Hardware

El ordenador es la herramienta necesaria para hacer uso de las tecnologías de la información y la comunicación (TIC). Es una máquina electrónica con una memoria de gran capacidad y de programas para el tratamiento de la información, capaz de resolver, por ejemplo, problemas aritméticos y lógicos a gran velocidad y con una gran fiabilidad gracias a la utilización automática de los programas almacenados en la memoria.

Las diferentes operaciones que realiza un ordenador se basan en la recepción de datos, procesamiento de los datos en base a unas instrucciones dadas y salida de la información, así como en su almacenamiento. Para ello se necesitan unos elementos, cada uno de los cuales se encarga de una operación específica:

• Entrada de datos desde los dispositivos de entrada que proporcionan una manera de comunicarse con el ordenador (teclado, escáner, ratón, micrófono, etc.).
• Procesamiento de los datos en el interior del ordenador. La CPU (Unidad Central de Proceso) o microprocesador tiene como misión procesar (organizar, almacenar y transformar) los datos que le llegan a través de los dispositivos de entrada.
• Salida de la información desde los dispositivos de salida que son los encargados de mostrar los resultados de los procesos realizados por la CPU (monitor, impresora, etc.).
• Almacenamiento de la información, utilizando para ello la memoria del ordenador y los dispositivos de almacenamiento (disco duro, CD-ROM, etc.).

El conjunto de componentes o dispositivos físicos conectados entre sí que forman el ordenador se denomina HARDWARE (HW). Es la parte física y tangible de la computadora, la máquina en sí, el conjunto de circuitos electrónicos, cables, carcasas y otros elementos físicos que componen el sistema informático (CPU, monitor, teclado, ratón, impresora, memoria, entre otros). Pero, el hardware por sí solo no hace que una máquina funcione; es necesario, además, instalar un software adecuado. Las instrucciones que hacen posible el funcionamiento y el uso del ordenador, es decir, el soporte lógico o los programas, constituye el SOFTWARE (SW).

Al ordenador (la torre) llegan cables procedentes de otros aparatos y del que salen cables hacia otros dispositivos. Estos cables sirven para intercambiar información entre los dos grupos de elementos físicos necesarios para el funcionamiento y uso del ordenador, que son, los dispositivos externos o periféricos, y el ordenador o la unidad central.

Unidad central

La unidad central contiene la mayoría de los componentes electrónicos del ordenador, los cuales son responsables de la ejecución de los programas y de la comunicación con los dispositivos conectados a ella. Es la caja metálica que contiene en su interior los elementos principales del ordenador, que son:

Fuente de alimentación

Se encarga de suministrar la energía eléctrica necesaria para que todo funcione, transformando la tensión que llega de la red eléctrica (220V señal alterna) a 5V y 12V de tensión continua (que es lo que el ordenador internamente necesita para funcionar), dependiendo del tipo de ordenador, y de distribuirla al resto de los componentes. Lleva un ventilador para disipar el calor generado.

Buses y clemas

Los buses se encargan de transportar los datos. Son los "caminos" por los que fluye la información entre dos o más dispositivos. Su calidad depende del número de bits que pueden fluir al mismo tiempo y de la velocidad con la que lo hagan. Las clemas transportan la corriente eléctrica a los dispositivos internos para que funcionen.

Tarjetas controladoras (gráfica, de sonido, de red...) 

Son circuitos impresos que se encargan de gestionar la comunicación entre un periférico y el ordenador. Se utilizan para funciones específicas como reproducir sonido o generar gráficos. La tarjeta gráfica, por ejemplo, se encarga de conseguir que en la pantalla del monitor aparezcan los gráficos y los caracteres. El rendimiento dependerá de la calidad de la tarjeta.

Las funciones que desempeñan estas tarjetas son:

(1) conversión de datos de paralelo a serie en dispositivos de salida y a la inversa en los de entrada;

(2)  sincronización de las velocidades del ordenador y el periférico, que suele ser mucho más lento;

(3) identificación del periférico que debe intervenir en el tráfico de datos en cada momento.


Disco duro
Es el dispositivo en el que se almacenan los programas y los datos de forma masiva, por lo que considera como periférico o dispositivo de almacenamiento.

 

 Está compuesto por varios elementos, entre los que cabe destacar:

Dado que las capacidades de los discos actuales son muy elevadas, un disco duro puede tener varias divisiones lógicas del espacio de almacenamiento llamadas particiones. Una partición de disco es el nombre que se le otorga a cualquier división lógica de un disco duro. La imagen muestra un ejemplo de estructura lógica de un disco duro:

1. El sector de arranque o MBR (Master Boot Record). Almacena la tabla de particiones y un programa de arranque del disco duro.
2. Partición primaria. Son las divisiones básicas del disco duro.
3. Partición extendida. No puede almacenar información directamente. Actúa como contenedor de unidades lógicas. Una unidad lógica funciona como una partición primaria en la que se puede almacenar información.
4. Espacio sin particionar. Es el espacio no accesible del disco, sin asignar a ninguna partición.

Dentro de las particiones, la información se estructura en agrupaciones o clusters formados por varios sectores. Constituyen el espacio mínimo reservado para almacenar un archivo.

Placa base (placa madre)

Es una red de circuitos impresos por los que circula la información y a la que se conectan todos los demás componentes. Es una lámina hecha a base de un material aislante sobre el que se instalan distintos componentes electrónicos (resistencias, condensadores, circuitos integrados, etc.). Sirve de conexión, unión y medio de comunicación para todos los elementos que forman el ordenador, ya que todos deben estar conectados a la placa base de una u otra manera.

La placa base dispone de unos zócalos de memoria donde se instalan los módulos de memoria RAM. Podremos ampliar esta memoria dependiendo de la cantidad de zócalos que posea el ordenador; las ranuras de expansión (slots) donde se insertan diversas tarjetas controladoras (sonido, gráfica…); el chipset, un conjunto de chips que se encarga de las transferencias de datos entre los buses y la memoria, primordial para el buen rendimiento de las tarjetas; y otros conectores para enlazar la placa base con los periféricos.

Zócalos de memoria

Ranuras de expansión (slots) 

Chipset

Pero el elemento principal de la placa base es la Unidad Central de Proceso o CPU (Central Process Unit). Es el elemento más importante de un sistema informático, el “cerebro” del ordenador o la parte inteligente del sistema. Se encarga de interpretar y ejecutar las instrucciones de los programas, de controlar, sincronizar y supervisar todos los procesos que ejecutan el resto de componentes o periféricos del sistema informático, y del procesamiento de los datos (realizar todos los cálculos y obtiener los resultados). Es decir, es la parte del ordenador encargada de controlar, supervisar y realizar todos los cálculos y procesos, por lo que su velocidad y prestaciones determinarán en gran medida el rendimiento de todo el sistema. Todas las operaciones que se realizan en el ordenador tienen su origen en un solo chip llamado microprocesador.

Se puede comparar con un cerebro que trata la información del exterior y puede dar unas respuestas concretas. Lee las instrucciones necesarias desde un dispositivo de entrada, las carga en memoria y las ejecuta. El resultado quedará almacenado de nuevo en la memoria, y posteriormente podrá visualizarse a través de un periférico de salida.

La placa base dispone de un lugar especial para el microprocesador. Es una superficie cuadrada, de plástico, llena de agujeritos para ubicar los conectores del procesador. La comunicación del microprocesador con los periféricos tiene lugar a través de los buses.

Los chips son elementos constituidos por multitud de componentes electrónicos que forman circuitos y aparecen montados sobre una placa de silicio. Están cubiertos por una carcasa de plástico y se conectan a unas plantillas metálicas que permiten la comunicación con otros circuitos.

La CPU consta de dos componentes que son la unidad de logica/aritmetica (ALU) y la unidad de control (UC):

• Unidad de Control (UC): se encarga de dirigir y gestionar todas las operaciones que se han de realizar e interpretar las instrucciones recibidas. Cuando llega una instrucción de un programa, la unidad de control lo interpreta y activa o desactiva los componentes necesarios para que se ejecute la acción que indica esa instrucción.
• Unidad Aritmético Lógica (ALU): se encarga de realizar todas las operaciones aritméticas (sumas, restas, etc.) y lógicas (comparación de valores, negación de sentencias, etc.) según los datos y las instrucciones recibidas de los programas.

Para que el procesador de la información (CPU) pueda controlar los periféricos necesita un software específico llamado programa controlador o driver. Es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con el periférico, sin el cual no se podría usar el hardware. Los proporciona el fabricante del dispositivo para cada Sistema Operativo.

Existe una tecnología denominada Plug & Play que permite utilizar un dispositivo sin que el usuario tenga que instalar el driver correspondiente. No es que no sean necesarios los drivers sino que el Sistema Operativo detecta el dispositivo e instala los drivers automáticamente.

Primer microprocesador: Intel 4004 de 1981

Microprocesadores Intel utilizados en los ordenadores personales.
Cada uno de ellos tiene unas características particulares que le hacen más potente que el anterior.

La familia Intel Pentium
Evolución del microprocesador (de 1971 a 2011)

Evolucion de los microprocesadores, 40 años de historia (infografia) (de 1971 a 2011)
Historia de los primeros microprocesadores

 

La velocidad con la que la CPU procesa los datos se mide en Hertz (Hz) que es un factor determinante de su calidad. Dentro del mismo tipo de microprocesador, se pueden encontrar distintas velocidades.

Memoria

La memoria es un dispositivo donde se almacenan los datos y los programas que van a ser ejecutados, y que se encarga de tener disponibles las instrucciones que forman los programas para que la CPU pueda ejecutarlas. También es la encargada de almacenar temporalmente el resultado de los procesos realizados. La capacidad de memoria se mide en múltiplos de bytes.

Memoria primaria o principal
El ordenador tiene dos tipos de memoria primaria: 

• La memoria ROM (Read Only Memory) es un chip situado en la placa base donde se almacenan las instrucciones básicas para el arranque y funcionamiento del ordenador, así como los datos técnicos de los distintos componentes del ordenador, grabados por el fabricante. Estas instrucciones son las primeras que ejecuta el microprocesador al arrancar y su misión es poner en marcha el sistema y prepararlo para recibir y ejecutar las instrucciones que recibirá posteriormente. Una vez que el ordenador ha arrancado el control lo asume el sistema operativo. Es sólo de lectura; esto quiere decir que el ordenador no puede escribir datos en ella, solamente leerlos. Es permanente; no se borra al apagar el ordenador.

• La memoria RAM (Random Access Memory) es la memoria donde se guardan temporalmente los programas mientras se están ejecutando (físicamente se almacenan en el disco duro), así como todos los datos intermedios y los resultados de los cálculos que el ordenador va realizando cuando está procesando la información. Es de acceso aleatorio, ya que se puede ir a una determinada posición de la memoria directamente, sin pasar por las anteriores (se tarda el mismo tiempo en acceder a cualquier posición de la memoria). Es de escritura/lectura; se pueden leer los datos almacenados y escribir en ella los nuevos datos o resultados (si escribimos un dato en una dirección ya ocupada, perdemos lo que teníamos, y se conserva lo último grabado). Es volátil, ya que toda la información se borra al apagar el ordenador, por lo que sólo es un almacén temporal.

La cantidad de memoria RAM que tenga instalada el ordenador determina enormemente el rendimiento del sistema. Se puede ampliar gracias a módulos de memoria RAM que se conectan a la placa base en los correspondientes zócalos. Son unas pequeñas pastillas situadas en la placa base que se encargan de almacenar datos. Actualmente hay dos tipos: los módulos SIMM (Single In-line Memory Module) de 72 contactos y los módulos DIMM (Dual In-line Memory Module) de 128 contactos. La tendencia es utilizar módulos DIMM.

Memoria secundaria o auxiliar

Es un tipo de memoria que guarda información permanente, que trabaja conjuntamente con la memoria primaria, si bien no posee una gran velocidad como otros tipos de memoria. Existen una gran variedad de formatos acorde con las tecnologías vigentes que se encuentran en constante evolución y que ofrecen distintas capacidades de almacenamiento a una alta portabilidad: el disco duro, medios ópticos como CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD-R y DBD-RW, tecnología Blu-Ray. 

De izquierda a derecha: disquetera (retirada), reproductora CD y regrabadora DVD

La unidad central, en la parte frontal tiene, en general, el interruptor de encendido y el reset, puertos USB y, en pocas ocasiones, la unidad de CD/DVD. En la parte posterior tiene los conectores para enchufar el equipo a la red eléctrica y a los distintos periféricos (monitor, teclado, ratón, impresora...), además de la rejilla de ventilación de la fuente de alimentación.

Periféricos

Son el conjunto de dispositivos o aparatos auxiliares que conectados a la CPU permiten comunicarse con el ordenador (envían, reciben o almacenan información). Se distinguen:

• Periféricos de entrada: son los elementos que permiten al usuario introducir información en el ordenador. Con ellos se le dan las órdenes necesarias para que realice las funciones o las tareas deseadas. Son dispositivos de entrada: teclado, ratón, escáner, micrófono, joystick, webcam, cámara digital, lápiz óptico, lector de código de barras, lector de bandas magnéticas... 

 

• Periféricos de salida: son los dispositivos encargados de recoger y mostrar al usuario los resultados de salida de los procesos realizados por la CPU. Con los datos de entrada y las órdenes correspondientes, el ordenador genera unos resultados que inicialmente almacena en la memoria y, a continuación, se los muestra al usuario. Son dispositivos de salida: monitor, proyector, impresora, altavoces, trazador gráfico (plotter)...

• Periféricos de entrada/salida (E/S): pueden considerarse como unidades mixtas ya que introducen y obtienen información del ordenador. Son dispositivos de E/S la pantalla táctil, el casco de realidad virtual, la impresora multifunción...pero también los son los dispositivos de almacenamiento secundario y los dispositivos de comunicación.

• Periféricos de almacenamiento: son dispositivos que permiten al usuario guardar información de manera permanente y recuperarla más tarde. También se denominan memoria secundaria o auxiliar: disco duro, CD (Compact Disc), DVD (Digital Versatile Disc), memorias USB (PenDrive), tarjetas de memoria... En cada unidad es importante tener en cuenta la capacidad, la velocidad de lectura y escritura, y la posibilidad de extraer y transportar el soporte.

• Periféricos de comunicación: permiten o facilitan la trasmisión de información entre dos o más computadoras. Son dispositivos de comunicación: el módem (que permite conectar ordenadores a través de la línea telefónica usando la red Internet),  la tarjeta de red Ethernet (permite conectar un ordenador a una red de área local o LAN; a veces se usa para conectar el ordenador a un router); tarjeta de red inalámbrica (permite conectar un ordenador a una red inalámbrica; a veces se usa para conectar el ordenador con un router inalámbrico o wifi), router, HUB, switch...

No hay que confundir periférico con soporte de información. Los primeros son aquellos elementos encargados de transcribir la información al correspondiente soporte, mientras que los segundos son los medios físicos sobre los que va la información. Por ejemplo, los disquetes eran soportes de información, pero las disqueteras eran unidades periféricas.

Puertos de comunicación

Los periféricos se conectan a la unidad central (al ordenador) a través de los conectores situados en la parte posterior de la unidad central u ordenador llamados puertos de comunicación (interfaz por la cual se envían y reciben diferentes tipos de datos). Son los lugares donde se conectan los dispositivos externos, permitiendo la conexión desde el exterior hacia la placa base. Atendiendo a si reciben o mandan información, existen conectores macho y conectores hembra, respectivamente.

A través de estos puertos se conectan a un componente electrónico llamado tarjeta controladora dentro de la unidad central que se encarga de gestionar la comunicación entre el dispositivo y el ordenador. En algunos casos, los puertos pueden estar incorporados en la placa base, eliminando la tarjeta controladora correspondiente. Tal es el caso de la tarjeta de sonido que se encarga de controlar la adquisición de audio desde el micrófono y su reproducción mediante auriculares o altavoces, y  que actualmente es habitual vaya integrada en la placa base.

Las conexiones o puertos pueden ser:

 

Fue inventado por Apple a mediados de los 90. 

Luego, fue adoptado por los fabricantes de periféricos digitales hasta convertirse en un estándar.  Para usos que requieran la transferencia de grandes cantidades de información resulta superior al USB. No tienes más que enchufar un dispositivo para que funcione.

Fue creado en 1996 por siete empresas IMB, Intel, Northen Telecom, Compaq, Microsoft, Digital Equipment Corporation y NEC. Fueron incorporados a partir de los ordenadore con Pentium II. Actualmente todas las placas bases traen múltiples conexiones USB.

Algunas características:

1. Permite conectar y desconectar dispositivos sin necesidad de reiniciar, incluso mientras el computador está en uso.
2. Cuando se conecta un nuevo dispositivo, computador identifica automáticamente el dispositivo agregado mientras opera, el SO lo enumera y agrega el software necesario para que funcione.
3. Todos los dispositivos USB tienen el mismo tipo de cable y el mismo tipo de conector, más allá de la función que cumplan.
4. El bus permite periféricos multifunción, es decir, aquellos que pueden realizar varias tareas a la vez, como algunas impresoras que adicionalmente son fotocopiadoras y máquinas de fax.
5. No se necesita un cable extra de alimentación; la mayoría de los periféricos USB obtienen la alimentación del bus USB, con lo cual no requieren un cable de alimentación adicional.
6. Más rápido: USB transfiere los datos 10 veces más rápido que los puertos serie tradicionales.

El cable USB soporta varias velocidades de transferencia de datos:
     USB 1.0    baja velocidad           192 KB/s
     USB 1.1    velocidad completa    1,5 MB/s
     USB 2.0    alta velocidad            60 MB/s
     USB 3.0    súper velocidad         600 MB/s

 

Actividades

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Referencias
Unidad 1. La Informática y el ordenador
Introducción a la Informática y Hardware de una computadora
Periférico de Entrada/Salida
Guía de cables para principiantes
Conceptos informáticos básicos. Hardware
Los puertos de comunicacion
Historia de los primeros microprocesadores
Puerto (informática)
Apuntes. Periféricos de un ordenador
USB (Universal Serial Bus)
Bluetooth
Periféricos del ordenador. Módulo 10