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Hardware de la Computadora Introducción a los Sistemas de Computo Ing. Otto Mejía miumg.instructure.com Hardware de la Computadora Las computadoras que utilizamos a diario, desde los servidores más grandes hasta los relojes inteligentes más pequeños y todo lo demás, son colecciones de diferentes com...

Hardware de la Computadora Introducción a los Sistemas de Computo Ing. Otto Mejía miumg.instructure.com Hardware de la Computadora Las computadoras que utilizamos a diario, desde los servidores más grandes hasta los relojes inteligentes más pequeños y todo lo demás, son colecciones de diferentes componentes electrónicos y software que trabajan juntos en un sistema. Las computadoras digitales existen desde finales de la década de 1930, por lo que no son una novedad. Sin embargo, como puede imaginar, su apariencia y funcionalidad han evolucionado considerablemente desde entonces. Hardware de la Computadora A medida que la tecnología mejoró a lo largo de los años, las computadoras se hicieron más pequeñas y más rápidas, y los inventores agregaron funciones que requerían nuevos dispositivos de hardware. Inspirándose en las máquinas de escribir, se agregaron teclados para facilitar la escritura. Las pantallas visuales requerían un monitor y una tarjeta de video y una interfaz estándar entre ellos. El sonido lo proporcionaba una tarjeta de expansión y unos altavoces diferentes. Debido a las características recién agregadas, las PC eran modulares por necesidad. Es decir, si se necesitara una nueva característica o funcionalidad, se podría agregar un nuevo componente. O si alguna pieza fallara, podría ser reemplazada por una nueva. A finales de la década de 1960, se acuñó el término computadora personal (PC) para diferenciar entre computadoras diseñadas para ser utilizadas por una sola persona y otras opciones, como una computadora central o una en la que varios usuarios comparten un procesador. Hardware de la Computadora Gran parte de la industria informática actual se centra en dispositivos más pequeños, como computadoras portátiles, tabletas y teléfonos inteligentes. Las computadoras portátiles se han vendido más que las computadoras de escritorio desde 2005, y parece que hoy en día todo el mundo tiene un teléfono inteligente a la mano. Sin embargo, la funcionalidad de las piezas individuales sigue siendo fundamental Aunque todas las piezas del interior de la carcasa de una computadora son importantes, algunas son más importantes que otras, que son la placa base, el procesador y la memoria. Sin estos, una computadora no funcionará. Placa Base La columna vertebral de la computadora es la placa base. Esta es la placa de circuito impreso (PCB) , que es una serie conductora de vías laminadas a un sustrato no conductor que recubre la parte inferior de la computadora y que a menudo es de un color uniforme, como verde, marrón, azul, negro o rojo. Es el componente más importante de la computadora porque conecta todos los demás componentes entre sí. La Figura muestra una placa de sistema de PC típica, vista desde arriba. En la placa del sistema, encontrará la ranura de la unidad central de procesamiento (CPU), los circuitos subyacentes, las ranuras de expansión, los componentes de video, las ranuras de memoria de acceso aleatorio (RAM) y una variedad de otros chips. Placa Base Imagen placa base. Factores de forma de la placa base Actualmente hay cientos, si no miles, de placas base diferentes en el mercado. Puede resultar abrumador tratar de determinar cuál es el que se necesita. Para ayudar, piense en las placas base en términos de qué tipo son, según una clasificación estándar. Las placas del sistema se clasifican por su factor de forma (diseño), como ATX e ITX. Tenga cuidado y vigilancia al adquirir una placa base y sus componentes por separado. Las placas base tendrán diferentes ranuras de expansión, admitirán ciertos procesadores y memoria, y encajarán en algunos casos pero no en otros. Factores de forma de la placa base Tecnología avanzada extendida Intel desarrolló la placa base Advanced Technology eXtended (ATX) a mediados de la década de 1990 para mejorar la arquitectura clásica de placa base estilo AT. La placa base ATX tiene el procesador y las ranuras de memoria en ángulo recto con las tarjetas de expansión. Esta disposición alinea el procesador y la memoria con la salida del ventilador de la fuente de alimentación, lo que permite que el procesador funcione a menor temperatura. ATX (y sus derivados, como micro-ATX) es el principal factor de forma de placa base para PC que se utiliza en la actualidad. Las placas base ATX estándar miden 12 ″ × 9,6 ″ (305 mm × 244 mm). Factores de forma de la placa base Tecnología de la información extendida La línea de factores de forma de placas base Information Technology eXtended (ITX) fue desarrollada por VIA Technologies a principios de la década de 2000 como una placa de factor de forma pequeño (SFF) de bajo consumo para usos especiales, incluidos sistemas de cine en casa, sistemas de escritorio compactos y sistemas de juegos. y componentes integrados. La familia consta de los siguientes factores de forma: Mini-ITX — 6,7 ″ × 6,7 ″ (170 mm × 170 mm) Nano-ITX — 4,7 ″ × 4,7 ″ (120 mm × 120 mm) Pico-ITX — 3,9 ″ × 2,8 ″ (100 mm × 72 mm) Móvil-ITX — 2,4 ″ × 2,4 ″ (60 mm × 60 mm) Componentes de la placa base Ahora que comprende los tipos básicos de placas base y sus factores de forma, es hora de observar las características y componentes clave de la placa base y, cuando corresponda, sus ubicaciones entre sí. La siguiente lista resume los conceptos clave que necesita saber sobre las placas base: Arquitectura de autobuses Conjuntos de chips Ranuras de expansión Ranuras de memoria y caché Unidades centrales de procesamiento y zócalos de procesador Conectores de alimentación Conectores de almacenamiento no volátiles integrados (como para discos duros) Encabezados de la placa base (Conectores de entrada y salida) BIOS/UEFI/firmware CMOS y batería CMOS Conectores y encabezados del panel frontal Arquitectura de bus En una PC, los datos se envían de un componente a otro a través de un bus , que es un conjunto común de rutas de señales. En los primeros días, las PC usaban buses en serie, que enviaban un bit a la vez y eran tremendamente lentos. Los ingenieros se dieron cuenta de que podían rediseñar el bus y enviar 8 bits a la vez (a través de líneas separadas sincronizadas), lo que resultó en un gran aumento de velocidad. Esto se conocía como bus paralelo. La desventaja de las comunicaciones paralelas es la pérdida de longitud del circuito (cuánto largo podría tener el circuito) y de rendimiento (cuántos datos podrían moverse a la vez). La señal sólo podía viajar una distancia corta y la cantidad de datos era limitada debido a la cuidadosa sincronización necesaria entre líneas separadas, cuya velocidad debía controlarse para limitar la distorsión en la llegada de las señales individuales al extremo receptor. Lo que alguna vez fue viejo vuelve a ser nuevo, ya que los ingenieros han descubierto métodos para hacer que las transmisiones en serie funcionen a velocidades de datos que son muchas veces más rápidas que las señales en paralelo. Arquitectura de bus Por lo tanto, casi todo lo que vemos hoy utiliza un bus serie. En una placa base se utilizan varios buses diferentes. Se incluyen ranuras de expansión de varias arquitecturas, como PCIe, para permitir la inserción de dispositivos o adaptadores externos. Existen otros tipos de buses dentro del sistema para permitir la comunicación entre la CPU, la RAM y otros componentes con los que se deben intercambiar datos. Los distintos tipos de bus de un sistema informático determinado se pueden clasificar según sus velocidades. Cuanto mayor sea la velocidad del bus, mayor será su rendimiento. En algunos casos, se deben sincronizar varios buses para un rendimiento adecuado, como el bus del sistema y cualquier bus de expansión que funcione a la velocidad del bus frontal. Otras veces, este hará referencia a otro para determinar su propia velocidad. La velocidad del bus interno de una CPU se deriva, por ejemplo, del reloj del bus frontal. Conjuntos de chips Un chipset es una colección de chips o circuitos que realizan funciones de interfaz y periféricas para el procesador. Esta colección de chips suele ser el circuito que proporciona interfaces para la memoria, las tarjetas de expansión y los periféricos integrados, y generalmente dicta cómo se comunicará una placa base con los periféricos instalados. Los conjuntos de chips generalmente reciben un nombre y un número de modelo del fabricante original. Por ejemplo, B550 y X570 son conjuntos de chips que admiten procesadores Advanced Micro Devices, Inc. (AMD), y Z490 y H410 son conjuntos de chips de placa base Intel. Normalmente, el fabricante y el modelo le indican que su conjunto de chips en particular tiene un determinado conjunto de características (por ejemplo, tipo de CPU y RAM admitidas, tipo y marca de video integrado, etc.). Los conjuntos de chips pueden estar formados por uno o varios chips de circuitos integrados. Las placas base basadas en Intel, por ejemplo, suelen utilizar dos chips.. Los conjuntos de chips se pueden dividir en dos grupos funcionales principales, llamados Northbridge y Southbridge. Northbridge El subconjunto Northbridge del conjunto de chips de una placa base es el conjunto de circuitos o chips que realiza una función muy importante: la gestión de comunicaciones periféricas de alta velocidad. El Northbridge es responsable principalmente de las comunicaciones con vídeo integrado mediante PCIe, por ejemplo, y de las comunicaciones de procesador a memoria. Por tanto, se puede decir que gran parte del verdadero rendimiento de una PC depende de las especificaciones del componente Northbridge y de su capacidad de comunicación con los periféricos que controla. Las comunicaciones entre la CPU y la memoria se producen a través de lo que se conoce como bus frontal (FSB), que es simplemente un conjunto de rutas de señales que conectan la CPU y la memoria principal. Northbridge La señal de reloj que controla el FSB se utiliza para controlar las comunicaciones de otros dispositivos, como las ranuras PCIe, lo que las convierte en tecnologías de bus local. El bus trasero (BSB) , si está presente, es un conjunto de rutas de señal entre la CPU y la memoria caché externa. El BSB utiliza la misma señal de reloj que impulsa al FSB. Si no existe un bus posterior, el caché se coloca en el bus frontal con la CPU y la memoria principal. El northbridge está conectado directamente con el southbridge, este controla al Southbridge y ayuda a gestionar las comunicaciones entre el Southbridge y el resto de la computadora. Southbridge El subconjunto Southbridge del chipset es responsable de brindar soporte a los periféricos integrados más lentos (USB, Serial y Parallel ATA, puertos paralelos, puertos serie, etc.), administrando sus comunicaciones con el resto de la computadora y los recursos que se les asignan. Estos componentes no necesitan mantenerse al día con el reloj externo de la CPU y no representan un cuello de botella en el rendimiento general del sistema. Cualquier componente que imponga tal restricción al sistema debería eventualmente desarrollarse para la conexión del FSB. En otras palabras, si está considerando cualquier componente que no sea la CPU, la memoria y el caché, o las ranuras PCIe, Southbridge está a cargo. Southbridge La mayoría de las placas base actuales tienen puertos USB, de red y de audio analógico y digital integrados para que Southbridge los administre, Southbridge también es responsable de gestionar las comunicaciones con los buses de expansión más lentos, como PCI, y los buses heredados. AMD e Intel han integrado las funciones de Northbridge y Southbridge en la mayoría de sus CPU. Por lo tanto, la CPU proporciona funcionalidad Northbridge y Southbridge en lugar de conjuntos de chips separados. Northbridge y Southbridge Ranuras de expansión Las partes más visibles de cualquier placa base son las ranuras de expansión. Como sugiere su nombre, estas ranuras se utilizan para instalar varios dispositivos en la computadora para ampliar sus capacidades. Algunos dispositivos de expansión que pueden instalarse en estas ranuras incluyen tarjetas de interfaz de vídeo, red, sonido y disco. Si observa la placa base de su computadora, lo más probable es que vea uno de los principales tipos de ranuras de expansión que se utilizan en las computadoras hoy en día, que son PCI y PCIe. Ranuras de expansión PCI Ahora se considera una tecnología antigua, pero muchas placas base que se utilizan hoy en día todavía contienen ranuras de interconexión de componentes periféricos (PCI) de 32 bits. Son fácilmente reconocibles porque miden sólo alrededor de 3 pulgadas de largo y son clásicamente blancas, aunque las tablas modernas se toman libertades con el color. Las ranuras PCI se hicieron extremadamente populares con la llegada de los procesadores de clase Pentium a mediados de los años 1990. Aunque la popularidad ha pasado de PCI a PCIe, no se puede ignorar el servicio que la ranura PCI ofrece a la industria. Los buses de expansión PCI funcionan a 33 MHz o 66 MHz (versión 2.1) a través de un canal de 32 bits (4 bytes), lo que da como resultado velocidades de datos de 133 MBps y 266 MBps , respectivamente, siendo 133 MBps la más común, excluidas las arquitecturas de servidor. Ranuras de expansión PCI Sin embargo, PCI es una topología de bus compartido, por lo que mezclar adaptadores de 33 MHz y 66 MHz en un sistema de 66 MHz ralentizará todos los adaptadores a 33 MHz. Es posible que los servidores más antiguos también hayan incluido ranuras PCI de 64 bits, desde la versión 1.0, que duplican las velocidades de datos de 32 bits. Las ranuras y adaptadores PCI se fabrican en versiones de 3,3V y 5V. Los adaptadores universales están codificados para encajar en ranuras según cualquiera de los dos voltajes. La muesca en el borde de la tarjeta de las ranuras y adaptadores comunes de 5 V está orientada hacia la parte frontal de la placa base, y la muesca en los adaptadores de 3,3 V hacia la parte trasera. Ranuras de expansión PCIe La arquitectura de ranura de expansión más común que utilizan las placas base es PCI Express (PCIe). Fue diseñado para reemplazar a PCI, así como a un estándar de tarjeta de video más antiguo llamado puerto de gráficos acelerados (AGP). PCIe tiene la ventaja de ser más rápido que AGP y al mismo tiempo mantener la flexibilidad de PCI. PCIe no tiene compatibilidad de enchufe ni con AGP ni con PCI. Se hace referencia casualmente a PCIe como arquitectura de bus para simplificar su comparación con otras tecnologías de bus. Los verdaderos buses de expansión comparten el ancho de banda total entre todas las ranuras, cada una de las cuales conecta con diferentes puntos a lo largo de las líneas de bus comunes. Por el contrario, PCIe utiliza un componente de conmutación con conexiones punto a punto a las ranuras, lo que le da a cada componente un uso completo del ancho de banda correspondiente y produce más una topología en estrella que un bus. Ranuras de expansión PCIe Ranuras de expansión PCIe Ranuras de memoria y cache La memoria de acceso aleatorio (RAM) , son las siguientes ranuras más notables en una placa base. Estas ranuras están diseñadas para los módulos que contienen chips de memoria que forman la memoria primaria, que se utiliza para almacenar datos e instrucciones actualmente utilizados para la CPU. Un módulo de memoria dual en línea (DIMM) es un tipo de placa de circuito. Los DIMM actuales difieren en la cantidad de conductores o pines que utiliza cada factor de forma física particular. Algunos ejemplos comunes incluyen configuraciones de 168, 184, 240 y 288 pines. Además, la memoria de las computadoras portátiles viene en factores de forma más pequeños conocidos como DIMM de contorno pequeño (SODIMM) y Micro-DIMM Las ranuras DIMM clásicas solían ser negras y, como todas las ranuras de memoria, estaban colocadas muy juntas. Sin embargo, las ranuras DIMM con codificación de colores son más comunes hoy en día. Ranuras de memoria y cache El número de ranuras de memoria varía de una placa base a otra, pero la estructura de las diferentes ranuras es similar. Las clavijas metálicas en la parte inferior hacen contacto con las clavijas metálicas de cada módulo de memoria. Pequeñas pestañas de metal o plástico a cada lado de la ranura mantienen el módulo de memoria seguro en su ranura. El controlador de memoria, es el chip que gestiona el acceso a la RAM. Otro tipo de memoria común en las PC es la memoria caché , que es pequeña y rápida y lógicamente se ubica entre la CPU y la RAM. La caché mejora el rendimiento del sistema al predecir lo que la CPU solicitará a continuación y al obtener previamente esta información antes de que se la solicite. Este paradigma permite que la memoria caché sea más pequeña que la propia RAM. Sólo los datos y el código utilizados más recientemente o los que se espera que se utilicen a continuación se almacenan en la memoria caché. Ranuras de memoria y cache Ranuras de memoria y cache Nivel 1 La caché L1 es la más pequeña y rápida y está en el propio procesador. En otras palabras, es una parte integrada del patrón de fabricación que se utiliza para estampar las rutas del procesador en el chip de silicio. Aunque la definición de caché L1 no ha cambiado mucho a lo largo de los años, no ocurre lo mismo con otros niveles de caché. Los cachés L2 y L3 solían estar en la placa base, pero ahora también se han movido a la mayoría de los procesadores. Las mayores diferencias son la velocidad y si se comparten. Nivel 2 La caché L2 es más grande pero un poco más lenta que la caché L1. Para procesadores con múltiples núcleos, cada núcleo generalmente tendrá sus propios cachés L1 y L2 dedicados. Algunos procesadores comparten una caché L2 común entre los núcleos. Nivel 3 La caché L3 es más grande y más lenta que L1 o L2 y generalmente se comparte entre todos los núcleos del procesador. Ranuras de memoria y cache El orden creciente típico de capacidad y distancia desde el procesador es caché L1, caché L2, caché L3, RAM y HDD/SSD (unidad de disco duro y unidad de estado sólido 2 ). Este es también el típico orden decreciente de velocidad. La siguiente lista incluye capacidades representativas de estos tipos de memoria. – – – – – Caché L1: 80 KB (32 KB para instrucciones y 48 KB para datos) Caché L2: 512 KB Caché L3: 8 a 16 MB RAM: 16 a 256 GB HDD/SSD: cientos de GB a varios TB Ranuras de memoria y cache Unidad central de procesamiento y zócalo del procesador El “cerebro” de cualquier computadora es la unidad central de procesamiento (CPU). No hay computadora sin CPU. Normalmente, en las computadoras actuales, el procesador es el componente más fácil de identificar en la placa base. Generalmente es el componente que tiene un ventilador o un disipador de calor (generalmente ambos) conectados. Estos dispositivos se utilizan para alejar y dispersar el calor que genera un procesador. Esto se hace porque el calor es el enemigo de la microelectrónica. Los procesadores actuales generan suficiente calor que, sin dispersión de calor, se dañarían permanentemente a sí mismos y a la placa base en cuestión de minutos, si no segundos. Los zócalos de CPU son casi tan variados como los procesadores que contienen. Los enchufes son básicamente planos y tienen varias columnas y filas de orificios o pasadores dispuestos en un cuadrado. Unidad central de procesamiento y zócalo del procesador El zócalo izquierdo se conoce como Socket AM4, está diseñado para procesadores AMD como el Ryzen y tiene orificios para recibir los pines de la CPU. Esto se conoce como disposición de matriz de rejilla de pines (PGA) para un zócalo de CPU. Los orificios y los pasadores están en orientación de fila/columna, una serie de pasadores. El zócalo derecho se conoce como LGA 1200 y hay pines con resorte en el zócalo y una rejilla de terminales en la CPU. El Land Grid Array (LGA) es una tecnología más nueva que coloca los delicados pines (aunque más resistentes que los de los chips) en la placa base más barata en lugar de en la CPU más cara, al contrario de lo que hace el antiguo PGA. El dispositivo con las clavijas debe reemplazarse si las clavijas están demasiado dañadas para funcionar. Unidad central de procesamiento y zócalo del procesador Los zócalos de CPU modernos cuentan con un mecanismo que reduce la necesidad de aplicar una fuerza considerable a la CPU para instalar un procesador, lo cual era necesario en los primeros días. Para las CPU basadas en el concepto PGA, los zócalos de fuerza de inserción cero (ZIF) son sumamente populares. Los zócalos ZIF utilizan una palanca de plástico o metal en uno de los dos bordes laterales para bloquear o liberar el mecanismo que asegura las clavijas de la CPU en el zócalo. La CPU se monta en la parte superior móvil del zócalo y los contactos del zócalo que se acoplan con las clavijas de la CPU están en la parte inferior fija del zócalo. Unidad central de procesamiento y zócalo del procesador Para los procesadores basados en el concepto LGA, se utiliza un zócalo con un mecanismo de bloqueo diferente. Debido a que no hay receptáculos ni en la placa base ni en la CPU, no hay posibilidad de un mecanismo de bloqueo que mantenga el componente con las clavijas en su lugar. Los zócalos compatibles con LGA, tienen una tapa que se cierra sobre la CPU y se bloquea en su lugar mediante un brazo en forma de L que bordea dos de los bordes del zócalo. Enumerar todos los tipos de sockets de PC de escritorio que puede encontrar llevaría mucho tiempo. Unidad central de procesamiento y zócalo del procesador Conectores Conectores de almacenamiento no volátiles integrados Casi todos los usuarios almacenan datos y el dispositivo de almacenamiento de datos más utilizado es un disco duro. Los discos duros almacenan datos incluso cuando el dispositivo está apagado, lo que explica por qué a veces se les denomina almacenamiento no volátil. IDE/ATA paralelo En un momento, las unidades IDE eran el tipo de disco duro más común que se encontraba en las computadoras. Aunque a menudo se lo considera en relación con los discos duros, IDE era mucho más que una interfaz de disco duro; También era una interfaz popular para muchos otros tipos de unidades, incluidas las unidades ópticas y de cinta. Hoy lo llamamos IDE Parallel ATA (PATA) y lo consideramos una tecnología heredada. Conectores Serial ATA Serial ATA (SATA) comenzó como una mejora de las especificaciones ATA originales, también conocidas como IDE y, hoy en día, PATA. La tecnología está demostrando que la progresión ordenada de datos en una ruta de un solo archivo es superior a colocar varios bits de datos en paralelo e intentar sincronizar su transmisión hasta el punto de que todos los bits lleguen simultáneamente. En otras palabras, si se pueden construir transceptores más rápidos, las transmisiones en serie serán más sencillas de adaptar a velocidades más rápidas que las transmisiones en paralelo. La primera versión de SATA, conocida como SATA 1,5 Gbps ( y también por los términos menos preferidos SATA I y SATA 150), utilizaba un esquema de codificación 8b/10b que requiere 2 bits generales sin datos por cada 8 bits de datos. Conectores El resultado es una pérdida del 20 por ciento del ancho de banda nominal. El lado positivo, sin embargo, es que las matemáticas se vuelven bastante fáciles. Normalmente, hay que dividir entre 8 para convertir bits a bytes. Con la codificación 8b/10b, se divide por 10. Por lo tanto, el rendimiento de 150 MBps por el cual se apodó a esta versión de SATA se deriva fácilmente como 1/10 de la velocidad de transferencia de 1,5 Gbps. La especificación SATA original también preveía el intercambio en caliente a discreción de los fabricantes de la placa base y de la unidad. Matemáticas similares funcionan para SATA 3 Gbps, etiquetados como SATA II y SATA 300, y SATA 6 Gbps, que quizás escuche llamar SATA III o SATA 600. Tenga en cuenta que cada versión posterior duplica el rendimiento de la versión anterior. Conectores Otra versión de SATA disponible es la SATA externa ( eSATA ). Como era de esperar según el nombre, esta tecnología se desarrolló para dispositivos que se encuentran fuera de la carcasa, no dentro de ella. Muchas placas base tienen un conector eSATA incorporado. De lo contrario, puede comprar una tarjeta de expansión que tenga puertos eSATA y se conecte a conectores SATA internos. La Figura muestra un ejemplo de en qué se diferencian los dos puertos. Finalmente, los estándares SATA y eSATA son compatibles. En otras palabras, SATA 6 Gbps equivale a eSATA 6 Conectores El desarrollo más reciente en conexiones de expansión es M.2 (pronunciado “M punto 2”). Hasta ahora se utiliza principalmente para discos duros, pero otros tipos de dispositivos, como Wi-Fi, Bluetooth, sistema de posicionamiento global (GPS) y adaptadores de comunicación de campo cercano (NFC) también están diseñados para M.2. Es importante señalar que M.2 es un factor de forma, no un estándar de bus. El factor de forma admite buses SATA, USB y PCIe existentes. Esto significa que si conecta un dispositivo SATA a una ranura M.2 (con el conector adecuado), la velocidad del dispositivo estará regulada por los estándares SATA. BIOS/UEFI y la rutina POST Firmware es el nombre que se le da a cualquier software codificado en hardware, generalmente un chip de memoria de sólo lectura (ROM). La mayoría de las computadoras, impresoras grandes y dispositivos sin sistema operativo usan firmware de alguna manera. El mejor ejemplo de firmware es el Sistema Básico de Entrada/Salida (BIOS) de una computadora , que está grabado en un chip. Además, algunas tarjetas de expansión, como las tarjetas SCSI y los adaptadores de gráficos, utilizan sus propias utilidades de firmware para configurar periféricos. El chip BIOS, también conocido como chip ROM BIOS, es uno de los chips más importantes de la placa base. Este chip de memoria especial contiene el software del sistema BIOS que inicia el sistema y permite que el sistema operativo interactúe con cierto hardware de la computadora en lugar de requerir un controlador de dispositivo más complejo para hacerlo. BIOS/UEFI y la rutina POST El chip BIOS se identifica fácilmente: si tiene una computadora de marca, este chip puede tener el nombre del fabricante y generalmente la palabra BIOS. En el caso de los clones, el chip suele tener una pegatina o una impresión de uno de los principales fabricantes de BIOS (AMI, Phoenix, Award, Winbond y otros). En placas base posteriores, el BIOS puede ser difícil de identificar o incluso puede estar integrado en Southbridge, pero la funcionalidad permanece independientemente de cómo se implemente. El sucesor del BIOS es la Interfaz de firmware extensible unificada (UEFI). Las características extensibles de UEFI permiten el soporte de una amplia gama de sistemas y plataformas al permitir que UEFI acceda a los recursos del sistema para el almacenamiento de módulos adicionales que se pueden agregar en cualquier momento. BIOS/UEFI y la rutina POST En un nivel básico, BIOS/UEFI controla las opciones de arranque del sistema, como la secuencia de unidades desde las que buscará archivos de arranque del sistema operativo. El menú de secuencia de inicio desde BIOS/UEFI se muestra en la Figura. También estarán disponibles otras opciones de configuración de interfaz, como habilitar o deshabilitar puertos integrados o una tarjeta de video integrada. Una opción popular en las computadoras corporativas es desactivar los puertos USB, lo que puede aumentar la seguridad y disminuir el riesgo de contraer un virus. La mayoría de las utilidades de configuración BIOS/UEFI tienen más que ofrecer que una simple interfaz para realizar selecciones y guardar los resultados. Por ejemplo, estas utilidades suelen ofrecer rutinas de diagnóstico que puede utilizar para que BIOS/UEFI analice el estado y la calidad de los mismos componentes que inspecciona durante el arranque, pero a un nivel mucho más profundo. BIOS/UEFI y la rutina POST Considere el escenario en el que una computadora hace ruido y se sobrecalienta. Puede utilizar la utilidad de configuración BIOS/UEFI para acceder a los diagnósticos integrados para verificar la velocidad de rotación de los ventiladores de la placa base. Si los ventiladores funcionan más lento de lo esperado, el ruido podría estar relacionado con los rodamientos de uno o más ventiladores, haciendo que pierdan velocidad y, por tanto, capacidad de refrigeración. A menudo también hay una página dentro de la utilidad que le brinda acceso a información como lecturas actuales en vivo de la temperatura de la CPU y la temperatura ambiente del interior de la unidad del sistema. En dicha página, puede configurar la temperatura a la que BIOS/UEFI emite un tono de advertencia y la temperatura a la que BIOS/UEFI apaga el sistema para protegerlo. También puede monitorear las velocidades del bus y los niveles de voltaje de la CPU y otros puntos vitales para asegurarse de que todos estén dentro de rangos aceptables. BIOS/UEFI y la rutina POST Es posible que pueda establecer un umbral de velocidad del ventilador más bajo en el que el sistema emita una advertencia. En muchos casos, algunos de estos niveles se pueden modificar para lograr fenómenos como overclocking, que consiste en utilizar BIOS/UEFI para configurar el reloj del sistema por encima de lo que la CPU está clasificada, o undervolting , que consiste en reducir el voltaje de la CPU. y RAM, que reduce el consumo de energía y la producción de calor. BIOS/UEFI y la rutina POST BIOS/UEFI Seguridad y cifrado BIOS/UEFI siempre ha desempeñado un papel en la seguridad del sistema. Desde los primeros días de la computadora personal, el BIOS permitía la configuración de dos contraseñas: la contraseña de usuario (o de inicio) y la contraseña de supervisor/administrador, o de acceso. La contraseña de inicio es necesaria para salir de las pantallas de encendido iniciales y comenzar el proceso de inicio de un sistema operativo. Se requiere la contraseña de administrador antes de ingresar a la utilidad de configuración BIOS/UEFI. Siempre es una buena idea establecer la contraseña de administrador, pero la contraseña de inicio no debe establecerse en sistemas públicos que necesitan iniciarse por sí solos, en caso de un ciclo de energía imprevisto. BIOS/UEFI Seguridad y cifrado La seguridad BIOS/UEFI se ha ampliado hasta un punto en el que el sistema operativo está listo para hacerse cargo. BIOS/UEFI era un candidato perfecto para supervisar la seguridad y la integridad de forma independiente de la plataforma. Junto con el Módulo de plataforma segura (TPM) , un coprocesador de seguridad dedicado o criptoprocesador , el BIOS se puede configurar para iniciar el sistema solo después de autenticar el dispositivo de inicio. Esta autenticación confirma que el hardware que se está iniciando se ha vinculado al sistema que contiene BIOS/UEFI y TPM, un proceso conocido como sellado. Sellar los dispositivos al sistema también prohíbe su uso después de retirarlos del sistema. Para mayor seguridad, las claves creadas se pueden combinar con un PIN o contraseña que desbloquea su uso o con una unidad flash USB que se debe insertar antes de arrancar. BitLocker de Microsoft utiliza el TPM para cifrar todo el disco. Normalmente, sólo se pueden cifrar los datos del usuario, pero BitLocker cifra los archivos del sistema operativo. BIOS/UEFI Seguridad y cifrado Configuracion de TPM en Windows BIOS/UEFI Seguridad y cifrado POST Una función importante del BIOS/UEFI es realizar un proceso conocido como autoprueba de encendido (POST). POST es una serie de comprobaciones del sistema realizadas por el BIOS/UEFI del sistema y otros componentes. Entre otras cosas, la rutina POST verifica la integridad del propio BIOS/UEFI. También verifica y confirma el tamaño de la memoria primaria. Durante la POST, el BIOS también analiza y cataloga otras formas de hardware, como buses y dispositivos de arranque, además de gestionar el paso del control a las rutinas BIOS/UEFI. La BIOS/UEFI es responsable de ofrecer al usuario una secuencia de teclas para ingresar a la rutina de configuración cuando comienza la POST. POST Finalmente, una vez que POST se ha completado exitosamente, el BIOS/UEFI selecciona el dispositivo de inicio más alto en el orden de inicio configurado y ejecuta el registro de inicio maestro (MBR) o una construcción similar en ese dispositivo para que el MBR pueda llamar al cargador de inicio de su sistema operativo asociado y continúa arrancando. El proceso POST puede finalizar con un código de sonido o un código mostrado que indica el problema descubierto. Cada editor de BIOS/UEFI tiene su propia serie de códigos que se pueden generar. La Figura muestra una pantalla POST simplificada durante la secuencia de arranque inicial de una computadora. CMOS y batería CMOS La PC debe mantener ciertas configuraciones cuando está apagada y su cable de alimentación está desconectado: Fecha Tiempo Configuración del disco duro/unidad óptica Memoria Configuraciones de la CPU, como overclocking Puertos integrados (configuración y activación/desactivación) Secuencia de inicio Gestión de energía Soporte de virtualización Seguridad (contraseñas, configuración del Módulo de plataforma segura) CMOS y batería CMOS Considere una situación en la que agregó un nuevo adaptador de gráficos a su computadora de escritorio, pero el puerto de pantalla integrado continúa activo, lo que impide que funcione la nueva interfaz. La solución podría ser modificar la configuración de BIOS/UEFI para desactivar el adaptador de gráficos interno, de modo que el nuevo se haga cargo. Es posible que sea necesaria una reconfiguración similar de la configuración de BIOS/UEFI cuando se desea realizar overclocking (o cambiar la velocidad del reloj del sistema), o cuando desea establecer contraseñas basadas en BIOS/UEFI o establecer cifrado de todo el disco basado en TPM, como con BitLocker de Microsoft. Si bien no se utiliza mucho hoy en día, la fecha y hora del sistema se pueden modificar en la utilidad de configuración BIOS/UEFI de su sistema. Hubo un tiempo en que, en los primeros días de la informática personal, era posible que fuera necesario cambiar la fecha y la hora de esta manera. CMOS y batería CMOS La PC guarda estas configuraciones en un chip de memoria especial llamado chip de memoria semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS). En realidad, CMOS (generalmente pronunciado seemoss ) es una tecnología de fabricación de circuitos integrados. El primer chip de uso común fabricado con tecnología CMOS fue un tipo de chip de memoria, la memoria para BIOS/UEFI. Como resultado, el término CMOS se quedó y es el nombre aceptado para este chip de memoria. BIOS/UEFI comienza con su propia información predeterminada y luego lee información del CMOS, como qué tipos de discos duros están configurados para usar en esta computadora, qué unidades deben buscar sectores de arranque, etc. Cualquier información superpuesta leída desde el CMOS anula la información predeterminada del BIOS/UEFI. La falta de información correspondiente en el CMOS no elimina la información que el BIOS conoce de forma nativa. CMOS y batería CMOS Este proceso es una fusión , no una sobreescritura. La memoria CMOS generalmente no se puede actualizar en términos de capacidad y puede estar integrada en el chip BIOS/UEFI o en el Southbridge. Para mantener su configuración, la memoria basada en circuitos integrados debe tener energía constantemente. Cuando apaga una computadora, todo lo que queda en este tipo de memoria se pierde para siempre. La tecnología de fabricación CMOS produce chips con requisitos de energía muy bajos. Como resultado, los circuitos electrónicos actuales son más susceptibles a sufrir daños por descargas electrostáticas (ESD). Otra ramificación es que no se necesita mucha fuente de energía para evitar que los chips CMOS pierdan su contenido.