Hardware y sus Componentes

El hardware de un ordenador se compone de diversos elementos interconectados que trabajan en conjunto para ejecutar tareas. Los componentes principales son:

1. Unidad de Procesamiento (CPU)
2. Unidad de Control
3. Memoria
4. Unidades de Entrada y Salida
5. Buses
6. Periféricos

Buses

Los buses son conjuntos de líneas que permiten el envío y la recepción de datos entre los diferentes bloques del ordenador. Los tipos de buses son:

• Datos: Transportan datos e instrucciones.
• Direcciones: Se utilizan para acceder a dispositivos y memorias.
• Control: Son líneas que la CPU utiliza para generar señales de control que gestionan los dispositivos.

CPU (Unidad Central de Procesamiento)

La CPU es el cerebro del ordenador. Sus componentes y funciones son:

• Datos: Envían y reciben datos entre los componentes de la placa madre.
• Direcciones: Indican a los componentes de la placa madre dónde enviar los datos.
• Control: Controla y marca el ritmo al que se procesan los datos.

Partes Lógicas de la CPU

• Registros: Posiciones de memoria interna de alta velocidad donde se almacenan valores que la CPU está gestionando.
• Acumulador: Guarda el resultado de una operación.
• CP (Contador de Programa): Contiene la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar.
• RDT (Registro de Dirección Temporal): Se utiliza para almacenar operandos.
• RI (Registro de Instrucciones): Contiene la instrucción que se está ejecutando.
• Registro de Estado: Almacena indicadores de estado (flags) sobre las instrucciones realizadas.
• PSW (Program State Word): Registro de código de instrucciones que contiene flags.
• SP (Stack Pointer): Es como el contador de programa para los datos en la memoria.

Ejecución de Instrucciones por la CPU

La CPU ejecuta instrucciones en una serie de pasos:

1. Extrae de la memoria la siguiente instrucción y la lleva al registro de instrucción.
2. Cambia el contador del programa para señalar la siguiente instrucción.
3. Determina el tipo de instrucción que acaba de extraer.
4. Verifica si la instrucción requiere datos de la memoria y, si es así, determina dónde están situados.
5. Extrae los datos y los carga en los registros internos de la CPU.
6. Ejecuta la instrucción.
7. Almacena los resultados en el lugar apropiado.
8. Va al paso uno para empezar la ejecución de la siguiente instrucción.

Unidad de Control

La unidad de control gestiona el bus de control, controla el movimiento entre la memoria, la ALU y los periféricos, elige la instrucción a ejecutar y da las órdenes necesarias para llevarla a cabo, incluyendo la temporización.

• Decodificador: Extrae el código de operación de la instrucción en curso, interpreta la instrucción y emite las señales necesarias para su ejecución.
• Reloj: Proporciona impulsos eléctricos o intervalos constantes.
• Secuenciador: Genera órdenes elementales que, sincronizadas, hacen que se ejecuten las instrucciones cargadas en el RI (registro de instrucciones).

La unidad de control realiza tres pasos básicos: lectura (a través del PC), decodificación y ejecución. Su misión es asegurar que todo esté sincronizado.

• Ciclo de Máquina (LDE): Tiempo que tarda en leer, decodificar y ejecutar una instrucción.
• Ciclo de Instrucción: Tiempo total de la ejecución de una instrucción.

ALU (Unidad Aritmético-Lógica)

La ALU realiza operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación y división) y lógicas (igual, mayor que, menor que).

Pasos de la ALU

1. El operando está en el acumulador.
2. El operando está en un registro específico.
3. El operador realiza el cálculo y el resultado se guarda en el acumulador, modificando también el registro de estado.

Parámetros del Procesador

• Velocidad del Reloj: La señal del reloj, generada por un cristal de cuarzo, permite que las tareas se realicen de forma síncrona. Se mide en Hz, MHz (megahercios) y GHz (gigahercios).
• Memoria Caché: Memoria rápida que almacena los datos que el microprocesador está utilizando en ese momento. Niveles:
  • Caché Primaria (Nivel 1): Interna, integrada en el microprocesador.
  • Caché de Niveles 2 y 3: Pueden estar en el núcleo del microprocesador o externas en la placa base.
• Tecnología de Fabricación (Micras o Nm): Nm: Millonésima parte de un mm.
• Voltaje: A menor voltaje, menos calor genera el microprocesador.
• Dual Core: Doble núcleo, dos CPU.

Memoria RAM (Random Access Memory)

La memoria RAM almacena los datos que se están utilizando en el momento actual. Es una memoria de acceso aleatorio, volátil (los datos se pierden al apagar el ordenador) y de lectura/escritura. Se vende en módulos de memoria y se conecta a la placa base mediante los bancos de memoria.

• Latencia: Tiempo que transcurre durante la preparación inicial para localizar la dirección de memoria.
• Ciclo de Acceso a la Memoria: Tiempo que tarda en localizar el dato en las celdas de la memoria y transportarlo en el bus de datos.

Proceso de Acceso a la Memoria RAM

1. El controlador de memoria recibe, a través del bus de direcciones, la dirección de memoria.
2. Busca en una fila la dirección de memoria; si no la encuentra, busca en la siguiente.
3. Se accede a la columna específica y los datos quedan preparados para el envío al bus de datos.

• Memoria Síncrona o Asíncrona: Depende de la velocidad en MHz del bus de datos de memoria.
  • Síncrona: Coincide con la velocidad del microprocesador.
  • Asíncrona: Es distinta a la velocidad del microprocesador.
• Parámetros Fundamentales de la Memoria RAM:
  • Velocidad de Acceso: Tiempo de acceso a la memoria en nanosegundos.
  • Velocidad de Reloj: Velocidad del bus de memoria en MHz (puede ser asíncrono o síncrono).
  • Latencia: Tiempo de retardo o espera al acceder a la memoria.
  • Ancho de Banda: Parámetro fundamental del rendimiento de la memoria.
  • Voltaje: Cada dispositivo de memoria tiene un voltaje determinado según la fabricación.

Memoria ROM (Read-Only Memory)

La memoria ROM es una memoria permanente que no se borra al apagar el ordenador.

Placa Base

La placa base es el elemento principal del ordenador, donde se encuentra el microprocesador y donde se conectan los demás aparatos y dispositivos.

Tipos de Placas Base

• Baby AT (220x330mm)
• LPX
• ATX

Componentes de la Placa Base

• Microprocesador y Zócalo: Lugar donde se conecta el microprocesador.
• Memorias y Ranuras de Memoria: Conectores para la RAM.
• BIOS (Basic Input/Output System): Programa básico de entrada y salida que se encarga de arrancar el PC. Se accede al BIOS usando DEL o F2.
• Ranuras de Expansión: Ranuras para conectar tarjetas ISA, PCI, AGP.
• Conectores Internos: Conectores para dispositivos internos (disquetera, disco duro, unidades ópticas).
• Conectores Eléctricos: Conectan los componentes de la placa base con la fuente de alimentación.
  • Conector de Alimentación: Baby AT (2 conectores juntos), ATX (1 conector).
• Conectores Externos: Conectores para periféricos (teclado, ratón).
• Elementos Integrados: Controladoras de dispositivos, controladora gráfica, de sonido y de red.
• Conectores Externos de la Placa Base: Puertos PS/2 (teclado y ratón), puerto USB, puerto paralelo (LPT1, LPT2), puertos serie (COM).
• Chipset de Control: Conjunto de chips que interconectan buses y componentes de la placa base.
• Overclocking: Aumenta la velocidad del microprocesador.
• Refrigeración: La vida del ordenador depende de la refrigeración para evitar el sobrecalentamiento.

Sistemas de Refrigeración

• Disipador
• Ventilador
• Disipador + Ventilador
• Líquido Refrigerante

Tipos de Refrigeradores

• Refrigerador Pasivo (disipador en el procesador)
• Refrigerador Activo (disipador + ventilador)
• Ventilador con Alarma (cuando la temperatura sube, el ordenador se apaga o suena la alarma)
• Líquido Refrigerante (se basa en el efecto Peltier)

Almacenamiento

Dispositivo Magnético

El almacenamiento magnético aprovecha la capacidad de algunos materiales para almacenar de forma permanente un estado magnético.

• Ventajas:
  • Almacenamiento no volátil (no necesita electricidad).
  • Almacenamiento de lectura y escritura.
  • Gran velocidad de acceso y alta densidad de almacenamiento.
• Inconvenientes:
  • Delicados.
  • Datos afectados por altas y bajas temperaturas, humedad, golpes y campos magnéticos.
  • Discos recubiertos de material magnético.

Elementos del Disco Duro

• Para leer y grabar datos, se utilizan cabezas (heads), dispositivos electromagnéticos que se sitúan sobre la superficie del plato sin tocarlo.
• Cilindros: Conjunto de pistas donde se sitúan los cabezales en un disco duro con varios platos.

Características del Disco Duro

• Formato Físico: Diámetro del disco.
• Capacidad: Gigabytes, Terabytes.
• Velocidad de Rotación: Velocidad a la que giran los platos.
• Velocidad Interna: Velocidad de rotación constante.
• Tamaño de Búfer o Caché: Cumple la función de memoria intermedia, un almacén de datos entre la controladora y el disco.
• Velocidad Externa o del Interfaz: Velocidad de transferencia de datos entre la salida del disco duro y el PC.
• Tiempos de Búsqueda y Latencia: En milisegundos, es el tiempo de acceso a la información.
  • Tiempo de Búsqueda Medio: Tiempo medio necesario para mover las cabezas entre dos pistas aleatorias del disco.
  • Latencia Rotacional Media: Tiempo que tarda el cabezal en llegar a la pista que contiene el sector de datos y el disco en girar hasta colocarse en el punto adecuado.
• Generación Acústica:
  • Ergonomía: Comodidad del usuario.
  • Ruido Generado por los Dispositivos Mecánicos: Dos valores: en espera y en búsqueda a máxima velocidad.
• Interfaz de Disco y Conectores: Método de conexión al resto del PC (IDE/ATA/Serial ATA/SCSI).
• Interfaces de Conexión Externa de Discos Duros: Para discos externos portátiles (USB, FireWire, Serial ATA externa, SCSI externa).

Dispositivos Ópticos

La lectura se realiza mediante un haz óptico (láser).

• Ventajas:
  • Los datos no se ven afectados por los campos magnéticos.
  • Los materiales de soporte no sufren por la humedad.
  • Los soportes ópticos son resistentes a los golpes.
  • Los datos no se deterioran al transmitirse o copiarse.
• Inconvenientes:
  • La superficie es resistente, pero no va protegida.

Clases de CD

• CD Audio (CD-DA): CD de distribución de música regrabada.
• CD-ROM: CD de memoria de solo lectura.
• CD-R: Regrabable, menor compatibilidad y longevidad.
• DVD: Similar al CD, pero con mayor capacidad.
• DVD-ROM: Solo lectura para datos.
• DVD Video: Codificado con MPEG2 y sonido Dolby Digital AC3.
• DVD-R, DVD+R.
• DVD-RAM: Emplea pistas concéntricas divididas en sectores (no en espiral).
• DVD+RW: Regrabables (3GB).
• HD DVD o Blu-ray: Para video digital de alta definición.

Tarjeta Gráfica

La tarjeta gráfica es un adaptador gráfico.

• Integradas en el Chipset: Cada vez más frecuentes en PC de oficina y portátiles.
• Integradas en la Placa Base: Un chip independiente.
• En Tarjeta de Expansión: En la ranura de expansión (slot).

Operaciones de la Tarjeta Gráfica

1. Interpretan los datos que llegan del procesador, calculan el valor de cada píxel y lo almacenan en la memoria de video.
2. Desde la memoria de video, toman los datos digitales y los transforman en una señal analógica que el monitor pueda entender.

Componentes de la Tarjeta Gráfica

• Microprocesador gráfico
• Conversor analógico-digital
• Memoria de video (RAM)
• RAMDAC: Convierte los datos digitales en señales analógicas.

Características de la Tarjeta Gráfica

1. Número de Colores o Profundidad de Color
2. Resolución de Pantalla
3. Profundidad de Color
4. Resolución
5. Modo de Video: Combinación de parámetros (resolución + profundidad de color).
6. Velocidad de Refresco: Número de veces que se redibuja la pantalla por segundo.
7. Memoria de Video: Su tamaño influye en los modos de video (resolución + profundidad de color). Tipos: DRAM, EDO, VRAM y WRAM, SDRAM, SGRAM, DDR y GDDR.

Especificaciones de la Tarjeta Gráfica

• Velocidad del chip gráfico en MHz (microprocesador)
• Velocidad de memoria en MHz
• Ancho de bus de memoria (128 bits y 256 bits)
• Memoria (256MB y 512MB)
• Alimentación: Consumo eléctrico de la tarjeta
• Monitor: La potencia de la tarjeta será distinta en función del monitor.

Modelos de Tarjetas Gráficas

• MDA: Presentaba solo texto monocromo (verde fosforito o ámbar).
• CGA: En los primeros PCs, capaz de representar gráficos.
• EGA: Surgió el entorno gráfico de Windows.
• VGA: Estándar de 1987, muchos modos de video posibles.

Conectores de la Tarjeta Gráfica

• Internos: ISA, VESA Local Bus, PCI, AGP, PCI Express.
• Externos: VGA.

Monitores

Tipos de Monitores

• Cristal Líquido: La resolución viene dada por el número de celdas de cristal líquido.
• Rayos Catódicos: La señal digital se recibe mediante un adaptador.

Escáner

Un escáner es un dispositivo que permite digitalizar imágenes.

Tipos de Escáner

• De Mano: Con un rodillo se pasa la imagen y este la escanea.
• De Alimentación: Tipo de impresora o fax que coge la hoja y lee la imagen, transmitiendo los datos al ordenador.
• De Sobremesa: Es como una fotocopiadora.

Formatos de Imagen

• BMP: Usado por el SO (Windows), no tiene compresión.
• JPG: Más utilizado en Internet, permite compresiones hasta 100.
• GIF: Permite transparencias y animaciones.
• TIF: Es el más completo.
• PCD: Lo usa Kodak.
• PCT: Lo usa Mac.
• PCX: Ya no se usa.
• PNG: No soporta animaciones.

Impresoras

Las impresoras pasan información del ordenador al papel.

Tipos de Impresoras

• Con Impacto:
  • Matriciales: Sistema antiguo de impresión.
  • Margarita: Molde para cada carácter.
  • Tambor: Cilindro con los caracteres en relieve.
• Sin Impacto: La tinta se proyecta directamente en el papel a través de microtubos.
  • Inyección de Tinta:
    • Térmica: Calienta la tinta formando una burbujita.
    • Piezoeléctrica: La gota de tinta se expulsa por vibración y no se calienta.
  • Láser: Rayo láser que calienta las zonas.
  • Impresora de Haz de Electrones
  • Sublimación de Tinta: Calienta tinta sólida hasta gas, y la cantidad de tinta se controla con la temperatura.
  • Tinta Sólida: Cera térmica.
  • Plotter: Se usa para imprimir gráficos, dibujos y planos.

Módem

Un módem es un modulador-desmodulador.

Cajas

• Sobremesa
• Minitorre
• Semitorre
• Semitorre ATX
• Torre
• Gran Torre