Arquitectura del Ordenador

Datos e Información

Datos: Números, palabras, símbolos… Por sí solos carecen de significado. Son una forma de representar información, lista para ser introducida y procesada por un ordenador.

Información: Datos procesados (con significado) y mostrados de un modo inteligible. Para que la información sea duradera debe plasmarse en un soporte físico (papel, disco…).

Hardware y Software

Hardware o soporte físico: Conjunto de dispositivos físicos que integran el ordenador. Su evolución está orientada a conseguir máquinas más rápidas y potentes.

Software o soporte lógico: Conjunto de instrucciones (programas o aplicaciones) que dirigen a los componentes del ordenador para que realicen determinadas tareas. Su evolución está orientada a desarrollar nuevos programas que aprovechen mejor el hardware existente.

Arquitectura básica

• Unidad Central de Proceso (CPU): Procesa los datos.
• Memoria: Almacena información (datos y programas).
• Periféricos de entrada y/o salida: Intercambian información con el exterior o la almacenan.
• La pila: Proporciona electricidad necesaria para que el circuito opere constantemente y no se apague perdiendo las configuraciones guardadas.
• El interfaz ATA (Advanced Technology Attachment), originalmente conocido como IDE.
• Buses: Canales que interconectan todos estos dispositivos para que intercambien información.
• Placa base o placa madre: Circuito impreso que actúa como plataforma donde se conectan los demás componentes del ordenador, bien directamente o bien a través de ranuras de expansión.
• Tarjetas de expansión: Placas de circuito impreso que permiten conectar periféricos externos al ordenador (tarjeta de vídeo, tarjeta de sonido, etc.).

Componentes de la Placa Base

• BIOS (Basic Input/Output System): Sistema básico de entrada y salida. Programa especial que se pone en marcha al encenderse el PC, comprueba que todos los periféricos funcionan correctamente, verifica el tipo y el funcionamiento del disco duro, de la memoria, busca nuevo hardware instalado, etc.
• Módulos DIMM: Conectores de la memoria principal del ordenador (RAM).
• Ranura AGP (Advanced Graphic Port): Puerto PCI diseñado especialmente para potenciar la tecnología 3D, con un canal exclusivo para que la tarjeta gráfica acceda a la memoria.
• Chipset: Circuitos electrónicos que gestionan las transferencias de datos entre los diferentes componentes de la computadora.
• Ranuras de expansión ISA: Ranuras de 16 bits, hoy en día en desuso, reemplazadas por las ranuras PCI.
• Ranura PCI: Permite la configuración dinámica de un dispositivo. En el arranque, las tarjetas PCI y la BIOS interactúan y negocian recursos.
• Zócalo de la CPU: Sistema electromecánico de soporte y conexión eléctrica para fijar y conectar el microprocesador.
• Procesador: Circuito integrado central y más complejo de un S.I., que constituye la unidad de procesamiento (CPU).

Los Buses

Canales (cables y pistas de circuito impreso) por donde circula toda la información del ordenador. Presentes en la placa base y en todos los dispositivos conectados al ordenador.

Tipos de información que transportan:

• De control de dispositivos.
• Direcciones de memoria donde leer/escribir datos.
• Datos.

Ancho del bus: Número de líneas de un bus. Determinan el número de bits simultáneos que puede transmitir (8, 16, 32 o 64).

Chipset

Conjunto de chips situado en la placa base.

Funciones:

• Gestionar los periféricos externos a través de los puertos de comunicación y de las ranuras de expansión.
• Controlar las transferencias de información entre el microprocesador y la memoria.
• Determina la calidad de la placa base y el tipo de microprocesador que puede conectarse a ella.

El Microprocesador

Partes de la CPU

• Unidad de control: Encargada de dirigir todas las operaciones necesarias para ejecutar las instrucciones dadas por los programas.
• Unidad aritmético-lógica: Realiza con los datos las operaciones aritméticas o lógicas dictadas por las instrucciones.

El ancho del bus del microprocesador determina el número de bits con los que puede trabajar simultáneamente (64 bits actualmente).

El Reloj y la Velocidad del Ordenador

El generador del reloj: Marca el ritmo de ejecución de las instrucciones del ordenador. Determina la velocidad de trabajo del ordenador, que se mide en hercios (Hz). 1 Hz = un ciclo (operación) por segundo. Actualmente se mide en gigahercios (1 GHz = 10⁹ Hz). La velocidad de los buses y de la memoria RAM tiene su propio generador de reloj y también determinan la velocidad de trabajo del ordenador.

Memoria

En un ordenador existen varias memorias de diferentes tipos y funciones:

• Memoria RAM
• Memoria caché
• Memoria ROM-BIOS
• Memoria RAM-CMOS

Además, todos los dispositivos conectados al ordenador (impresoras, discos duros…) llevan incorporadas memorias intermedias.

Memoria RAM

Función: Almacena las instrucciones y los datos que la CPU va a procesar, y guarda temporalmente el resultado de las operaciones realizadas por la CPU.

Características:

• Es de acceso aleatorio (Random Access Memory), es decir, se accede por dirección de memoria.
• Es volátil (se borra al apagar el ordenador).
• Está formada por un conjunto de posiciones de memoria que almacenan datos de un byte de tamaño.
• Cada posición está identificada por una dirección de memoria.
• Actualmente la RAM tiene un tamaño de entre 512 MB a 2 GB.

Módulos de memoria RAM

La memoria RAM se presenta en módulos de memoria que se conectan a los correspondientes zócalos de la placa base. Conforme ha ido evolucionando el PC, han ido apareciendo diferentes tipos de memoria (SIMM, DIMM…). Los módulos DDR-II son los que actualmente usan los PC:

• Tamaño habitual: de 4 u 8 GB cada uno.
• Velocidad de memoria de reloj: 2400 MHz la de 4 GB.

Memoria caché

Es un tipo de memoria RAM mucho más rápida y cara que la memoria RAM convencional. Su tamaño es mucho menor, entre 2 MB y 4 MB. Está situada entre la memoria RAM y la CPU.

Función: Agilizar las transferencias de información entre la RAM y la CPU, almacenando los datos e instrucciones con los que está trabajando en ese momento la CPU.

Hay dos tipos de memorias cachés, ambas actualmente albergadas en el interior del microprocesador.

Memoria ROM-BIOS

Es de sólo lectura (Read Only Memory). La BIOS contiene programas para el chequeo inicial del ordenador y datos técnicos sobre los dispositivos elementales conectados a él.

Funcionamiento:

1. Se enciende el ordenador.
2. La BIOS chequea la CPU, el bus del sistema, el reloj del sistema, la RAM, el teclado y las unidades de disco.
3. La información del chequeo la compara con la almacenada en la RAM CMOS. Si la comparación es correcta se carga el sistema operativo. Si la comparación falla, el sistema se detiene emitiendo un pitido e informando del problema.

Memoria RAM-CMOS

Pequeña memoria alojada en un chip de la placa base. Almacena la configuración del sistema:

• La fecha y la hora.
• Datos de configuración de los periféricos para su comparación con el chequeo de la BIOS.
• Datos de configuración de otros dispositivos no controlados ni chequeados por la BIOS.

Es una memoria RAM (volátil) por lo que es alimentada constantemente por una pila para que su información no se pierda al apagar el ordenador.

Conectores

Conectores internos específicos: Diseñados para conectar un tipo de dispositivo concreto, por ejemplo, el teclado o el ratón.

Conectores externos o puertos de comunicación: Conectores genéricos diseñados para conectar diferentes dispositivos externos.

Ambos tipos de conectores se encuentran ubicados en la placa base, aunque algunas veces se pueden encontrar en una tarjeta de expansión.

Tipos de puertos de comunicación

• Puertos serie: Son lentos (bit a bit). Se usan para conectar el ratón y otros dispositivos lentos o alejados de la torre. COM1.
• Puertos paralelo: (byte a byte) Para dispositivos más rápidos (impresoras y escáneres) y cercanos a la torre. LPT1.
• Puertos USB: Puerto serie de alta velocidad de transferencia. Los dispositivos se pueden conectar “en caliente”. USB 1.0 (1,5 Mb/s), USB 1.1 (12 Mb/s) y USB 2.0 (480 Mb/s).
• Puertos Firewire: Similar al USB 2.0 pero para conectar videocámaras digitales.
• Puertos infrarrojos (IrDA): Comunicación por infrarrojos (sin cables) con PDAs y teléfonos móviles. Hasta 4 Mb/s.

Tarjetas de Expansión

Proporcionan conectores especiales que la placa base no posee para ciertos dispositivos externos. Ejemplo: El monitor se conecta al puerto VGA proporcionado por la tarjeta gráfica. Existen otros dispositivos que físicamente son tarjetas de expansión: tarjeta de sonido, módem interno, tarjeta de red, etc.

Ranuras de expansión y controladores

Para que los dispositivos conectados a una tarjeta de expansión puedan funcionar hay que hacer dos cosas:

1. Conectar la tarjeta a una ranura de expansión libre de la placa base.
2. Configurar la tarjeta, desde el sistema operativo, instalando un programa controlador (driver) que la controle.

Tipos de ranuras de expansión:

• PCI: Para tarjetas con tecnología Plug & Play.
• AGP y PCI Express: De uso específico para tarjetas de vídeo.