Componentes y Arquitectura de Computadoras

Introducción

Este documento explora los componentes esenciales de una computadora, incluyendo la placa madre, la CPU, la memoria, los periféricos y las redes. También se abordan las diferentes arquitecturas de computadoras y la clasificación del software.

Placa Madre vs. CPU

La Placa Madre

Es la tarjeta principal donde se ubican los componentes clave de una computadora, como el microprocesador, la memoria y otros circuitos esenciales. Su diseño permite la conexión de tarjetas adicionales (como tarjetas de video o sonido) en ranuras de expansión, facilitando las actualizaciones sin necesidad de cambiar la placa madre. Algunas placas madres integran estas tarjetas en forma de chips.

El CPU (Unidad Central de Procesamiento)

El CPU es el «cerebro» de la computadora. Recibe información de diversas fuentes, la procesa y envía los resultados al destino indicado. Este modelo se conoce como EPS (Entrada, Procesamiento, Salida).

Partes Internas de la Placa Madre

• Procesador: También conocido como el cerebro del ordenador. Es responsable de obtener, decodificar y ejecutar instrucciones, así como realizar cálculos matemáticos y lógicos.
• Ranuras RAM (Memorias DDR): Largas y delgadas, DDR significa DOUBLE DATA RATE, lo que implica que pueden realizar dos tareas de escritura y dos de lectura por cada ciclo de reloj.
• Ranuras PCI: Tarjetas de expansión con chips y controladores que aumentan las capacidades del equipo.
• Panel Trasero: Donde se conectan la mayoría de los periféricos.
• Conector ATX: Se conecta al cable de alimentación ATX de 24 clavijas.
• Conector IDE: Controla dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como discos duros y unidades CD-ROM.
• Puente Norte: Circuito integrado que controla el acceso desde y hacia el microprocesador, AGP o PCI Express, memoria RAM, video integrado y Puente Sur.
• Puente Sur: Coordina los diferentes dispositivos de entrada/salida.
• BIOS: Memoria de solo lectura con software de bajo nivel que controla el hardware y actúa como interfaz entre el sistema operativo y el hardware.

Clasificación del Software

El software, el componente lógico de las computadoras, se clasifica según su función:

• Software de Sistema: Permite el mantenimiento del sistema, incluyendo sistemas operativos, controladores de dispositivos, servidores y utilidades.
• Software de Programación: Herramientas para desarrollar programas, como editores de texto, compiladores e IDEs.
• Software de Aplicación: Permite a los usuarios realizar tareas específicas, como aplicaciones ofimáticas, software educativo, videojuegos, etc.

Arquitectura Von Neumann vs. Harvard

La principal diferencia radica en el mapa de memoria. Von Neumann utiliza un único espacio para datos e instrucciones, mientras que Harvard emplea dos espacios separados.

Características de la Arquitectura No Von Neumann

• Un único espacio de memoria de lectura y escritura para datos e instrucciones.
• Acceso al contenido de la memoria por posición.
• Ejecución secuencial de instrucciones, con posibilidad de ruptura de secuencia.

Clasificación de la Memoria

La memoria es crucial para el funcionamiento de una PC. A mayor memoria, mayor rendimiento. Se clasifica en:

• RAM: Almacena información temporal, como modificaciones de archivos e instrucciones de aplicaciones. Ej: programas Word.
• ROM: Memoria de solo lectura utilizada para iniciar la BIOS. Ej: videojuegos.
• Caché: Memoria de alta velocidad que mejora el rendimiento precargando información de la memoria principal.
• Virtual (Swap): Simula una memoria RAM de mayor tamaño.

Jerarquía de Memorias

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La jerarquía de memoria organiza la memoria en niveles piramidales para optimizar el rendimiento y el coste. Se basa en el principio de cercanía de referencias.

• A mayor capacidad, mayor uso.
• La velocidad óptima es la del microprocesador.
• El coste debe ser accesible.

Relaciones clave:

• A menor tiempo de acceso, mayor coste.
• A mayor capacidad, menor coste por bit y menor velocidad.

Funcionamiento de la Memoria Caché y Virtual

Caché: Crea copias de datos relevantes para accesos rápidos posteriores.

Virtual: Simula mayor tamaño de RAM para manejar más datos.

Tipos de Memorias Externas

• Unidades Flash (USB): Dispositivos portátiles de almacenamiento.
• Discos Duros Externos: Almacenamiento externo conectado al ordenador.
• Tarjetas de Memoria: Dispositivos pequeños para almacenar información (Compact Flash, SD, Mini-SD, Micro-SD).
• Almacenamiento en la Nube: Servicio de almacenamiento externo virtual.

Clasificación de las Interrupciones

Las interrupciones alteran el orden de ejecución de instrucciones en respuesta a eventos externos. Se clasifican en:

• Hardware: Producidas en cualquier momento por causas externas al procesador, generalmente ligadas a dispositivos de E/S.
• Software (Excepciones): Producidas por operaciones no permitidas o por trampas generadas por el programador.

Arquitecturas Multiprocesadores, SOA y GRID

Multiprocesador: Permite ejecutar programas en más de una CPU simultáneamente. Existen arquitecturas NUMA (acceso exclusivo a parte de la memoria) y SMP (memoria compartida).

SOA (Arquitectura Orientada a Servicios): Conecta las metas de negocio con el software, aportando flexibilidad y reduciendo costes de integración.

GRID (Computación en Malla): Utiliza recursos heterogéneos de forma coordinada sin control centralizado.

Clasificación de Periféricos

Tipos de Estructura de Buses

Existen dos tipos de estructuras de buses para operaciones E/S:

• Bus Único: No permite controlador DMA.
• Bus Dedicado: Soporta DMA y trata la memoria y los periféricos de forma distinta. Componentes: datos, control, direcciones y sincronización.

Redes de Computadoras

Una red de computadoras es un conjunto de equipos interconectados que comparten información, recursos y servicios.

Tipos de Redes de Computadoras

• LAN (Local Area Network): Redes de área local, como en un cibercafé.
• MAN (Metropolitan Area Network): Redes de tamaño intermedio, como en grandes bibliotecas o empresas.
• WAN (Wide Area Network): Redes de gran alcance, como Internet.

Medios de Transmisión de Datos

Se clasifican en guiados y no guiados:

Guiados:

• Par Trenzado: UTP (sin blindaje) y STP (blindado).
• Cable Coaxial: Con conectores en T y terminadores.
• Fibra Óptica: Transmite luz a través de un núcleo de cristal.

Requisitos para Conectarse a Internet

• Terminal: Ordenador, tableta, etc.
• Conexión: Medio físico o inalámbrico.
• Router/Módem: Canaliza la señal a los dispositivos.
• Proveedor de Acceso a Internet (ISP): Proporciona el acceso.
• Navegador: Lee e interpreta la información en los servidores.

Función del Módem, Router y Switch

Módem: Convierte la señal del ISP a digital.

Router: Canaliza la señal a los dispositivos por cable o Wi-Fi.

Switch: Conecta equipos en una LAN utilizando la topología en estrella.

Armado de un Cable de Red

Materiales: Cable UTP, conectores RJ45, crimpadora, probador de conexión (opcional).

Proceso: Retirar la cubierta, ordenar los cables según el estándar (568A o 568B), cortar el exceso, insertar en el conector, crimpar y probar.

Configuración de un Módem/Router

Acceder a la interfaz del router a través de la dirección IP en un navegador web y modificar las configuraciones.

Diferencias entre IP y TCP/IP, Extranet e Intranet, Norma A y B, CAT 5 y CAT 6, y Redes Cliente/Servidor y Punto a Punto

IP: Número único que identifica una interfaz en red.

TCP/IP: Conjunto de protocolos para la comunicación en red.

Extranet: Red que conecta la empresa con entidades externas autorizadas.

Intranet: Red privada interna de una organización.

Norma 568A y 568B: Estándares de cableado para redes.

CAT 5: Velocidad hasta 100 Mbps.

CAT 6: Velocidad hasta 10 Gbps.

Cliente/Servidor: Un servidor central controla la red y los clientes acceden a recursos.

Punto a Punto: Conexión directa entre dos equipos.