80188 1MB 8 20 80286 16 MB 16 24 00 0000H - FF FFFFH. 80386SX 16 MB 16 24 80386DX 4 GB 32 32 0000 0000H - FFFF FFFFH. 80386EX 64 MB 16 26 00 0000H - FF FFFFH. 80486 4 GB 32 32 0000 0000H - FFFF FFFFH.

Pentium 4 GB 64 32 Pentium OverDrive

4 GB 32 32

Pentium Pro 4 GB 64 32 Pentium Pro 64 GB 64 36 0 0000 0000H - F FFFF

FFFFH Pentium II 4 GB 64 32 0000 0000H - FFFF FFFFH. Pentium II 64 GB 64 32 0 0000 0000H - F FFFF

FFFFH

La ventaja de un bus de datos ms ancho es la velocidad de las aplicaciones que utilizan formatos de datos grandes. Por ejemplo, si la memoria almacena un nmero de 32 bits, el microprocesador 8088 requiere 4 operaciones de transferencia para concluir, ya que su bus de datos es de slo 8 bits de ancho. El 80486 realiza la misma tarea en una sola transferencia, ya que su bus de datos es de 32 bits de ancho. En todos los miembros de la familia, la memoria est numerada por byte.

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El bus de control contiene lneas que seleccionan ya sea a la memoria o la E/S y que ocasionan que stas efecten una operacin de lectura o escritura. En la mayora de los sistemas de cmputo existen 4 lneas del bus de control:

MRDC (control de lectura de memoria), MWTC (control de escritura de memoria), IORC (control de lectura de E/S) IOWC (control de escritura de E/S).

Observe que la raya encima de los caracteres indica que la seal de control est activa en cero (active-low) ; esto es, se encuentra activa cuando un cero lgico aparece en la lnea de control. Practica Investigar: (forma fsica , seales, protocolos) El puerto serial El puerto Paralelo