Tema 2
Hardware
Componentes físicos tecnológicos
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Hardware: Componentes físicos tecnológicos
TEMA 2
Generalidades. Definiciones básicas. Hardware. Funcionamiento de las mismas.
Clasificación de las computadoras. Estructura de las computadoras. Unidad Central de
Proceso. Memorias. PerifericosHardware grafico
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2.1 Generalidades. Definiciones básicas. Hardware
El significado del término hardware no es fácil de expresar en español con una sola
palabra; literalmente se debe entender como “conjunto de útiles duros"; en el contexto
que nos ocupa, el hardware de un computador
es el conjunto de dispositivos físicos que lo componen,
mientras que otra palabra inglesa, software, designa los programas que puede ejecutar
el computador.
En cierto modo, el hardware es comparable al cerebro o, más generalmente, al cuerpo
físico del computador mientras que el software será lo equivalente a las ideas que
pueblan el cerebro.
Es conveniente señalar, a pesar de su evidencia, que el hardware y el software son
perfectamente inútiles aisladamente: de nada nos sirve un computador si no tenemos
ningún programa que ejecutar, y de nada nos sirve tener muchos programas si no
disponemos de un computador que los ejecute.
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2.1 Generalidades. Definiciones básicas. Hardware
Hardware corresponde a todas las partes físicas y tangibles de una computadora: sus
componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos; sus cables,
gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado;
contrariamente al soporte lógico e intangible que es llamado software. El término
proviene del inglés y es definido por la RAE como el
"Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora".
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2.1 Generalidades. Definiciones básicas. Hardware
La clasificación evolutiva del hardware del computador electrónico, está dividida en
generaciones, donde cada una supone un cambio tecnológico muy notable.
Algunos autores clasifican esta evolución histórica en las distintas generaciones de
ordenadores. No se trata de una clasificación cerrada y distintas publicaciones hacen
agrupaciones diferentes, luego la siguiente es una clasificación tan válida como otras:
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2.1 Generalidades. Definiciones básicas. Hardware
Era preinformática (hasta aproximadamente 1946). Incluye todos los sistemas de
cálculo anteriores al concepto que hoy entendemos por ordenador.
Primera generación (1946-1952). Ordenadores basados en válvulas electrónicas.
Segunda generación (1952-1964). Los ordenadores reducen drásticamente su tamaño
y su consumo mediante la utilización de transistores.
Tercera generación (1964-1971). Nueva reducción de tamaño y consumo al comenzar
a usarse circuitos integrados o chips.
Cuarta generación (1971-1990). Aparece un único circuito integrado que contiene los
principales componentes y circuitos del ordenador, el microprocesador.
Quinta generación (desde 1990). Los avances en capacidad y velocidad de
tratamiento de la información permiten gestionar imágenes y sonido (multimedia) y se
generaliza la interconexión y comunicación entre máquinas distantes (telemática).
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2.2 Composición básica de una computadora
Las computadoras son aparatos electrónicos capaces de interpretar y ejecutar
instrucciones programadas y almacenadas en su memoria, ellas consisten básicamente
en operaciones aritmético-lógicas y de entrada/salida. Se reciben las entradas (datos),
se las procesa y almacena (procesamiento), y finalmente se producen las salidas
(resultados del procesamiento). Por ende todo sistema informático tiene, al menos,
componentes y dispositivos hardware dedicados a alguna de las funciones antedichas a
saber:
Procesamiento: Unidad Central de Proceso o CPU
Almacenamiento: Memorias
Entrada: Periféricos de Entrada (E)
Salida: Periféricos de salida (S)
Entrada/Salida: Periféricos mixtos (E/S)
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2.2 Composición básica de una computadora
Cada uno de estos procesos los realizan los bloques funcionales: periféricos de
entrada, memoria, unidad central de proceso, periféricos de salida. Los bloques se
comunican eléctricamente entre sí, a través de caminos formados por un conjunto de
cables o líneas conductoras que constituyen un “bus”.
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S
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D
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2.2 Composición básica de una computadora
Desde un punto de vista básico y general, un dispositivo de entrada es el que provee el
medio para permitir el ingreso de información, datos y programas (lectura); un
dispositivo de salida brinda el medio para registrar la información y datos de salida
(escritura); la memoria otorga la capacidad de almacenamiento, temporal o permanente
(almacenamiento); y la CPU provee la capacidad de cálculo y procesamiento de la
información ingresada (transformación).
Un periférico mixto es aquél que puede cumplir funciones tanto de entrada como de
salida, el ejemplo más típico es el disco rígido (ya que en él se lee y se graba
información y datos).
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2.3 Unidad Central de Proceso (CPU)
La CPU, siglas en inglés de Unidad Central de Procesamiento, es la componente
fundamental del computador, encargada de interpretar y ejecutar instrucciones y de
procesar datos. En los computadores modernos, la función de la CPU la realiza uno o
más microprocesadores. Se conoce como microprocesador a un CPU que es
manufacturado como un único circuito integrado.
La CPU es el “cerebro” de la computadora, el lugar donde se lleva a cabo la ejecución
de las instrucciones. En los sistemas de computación más grandes, por ejemplo, las
supercomputadoras y los mainframes, las tareas de procesamiento pueden controlarse
por múltiples chips de procesamiento.
Los términos CPU, microprocesador y procesador, suelen ser sinónimos.
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2.3 Unidad Central de Proceso (CPU)
Las unidades centrales de proceso (CPU) en la forma de un único microprocesador no
sólo están presentes en las computadoras personales (PC), sino también en otros tipos
de dispositivos que incorporan una cierta capacidad de proceso o "inteligencia
electrónica"; como pueden ser: controladores de procesos industriales , televisores,
automóviles, calculadores, aviones, teléfonos móviles, electrodomésticos, juguetes y
muchos más.
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2.3 Unidad Central de Proceso (CPU)
El microprocesador se monta en la llamada placa madre, sobre el un zócalo conocido
como Socket de CPU, que permite además las conexiones eléctricas entre los circuitos
de la placa y el procesador. Sobre el procesador y ajustado a la tarjeta madre se fija un
disipador de calor, que por lo general es de aluminio, en algunos casos de cobre; éste
es indispensable en los microprocesadores que consumen bastante energía, la cual, en
gran parte, es emitida en forma de calor: En algunos casos pueden consumir tanta
energía como una lámpara incandescente (de 40 a 130 vatios).
Placa Madre
Socket
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Disipador de calor
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2.3Unidad Central de Proceso (CPU)
Adicionalmente, sobre el disipador se acopla un ventilador, que está destinado a forzar
la circulación de aire para extraer más rápidamente el calor emitido por el disipador.
Complementariamente, para evitar daños térmicos, también se suelen instalar sensores
de temperatura del microprocesador y sensores de revoluciones del ventilador.
La gran mayoría de los circuitos electrónicos e integrados que componen el hardware
del computador van montados en la placa madre.
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2.3Unidad Central de Proceso (CPU)
La placa madre, también conocida como placa base o con el anglicismo "board",es un
gran circuito impreso sobre el que se suelda el chipset, las ranuras de expansión (slots),
los zócalos, conectores, diversos integrados, etc.
Es el soporte fundamental que aloja y comunica a todos los demás componentes por
medio de: Procesador, módulos de memoria RAM, tarjetas gráficas, tarjetas de
expansión, periféricos de entrada y salida. Para comunicar esos componentes, la placa
base posee una serie de buses con los cuales se trasmiten los datos dentro y hacia
afuera del sistema.
La tendencia de integración ha hecho que la placa base se convierta en un elemento
que incluye también la mayoría de las funciones básicas (vídeo, audio, red, puertos de
varios tipos), funciones que antes se realizaban con tarjetas de expansión. Aunque ello
no excluye la capacidad de instalar otras tarjetas adicionales específicas, tales como
capturadoras de vídeo, tarjetas de adquisición de datos, etc.
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2.3Unidad Central de Proceso (CPU)
Tipos de procesador
En los anuncios de ordenadores nos encontramos una serie de terminos que hacen
referencia al microprocesador: Intel, AMD, Celeron, Duron, Pentium IV, Athlon, etc.El primer termino que suele aparecer es Intel o AMD. Hacen referencia al fabricante del
procesador. En funcion del fabricante, las denominaciones de los procesadores
cambian. Intel fabrica los Celeron y Pentium y AMD los Duron, K6, Y Athlon.
Sin entrar en detalles, Los Pentium 4/Athlon son mas potentes que los Celeron/Duron,
aun funcionando a la misma velocidad. Esto se debe a la arquitectura interna.
La velocidad se mide en megahercios (Mhz) o gigahercios (Ghz). Es una medida que
indica el numero de instrucciones que el procesador ejecuta por segundo.
Los hercios son una medida de frecuencia. Indica la frecuencia de un movimiento
vibratorio que realiza una vibracion por segundo. Un megahercio son um millon de
hercios. Intuitivamente, un microprocesador que funcionase a 1 Mhz, serai capaz de
ejecutar un millon de instrucciones por segundo. En el caso que un ordenador funcione
a 1,7GHz, en potencia podria llegar a ejecutar 1.700.000.000 instrucciones por
segundo. Naturalmente, cuanto mas elevado sea este valor, mas rapido resultará ell
ordenador.
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2.4 Memoria
RAM
Del inglés Random Access Memory, que significa literalmente "memoria de acceso
aleatorio"; tal término se refiere a la cualidad de presentar iguales tiempos de acceso a
cualquiera de sus posiciones (ya sea para lectura o para escritura). Esta característica
también es conocida como "acceso directo".
La RAM es la memoria utilizada en una computadora para el almacenamiento temporal
y de trabajo (no masivo).
En la RAM se almacena temporalmente la información, datos y programas que la
Unidad de Procesamiento (CPU) lee, procesa y ejecuta. La memoria RAM también es
conocida como la Memoria principal, Central o de Trabajo" de un computador; a
diferencia de las llamadas memorias auxiliares y de almacenamiento masivo (como
discos duros o cintas magnéticas).
Las memorias RAM son, comúnmente, de características volátiles; lo cual significa que
pierden rápidamente su contenido al interrumpir su alimentación eléctrica.
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2.4.1 Memoria RAM
También son "dinámicas" (DRAM), esto es, que tienen a perder sus datos (por
descarga, aún bajo alimentación eléctrica), por lo cual necesitan un circuito electrónico
específico que se encarga de proveerle un "refresco" (de energía) para mantenerlos.
La memoria RAM de un computador se provee e instala en los llamados “módulos”.
Estos módulos albergan varios circuitos integrados de memoria DRAM que,
conjuntamente, conforman toda la memoria principal.
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2.4.2 Memoria ROM
La memoria ROM (Read Only Memory – Memoria de solo lectura) suele ser algo interno
y “oculto” en los ordenadores personales. Es una memoria especial en la que se escribe
una sola vez la informacion y no se puede borrar ni modificar (al menos no de manera
rapida y facil). Es una memoria no-volatil que contiene la informacion de arranque y
otra informacion critica. Las PC no son los unicos dispositivos con memoria ROM.
Cualquier dispositivo preprogramado como los celulares, microondas, reproductores de
CD, etc.- utilizan este tipo de memoria.
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2.5 Perifèricos
Se entiende por periférico a las unidades o dispositivos que permiten a la computadora
comunicarse con el exterior, esto es, tanto ingresar como exteriorizar información y
datos. Los periféricos son los que permiten realizar las operaciones conocidas como de
entrada/salida (E/S).
Aunque son estrictamente considerados “accesorios” o no esenciales, muchos de ellos
son fundamentales para el funcionamiento adecuado de la computadora moderna; por
ejemplo, el teclado, el disco duro y el monitor son elementos actualmente
imprescindibles; pero no lo son un scanner o un plotter. Para ilustrar este punto: en los
años 80, muchas de las primeras computadoras personales no utilizaban disco duro ni
mouse (o ratón), tenían sólo una o dos disqueteras, el teclado y el monitor como únicos
periféricos.
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2.5 Perifèricos
2.5.1 Periféricos de entrada (E)
De esta categoría son aquellos que permiten el ingreso de información, en general
desde alguna fuente externa o por parte del usuario. Los dispositivos de entrada
proveen el medio fundamental para transferir hacia la computadora (más propiamente al
procesador) información desde alguna fuente, sea local o remota. También permiten
cumplir la esencial tarea de leer y cargar en memoria el sistema operativo y las
aplicaciones o programas informáticos, los que a su vez ponen operativa la
computadora y hacen posible realizar las más diversas tareas.
Entre los periféricos de entrada se puede mencionar: teclado, mouse o ratón, escáner,
micrófono, cámara web , lectores ópticos de código de barras, Joystick, lectora de CD o
DVD (sólo lectoras), placas de adquisición/conversión de datos, etc.
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2.5 Perifèricos
2.5.2. Periféricos de salida (S)
Son aquellos que permiten emitir o dar salida a la información resultante de las
operaciones realizadas por la CPU (procesamiento).
Los dispositivos de salida aportan el medio fundamental para exteriorizar y comunicar la
información y datos procesados; ya sea al usuario o bien a otra fuente externa, local o
remota.
Los dispositivos más comunes de este grupo son los monitores clásicos (no de pantalla
táctil), las impresoras, y los altavoces.
Entre los periféricos de salida puede considerarse como imprescindible para el
funcionamiento del sistema al monitor. Otros, aunque accesorios, son sumamente
necesarios para un usuario que opere un computador moderno.
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2.5 Perifèricos
2.5.3 Periféricos mixtos (E/S)
Son aquellos dispositivos que pueden operar de ambas formas: tanto de entrada como
de salida.Típicamente, se puede mencionar como periféricos mixtos o de
Entrada/Salida a: discos rígidos, disquetes, unidades de cinta magnética, lectograbadoras de CD/DVD, discos ZIP, etc. También entran en este rango, con sutil
diferencia, otras unidades, tales como: Memoria flash, tarjetas de red, módems, placas
de captura/salida de vídeo, etc.
Si bien, puede ponerse al pendrive o Memoria flash o Memoria USB en la categoría de
memorias, normalmente se las utiliza como dispositivos de almacenamiento masivo; y
ellos son todos de categoría Entrada/Salida.
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2.5 Perifèricos
2.5.3 Periféricos mixtos (E/S)
La Pantalla táctil (no el monitor clásico) es un dispositivo que se considera mixto, ya
que además de mostrar información y datos (salida) puede actuar como un dispositivo
de entrada, reemplazando, por ejemplo, algunas funciones del mouse y/o teclado.
Los dispositivos de almacenamiento masivo también son conocidos como "Memorias
Secundarias o Auxiliares". Entre ellos, sin duda, el disco duro ocupa un lugar especial,
ya que es el de mayor importancia en la actualidad, en él se aloja el sistema operativo,
todas las aplicaciones, utilitarios, etc. que utiliza el usuario; además de tener la
suficiente capacidad para albergar información y datos en grandes volúmenes por
tiempo prácticamente indefinido. Los servidores Web, de correo electrónico y de redes
con bases de datos, utilizan discos rígidos de grandes capacidades y con una
tecnología que les permite trabajar a altas velocidades.
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2.7 Hardware Gràfico
El hardware gráfico lo constituyen básicamente las tarjetas de video que actualmente
poseen su propia memoria y Unidad de Procesamiento, llamada unidad de
procesamiento gráfico (o GPU, siglas en inglés de Graphics Processing Unit).
El objetivo básico de la GPU es realizar exclusivamente procesamiento gráfico,
liberando al procesador principal (CPU) de esa costosa tarea (en tiempo) para que
pueda así efectuar otras funciones más eficientemente. Antes de las tarjetas de video
con aceleradores, era el procesador principal el encargado de construir la imagen
mientras la sección de video (sea tarjeta o de la placa base) era simplemente un
traductor de las señales binarias a las señales requeridas por el monitor; y buena parte
de la memoria principal (RAM) de la computadora también era utilizada para estos fines.
Desde la década de 1990, la evolución en el procesamiento gráfico ha tenido un
crecimiento vertiginoso; las actuales animaciones por computadoras y videojuegos eran
impensables veinte años atrás.
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Los dispositivos de almacenamiento (como se menciono anteriormente) son
dispositivos tanto de entrada como de salida. Permiten que el ordenador
guarde información de forma permanente (hasta que el usuario decida
borrarla) para que pueda ser utilizada posteriormente por el computador. Hoy
en dia, los soportes utilizados para almacenar la información en un equipo
doméstico son de dos tipos: magnético y óptico.
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Los soportes magnéticos mas empleados hoy en día son los disquetes (o
discos flexibles) y los discos duros. Se caracterizan porque se puede acceder
casi instantaneamente a cualqueir parte del disco (de la misma forma que
podemos seleccionar cualqueir canción en un CD sin tener que escuchar
previamente las canciones anteriores).
Los disquetes son el medio mas utilizado para transferir datos de un
computador a otro, aunque por su capacidad (1,44 Mb) estan dejando de ser
útiles y se reemplazan por intercambio de ficheros a través de redes
(internet).
El disco duro (HD – HARD DISC) es el dispositivo de almacenamiento por
excelencia. En él se instala el sistema operativo y los programas de
aplicación que se van a utilizar, así como los documentos que vayamos
creando con esas aplicaciones. Es importante recordar que el disco solo se
utiliza como almacenamiento. Cuando los pregramas se ejecutan, deben
transferirse previamente a la memoria, que es de donde el procesador es
capaz de ejecutar las instrucciones.
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Los soportes opticos han tenido un gran desarrollo en esta última década.
Inicialmente, surgió el cd-rom (Compact Disc – read-only Memory) como
medio de almacenameinto masivo (650 Mb), que superaba con creces la
capacidad total de almacenamiento de un disco duro (entonces estaba en el
orden de 200 Mb). El soporte es el mismo que utilizan los CD de música,
pero emplean estructura distinta para almacenar datos.
Hoy disponemos de dispositivos que nos permiten grabar información en un
CD-ROM (quizá el nombre ya no sea adecuado), y encontramos discos CD-R
y CD-RW.
La diferencia entre ambos es que un CD-R solo se puede escribir una vez,
mientras que los CD-RW podemos grabarlos y borrarlos tantas veces como
deseemos (realmente, tienen un límite de unos 1000 borrados). Esto a
permitido que comiencen a sustituir a los disquetes para transferir
información de un ordenador a otro. Sin embargo, su uso principal hoy en día
es como soporte para la instalación y ejecución del software (sistemas
oeprativos, drivers, programas, juegos, etc.-).
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Estamos asistiendo a una nueva revolución en los medios de almacenamiento
masivo. El DVD (Digital Versatile Disk) proporciona una capacidad máxima
de 17 Gb en el mismo espacio que un CD convencional. Existen en el
mercado grabadoras de DVD.
Ambos tipos de dispositivo suelen ir acompañados de una medida de su
velocidad de lectura y escritura (en el caso de las grabadoras de CD), de la
forma 32x,40x,52x etc.- Este valor hace referencia al número de bits por
segundo (bps) que es capaz de leer/escribir.
Estas variables hacen referencia a la velocidad. Se trata de múltiplos de la
capacidad de transferencia original (se identifican con una x) de los CD-ROM.
Por ejemplo, 12x/4x/32x indica, sucesivamente, la velocidad de escritura,
reescritura y lectura.
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Memoria Flash
Se trata de una memoria no volátil, o sea que su contenido no se pierde al
no estar conectada a la corriente eléctrica. Esta condición, por supuesto, es
básica en los equipos electrónicos e informáticos modernos. De esta manera,
se ha transformado en una excelente opción para la telefonía celular, en
dispositivos mini-portátiles, cámaras fotográficas digitales y otros elementos.
En cuanto a las capacidades de almacenamiento que pueden proveer, se ha
avanzado en gran manera en este aspecto en los últimos años. Cuando en
principio se limitaban a un máximo de 128 megas, en la actualidad existen
tarjetas que pueden llegar a los 32 gigabytes.
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2.6 Dispositivos de Almacenamiento
Memoria Flash
Es evidente, en consecuencia, que tanto la capacidad de almacenamiento
como la velocidad de procesamiento de las tarjetas de memoria flash han
avanzado fuertemente en los últimos años. Específicamente en el tema de la
velocidad, por ejemplo, los últimos modelos en tarjetas de este tipo llegan a
transferir información a una velocidad de 30 megas por segundo.
Son muy resistentes a golpes, pequeñas, livianas y sumamente silenciosas.
Permiten un número limitado de veces que se escriben/borran, generalmente
de 100 mil a un millón de veces.
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2.7 Hardware Gràfico
Una GPU implementa ciertas operaciones gráficas llamadas primitivas optimizadas para
el procesamiento gráfico. Una de las primitivas más comunes para el procesamiento
gráfico en 3D es el antialiasing, que suaviza los bordes de las figuras para darles un
aspecto más realista. Adicionalmente existen primitivas para dibujar rectángulos,
triángulos, círculos y arcos. Las GPU actualmente disponen de gran cantidad de
primitivas, buscando mayor realismo en los efectos.
GPU de Nvidia GeForce
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