Capítulo 2: Arquitectura básica PDF

Introducción a los computadores Capítulo 2: Arquitectura básica  INDICE 1.- Componentes 3 2.- Periféricos 43 1.1.- El procesador 3 2.1.- Conectividad 43 1.2....

Introducción a los computadores Capítulo 2: Arquitectura básica  INDICE 1.- Componentes 3 2.- Periféricos 43 1.1.- El procesador 3 2.1.- Conectividad 43 1.2.- La memoria 20 2.2.- El ratón 45 1.3.- La placa base 31 2.3.- El teclado 46 1.4.- El chasis 32 2.4.- La pantalla 49 1.5.- Fuente de alimentación 33 2.5.- El disco duro 59 1.6.- La tarjeta gráfica 34 2.6.- Las memorias USB 72 1.7.- La tarjeta de sonido 38 2.7.- Las memorias SSD 77 1.8.- Las tarjetas de comunicación 39 2.8.- Impresoras y escaners 79 2.9.- SAI / UPS 87 Arquitectura básica 2 1.- Componentes 1.1.- El procesador (I) Un procesador es un sistema digital de tipo secuencial capaz de efectuar un conjunto de operaciones básicas sobre datos (instrucciones). Un programa es un conjunto ordenado de instrucciones que responde a un algoritmo concreto. Los computadores constan de tres bloques principales: 1. Unidad Central de Proceso (UCP). 2. Memoria. 3. Módulos de Entrada/Salida. Estos bloques están interconectados entre sí por grupos de líneas digitales que intercambian información y que se denominan buses. Arquitectura básica 3 1.- Componentes 1.1.- El procesador (II) Esquemáticamente: BUS de Memoria direcciones UCP Datos e instrucciones Unidad de Control BUS de datos Camino de Datos ALU BUS de control Periféricos FPU Módulos de entrada y salida Registros Arquitectura básica 4 1.- Componentes 1.1.- El procesador (III) Unidad de Control es el “cerebro” del procesador y gestiona las señales que gobiernan el bus de control, ALU, registros, etc.. Bus de Datos: Transferencia de información de la Memoria a la UCP y a la inversa (idem. con los módulos de entrada/salida). Bus de Control: Líneas gobernadas por la Unidad de Control que se encarga de controlar el Camino de Datos, la Memoria y las unidades E/S. Bus de Direcciones: Líneas que especifican a la Memoria donde debe LEER o GRABAR la información. Unidad Aritmético-Lógica (ALU o ULA) se dedica a realizar las operaciones lógicas y aritméticas. Arquitectura básica 5 1.- Componentes 1.1.- El procesador (IV) Unidad de coma flotante (FPU): Resuelve la operativa en coma flotante (IEEE754). Antes solía ser un procesador independiente. Registros que es el conjunto de registros donde se almacena la información que interviene en la ejecución de una instrucción: Registro de estado (flags): Indicadores sobre resultados de operaciones y sobre el estado del procesador. Registro de instrucción (IR): Almacena la instrucción que se está ejecutando. Registro contador de programa (PC): Apuntador a la siguiente instrucción que debe ser ejecutada. Registros de operación: Almacenes auxiliares para la realización de operaciones. Banco de Registros: Conjunto de registros que permiten optimizar los procesos; son accesibles al programador. Arquitectura básica 6 1.- Componentes 1.1.- El procesador (V) Un Registro es un sistema secuencial síncrono capaz de almacenar información (un conjunto de bits) durante un tiempo. Señal de entrada Señal autorizadora de carga Señal del reloj del procesador Señal de salida Cada celda del registro es un biestable que almacena un bit (0 o 1). El registro atiende a la entrada cuando por la señal de reloj le llega el valor 1. Si la señal autorizadora de carga toma el valor 1, los valores de las señales de entrada se cargan en los biestables. La señal de salida siempre tiene los valores de los biestables independientemente del valor de la señal del reloj. Arquitectura básica 7 1.- Componentes 1.1.- El procesador (VI) La programación, a nivel de procesador, debe efectuarse en lenguaje máquina con instrucciones muy elementales (lenguaje ensamblador): Pasar contenido de memoria a registro, o viceversa. Saltar secuencia de ejecución a otra dirección de memoria. Evaluar el contenido del registro de flags. Operar con dos registros (sumar, comparar, operaciones lógicas,...). Las instrucciones en lenguaje ensamblador tienen una traducción directa a ceros y unos, que deben ser implementados en la memoria para su ejecución. MOV Cero, c 🡪 1000011110001100 Las instrucciones de lenguajes de alto nivel también se traducen a ceros y unos, pero el proceso de traducción es más complejo (compilación o interpretación). Arquitectura básica 8 1.- Componentes 1.1.- El procesador (VII) Esquema de un procesador sencillo: Arquitectura básica 9 1.- Componentes 1.1.- El procesador (VIII) Cada ciclo de reloj, el procesador ejecuta una microinstrucción: Arquitectura básica 10 1.- Componentes 1.1.- El procesador (IX) Tipos: Microcontroladores: Memoria en el propio componente (PIC, Mips, Arduino,…) Microprocesadores: Memoria externa al componente (Pentium, Athlon, Xeon, AMD,…) Core: Número de núcleos de proceso. Capacidad de ejecutar procesos en paralelo. Dos, tres, cuatro, seis o más de seis núcleos. La Ley de Moore dice que “cada dos años se duplica el número de transistores en un microprocesador”. Arquitectura básica 11 1.- Componentes 1.1.- El procesador (X) Arquitecturas básicas de procesador: Arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computing) Implementa instrucciones complejas. Proporciona un juego de instrucciones más extenso. Los circuitos que las implementan son más complejos. Requieren un periodo de reloj mayor. Simplifican el desarrollo de funciones. Más caros. Intel 8086 🡪 , AMD 🡪 , Motorola 6800 🡪 ,… Arquitectura básica 12 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XI) Arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computing) Implementa instrucciones sencillas. El juego de instrucciones es más limitado. Los circuitos que las implementan son más sencillos. Requieren un periodo de reloj menor (mayor frecuencia). Se requiere la programación de más de una instrucción para realizar el equivalente a una instrucción CISC. Menor consumo de energía. ARM, DEC Alpha 🡪 , MIPS 🡪 , PIC 🡪 ,… Arquitectura básica 13 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XII) La frecuencia de trabajo es número de pasos (ciclos) de ejecución por segundo (actualmente se mide en orden de Ghz 🡪 miles de millones de pasos por segundo). El Reloj del procesador es quién genera la señal. 1 0 t En el procesador las instrucciones máquina se ejecutan por pasos: Búsqueda de la instrucción. Descodificación o interpretación de la instrucción. Búsqueda de operandos. Ejecución y almacenamiento. La frecuencia (número de pasos por segundo) viene dada por la duración del paso que más tiempo requiere. Arquitectura básica 14 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XIII) Si el tiempo requerido para la ejecución del paso más “pesado” es de 0,4 nanoseg. 🡪 4x10-10 seg. En un segundo podrá efectuar: 1 1010 -10 = = 2.500.000.000 pasos (4 * 10 ) 4 Si 1 Hz es un paso por segundo, esto serían 2,5Ghz. 1941 Z3 5 Hz 1946 ENIAC 100 KHz 1974 8080 2 MHz 1981 IBM Pc 8088 4,77 MHz 1993 Pentium 60-200 MHz 2002 Pentium IV 3 GHz 2008 Core i7 3 GHz Arquitectura básica 15 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XIV) El mito del Megahercio ¿Es más rápido un microprocesador cuya frecuencia es mayor que la de otro? No necesariamente: CISC (instrucciones complejas) frente a RISC (sencillas pero rápidas) Número de núcleos. Arquitectura interna (tamaño de buses, memorias, etc.). Se debe realizar un banco de pruebas o benchmark. Arquitectura básica 16 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XV) El procesador va ubicado en un conector específico de la placa base Arquitectura básica 17 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XVI) Arquitectura interna: Arquitectura básica 18 1.- Componentes 1.1.- El procesador (XVII) La interacción con dispositivos externos puede ser de dos formas: Polling Testeo periódico de la entrada/salida. Sencillo, pero presenta inconvenientes: ▪ Retardos. ▪ Espera activa 🡪 consumo de recursos. Interrupciones Disponibilidad 🡪 Petición de interrupción IRQ. La CPU es interrumpida y decide qué hacer. Arquitectura básica 19 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (I) La finalidad de la Memoria es la de almacenar información. En la Memoria se almacenan conjuntos de bits denominados Palabras cuyo tamaño suele ser múltiplo de 8 (byte): de 1 byte, de 2, 4 y hasta 8 bytes (64 bits por palabra). Dentro de la Memoria, las palabras son identificadas por una Dirección (bus de direcciones). Se puede considerar que hay una Memoria Primaria que es con la que actúa directamente la CPU (datos e instrucciones). La Secundaria se corresponde con los dispositivos de almacenamiento como discos, cintas, etc. Arquitectura básica 20 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (II) Jerarquía de la Memoria Registros del procesador Coste por bit Capacidad Memoria caché (L1, L2, L3) Velocidad Memoria RAM Random Access Memory Disco duro Almacenamiento secundario Copias de seguridad Cinta magnética, discos extraíbles, almacenamiento en red Arquitectura básica 21 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (III) Las Memorias Caché son memorias que permiten almacenar información lo más “cerca” posible del procesador. Además son memorias de altas prestaciones (muy buenos tiempos de respuesta). Se presentan en tres niveles: L1: Es la más pequeña pero también la más rápida. Se halla dentro del procesador y puede estar dividida en dos bloques: datos e instrucciones. L2: Por lo general está fuera del procesador. De mayor tamaño que la anterior y no distingue entre datos e instrucciones. L3: Fuera del procesador. Es la mayor de las tres. En procesadores multinúcleo es compartida por todos los núcleos. Arquitectura básica 22 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (IV) Operativa: Lectura: Obtiene la información de la dirección especificada y la deja en el bus de datos. Escritura: Toma la información del bus de datos y la deja en la dirección especificada. Memoria Leer/Escribir Bus de datos Bus de direcciones Arquitectura básica 23 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (V) Direccionamiento: Dirección es un número binario que indica la posición concreta de una palabra en una Memoria. El número de direcciones de una Memoria suele ser 2n, siendo n el número de bits que se emplean para especificar una dirección. Capacidad: Es el número total de bits que puede almacenar una Memoria y se obtiene multiplicando el número de palabras por el tamaño de la palabra. Suele expresarse en bytes (8 bits). Dado que el número de direcciones de una Memoria es una potencia de 2, el acrónimo K (miles) suele representar el valor 1024 que es 2 elevado a 10 (la potencia de 2 más próxima a 1000). Una Memoria de 1K Byte, no tiene 1000 bytes, sino 1024 bytes. Esto es: 1 MB 🡪 1024 KB 1GB 🡪 1024 MB 1TB 🡪 1024 GB Arquitectura básica 24 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (VI) Tiempo de acceso: Es el tiempo que tarda una Memoria en realizar una operación de lectura (desde que se direcciona una posición y se accede a su contenido). Suele ser del orden de nanoseg. (10-9 seg.). 1 Hz 1s Latido humano 6 Hz 150 ms Latencia de busqueda en DVD/CD-ROM/Floppy Disk 100 Hz 10 ms Latencia de acceso a disco duro 13 KHz 77μs Acceso a pendrive USB 75 KHz 13 μs Escritura en un SSD 180 KHz 5μs Lectura en un SSD 200 MHz 5 ns Latencia típica de acceso a DDR DRAM 1 GHz 1 ns Acceso a memoria caché L1 2 GHz 500ps Frecuencia de reloj típica en CPU Arquitectura básica 25 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (VII) Duración de la Información: Memorias permanentes: Su información es grabada en un momento específico (fabricación o similar) y no puede borrarse ni en ausencia de alimentación, únicamente leerse. Memorias volátiles: Requieren alimentación de energía constante, en contraposición a las no volátiles. Memorias con refresco: Sin alimentación de energía, la información sólo permanece durante un tiempo limitado. Es necesario “refrescarlas”. Suelen estar implementadas con condensadores, lo cual las hace más económicas, pero con un tiempo de acceso superior. Arquitectura básica 26 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (V) Memorias ROM (Read Only Memory): Son Memorias que únicamente permiten la operación de lectura. Los datos permanecen invariables de forma permanente, aunque se suspenda la alimentación eléctrica. ROM (ROM con máscara): Es la ROM básica, el fabricante del circuito integrado ha sido quién ha grabado la información que almacena. PROM (ROM programable): Su contenido puede ser modificado mediante herramientas específicas (SW ó HW), pero solo una vez. EPROM (ROM programable y borrable): Su contenido puede ser grabado mediante herramientas específicas (SW ó HW), y puede ser borrado mediante rayos ultravioleta para volver a ser grabado. EEPROM (ROM programable y borrable electrónicamente): Su contenido puede ser grabado mediante herramientas específicas (SW ó HW), y puede ser borrado mediante procedimientos eléctricos. Arquitectura básica 27 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (VI) Memorias RAM (Random Access Memory): Estas Memorias permiten las operaciones de lectura y escritura, pero son volátiles, por lo que pierden la información cuando se suspende la alimentación eléctrica. SRAM (RAM estática): Sus celdas se implementan con biestables. DRAM (RAM dinámica): Sus celdas son más simples y se implementan con condensadores, pero requieren que se refresquen para compensar la pérdida de los condensadores. Son Memorias rápidas, muy integradas y baratas en relación a las anteriores. SDRAM (RAM dinámica sincronzada): Similar a la anterior, pero su periodicidad de refresco esta sincronizado con el bus de sistema del ordenador. Admite una nueva instrucción antes de que haya acabado la anterior. Arquitectura básica 28 1.- Componentes 1.2.- La Memoria (VII) Las DDR (Double Data Rate) SDRAM implementan la memoria RAM y con el tiempo se van mejorando sus prestaciones. DDR Acceso 2 palabras ; Vcc = 2,5 V ; Capacidad max. 1 Gb; 2000 Reloj interno a frecuencia 200 MHz DDR2 Acceso 4 palabras ; Vcc = 1,8 V ; Capacidad max. 2 Gb ; 2004 Reloj interno a frecuencia 533 MHz DDR3 Acceso: 8 palabras ; Vcc = 1,5 V ; Capacidad max. 16 Gb ; 2007 Reloj interno a frecuencia 1066 MHz DDR4 Acceso mínimo: 8 palabras ; Vcc ≤ 1,2 V ; Capacidad max. 2014 32 Gb ; Reloj interno a frecuencia 2133 MHz Arquitectura básica 29 1.2.- La Memoria (VIII) En 2021 salieron las memorias DDR5: Capacidad de 64 Gb a 128 Gb Vcc = 1,1 V Solo para procesadores de última generación. El slot que lo alberga es diferente al de DDR4 (tiene más pines) Reloj interno a 4800 MHz Arquitectura básica 30 1.- Componentes 1.3.- La placa base La placa base es el circuito impreso en el que se ubican todos los componentes de un ordenador: Procesador Memoria Reloj CMOS (pila) BIOS Buses Conectores a discos Puertos de comunicaciones (serie, paralelo, VGA, HDMI, USB, PS/2,…) Ranuras de expansión Arquitectura básica 31 1.- Componentes 1.4.- Chasis El chasis es la estructura, metálica o plástica, cuya función consiste en albergar y proteger los componentes internos del ordenador: La placa base La fuente de alimentación Dispositivos de almacenamiento − Discos duros − Lector/grabador DVD Arquitectura básica 32 1.- Componentes 1.5.- La fuente de alimentación La fuente de alimentación es el componente de provee de energía al ordenador. Corriente eléctrica alterna de 220V Corriente eléctrica contínua ajustada a las necesidades de los componentes (de 12V a 1V ) Implementa un ventilador debido al calor que desprenden los circuitos electrónicos por el paso de la corriente. Efecto Joule. Siendo V el voltaje, R la resistencia y t el tiempo. Proporciona diferentes salidas de voltaje específicas para cada tipo de componente: placa base, tarjeta gráfica, memorias, discos, etc. Arquitectura básica 33 1.- Componentes 1.5.- La fuente de alimentación La fuente de alimentación es el componente de provee de energía al ordenador. Corriente eléctrica alterna de 220V Corriente eléctrica contínua ajustada a las necesidades de los componentes (de 12V a 1V ) Implementa un ventilador debido al calor que desprenden los circuitos electrónicos por el paso de la corriente 🡪 Efecto Joule. Proporciona diferentes salidas de voltaje específicas para cada tipo de componente: placa base, tarjeta gráfica, memorias, discos, etc. Arquitectura básica 34 1.- Componentes 1.6.- La tarjeta gráfica (I) La tarjeta gráfica es el componente que permite convertir los datos digitales en un formato gráfico que puede ser visualizado en una pantalla. Unidad de procesamiento gráfico (GPU): procesa las imágenes de acuerdo a la codificación utilizada. Operaciones con aristas (imágenes en 2D y 3D). Operaciones en coma flotante. Cálculos en paralelo (Matrices). Renderización. Arquitectura básica 35 1.- Componentes 1.6.- La tarjeta gráfica (II) Convertidor analógico-digital. Memoria de video: almacena las imágenes procesadas por la GPU antes de mostrarlas en la pantalla. BIOS de video: contiene la configuración de tarjeta gráfica. Interfaz: conecta la tarjeta gráfica en la placa base. Ventilador: debido a que las actuales tarjetas gráficas implementan grupos de GPU, incrementando notablemente la capacidad de proceso, también incorporan uno o más ventiladores para minimizar el efecto Joule. Arquitectura básica 36 1.- Componentes 1.6.- La tarjeta gráfica (III) Conectores: conecta la tarjeta gráfica en la placa base. - Interfaz VGA estándar: Se utiliza principalmente para las pantallas CRT. Se usa para enviar 3 señales (rojo, azul y verde). - Interfaz de Video Digital DVI: se utiliza para el envío de datos digitales a monitores que sean compatibles con esta interfaz, evitando convertir los datos digitales en analógicos o al revés. - Interfaz S-Video: permite visualizar en una pantalla de televisión lo mismo que se observa en el ordenador 🡪 "Salida de TV". Arquitectura básica 37 1.- Componentes 1.6.- La tarjeta gráfica (IV) Además de la función básica, visualizar información, las tarjetas gráficas también proporcionan funciones para el procesado de gráficos: Procesadores/microcontroladores específicos para el procesado gráfico. Descargan de actividad al procesador del ordenador. Procesado de imágenes más rápido. Arquitectura básica 38 1.- Componentes 1.7.- La tarjeta de sonido Una tarjeta de sonido o placa de sonido es un dispositivo hardware cuya finalidad es procesar sonido, tanto de entrada como de salida. Además de la función básica de generar, o tomar, señal de audio también implementan otras funciones como: Estéreo, THX, Surround,... Software para mezclas, ecualización... Procesamiento MIDI (Musical Instrument Digital Interface) Arquitectura básica 39 1.- Componentes 1.8.- Las tarjetas de comunicación (I) Una tarjeta de red proporciona el punto de conexión de la computadora con una red Ethernet (RJ45). Una tarjeta de conexión serie (COM) proporciona un punto de conexión para comunicaciones en serie (bit a bit en secuencia) Una tarjeta de conexión paralelo proporciona un punto de conexión para comunicaciones en paralelo (impresoras). Varios bits simultáneos. Arquitectura básica 40 1.- Componentes 1.8.- Las tarjetas de comunicación (II) Una tarjeta de conexiones USB proporciona puntos de conexión USB. La tarjeta de conexiones PS/2 es la que facilita la conexión del teclado (morado) y del ratón (verde). La tarjeta para juegos, además de conexiones de audio dispone de una conexión MIDI para joystick o similares. Arquitectura básica 41 1.- Componentes 1.8.- Las tarjetas de comunicación (III) La tarjeta HDMI proporciona puntos de conexión HDMI que permiten conectar el ordenador con una TV, un monitor o un proyector. Conector para tarjetas PCMCIA proporciona el punto de inserción para tarjetas PCMCIA. Arquitectura básica 42 1.- Componentes 1.8.- Las tarjetas de comunicación (IV) Esquema de conectores básicos. Arquitectura básica 43 1.- Componentes 1.8.- Las tarjetas de comunicación (IV) Esquema de conectores básicos. Ratón Paralelo FireBird RJ45 1394 Audio Entrada Salida Micrófono USB Teclado Serie VGA Arquitectura básica 44 2.- Periféricos 2.1.- Conectividad (I) La conexión física de dispositivos externos al ordenador se efectúa a través de los diferentes tipos de conectores anteriormente indicados. Además de la anterior, también es necesario establecer una conexión lógica entre los dispositivos, esto es, el ordenador “debe aprender el idioma que habla el dispositivo”. Algunos de estos “idiomas” suelen estar implementados en el Sistema Operativo del ordenador (son estándares) y conectar el dispositivo es tan simple como hacer la conexión física. Es el caso de teclados, ratones, pantallas,… Sin embargo, otros dispositivos requieren la instalación del software que requiere el SO para dialogar con ellos (impresoras, scaners, lectores de cheques,…). A este software se le denomina Driver. Arquitectura básica 45 2.- Periféricos 2.1.- Conectividad (II) Siendo la gestión de dispositivos E/S una de las funciones que desempeña un SO, los drivers vienen a ser una ampliación de éste. Sistema Operativo Nuevo dispositivo Sistema de control C Gestión E/S o n Cuando se conectan por primera vez suele ser necesario Pantalla e realizar labores de configuración, no así si el dispositivo Ethernet c tiene conectividad plug-and-play. Nuevo DR t Teclado o ……. r e Los dispositivos plug-and-play tiene la ventaja de que s autoconfiguran la conectividad entre ambas partes. Arquitectura básica 46 2.- Periféricos 2.2.- Ratón El Ratón es el dispositivo que permite: Desplazar el puntero por la pantalla. Pulsación izquierda. Pulsación derecha. Click y doble click Rueda de desplazamiento de scroll. Otros botones. - USB - Alámbricos - Ópticos Detección de Puerto Conexión movimiento - PS/2 - Inalámbricos - De bola Arquitectura básica 47 2.- Periféricos 2.3.- El teclado (I) El Teclado es el dispositivo que permite introducir información en el ordenador y, en general, interactuar con él. Arquitectura básica 48 2.- Periféricos 2.3.- El teclado (II) A destacar: Teclas que representan tres caracteres (tecla Alt Gr). Teclas de función: Su funcionalidad depende de los programas y proporcionan “atajos” para la realización de funciones. Tecla Windows, muestra la ventana de programas. Tecla Menú, muestra el menú de funciones para la actividad en curso. Tecla Impr Pant para obtener copias de pantalla. - USB - Alámbricos Puerto Conexión - PS/2 - Inalámbricos Arquitectura básica 49 2.- Periféricos 2.3.- El teclado (III) En los portátiles el teclado es más compacto, no suele haber bloque numérico. La principal novedad es que incorpora un Touchpad que permite realizar las funciones básicas de un ratón. Desplazamiento del puntero deslizando un dedo por la superficie del touchpad. Botón izquierdo. Botón derecho. Hay dispositivos que aportan teclado numérico para portátiles. Arquitectura básica 50 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (I) El mercado ofrece diferentes tipos de pantallas: Pantallas CRT (tubo de rayos catódicos) Pantallas LCD (pantalla de cristal líquido) ▪ TFT ▪ IPS ▪ TN ▪ LED Pantallas OLED (diodos independientes por pixel) Pantallas táctiles Arquitectura básica 51 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (II) El tamaño de la pantalla se especifica por la longitud de la diagonal expresada en pulgadas (1 pulgada = 25,4 milimetros) 21,5” 🡪 54,6 cm 17” 🡪 43,18 cm 15” 🡪 38,1 cm 13” 🡪 33,0 cm Arquitectura básica 52 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (III) La Resolución de una pantalla expresa el número de pixels que puede ser mostrado (pixels horizontal x pixels vertical). Estas son algunas de las resoluciones estandarizadas: Arquitectura básica 53 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (IV) Analizando esta imagen con Paint se pueden apreciar sus pixels Arquitectura básica 54 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (V) Los pixels son los puntos que constituyen las imágenes que se muestran en las pantallas. Cada pixel representa los colores según el patrón RGB (red-green-blue). Por combinación de estos tres colores se obtiene el resto de colores. Un diferente porcentaje de cada uno de los colores primarios da lugar a nuevos colores. Arquitectura básica 55 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (VI) Un ejemplo de RGB lo proporciona PowerPoint cuando se quiere aplicar color de relleno a una forma Se puede especificar un peso de 0 a 255 de cada color, resultando una paleta de 2563 🡪 16.777.216 colores. Arquitectura básica 56 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (VII) El sistema operativo proporciona diversos parámetros que permiten ajustar las características operativas de la pantalla. Una forma de acceder a estos es mediante la opción Sistema. Click con el botón derecho Arquitectura básica 57 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (VIII) Estos son algunos de los parámetros que pueden ser configurados. De especial relevancia el referente a la resolución de la pantalla. Arquitectura básica 58 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (IX) Otros parámetros pueden ser accedidos desde Configuración. Click con el botón derecho Arquitectura básica 59 2.- Periféricos 2.4.- La pantalla (X) Puede establecerse: Un fondo de pantalla (Fondo) Un salvapantallas (Pantalla de bloqueo) Y otras opciones que permiten personalizar el sistema. Arquitectura básica 60 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (I) La unidad de disco duro es el dispositivo de almacenamiento de datos que emplea un sistema de grabación magnética para almacenar archivos digitales. Eje Platillo Se compone de uno o más platos o discos rígidos, unidos Brazo de cabezal por un mismo eje que gira a gran velocidad dentro de una caja metálica sellada. Cabezal Sobre cada plato, y en cada una de sus caras, se sitúa un cabezal de lectura/escritura que flota sobre una delgada lámina Bus de conexión Chasis de aire generada por la rotación de los discos. Alimentación Es una memoria no volátil, la información permanece aunque se apague el equipo Arquitectura básica 61 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (II) Partes de los discos: Plato: cada uno de los discos que hay dentro de la unidad de disco duro. Cara: cada uno de los dos lados de un plato. Cabezal: número de cabeza o cabezal por cada cara. Pista: una circunferencia dentro de una cara Cilindro: son todas las pistas que están alineadas verticalmente (una de cada cara). Sector: cada una de las divisiones de una pista (por lo general 512 bytes). Direccionamiento CHS: Cilindro - Cabezal - Sector Direccionamiento LBA: El disco se estructura en bloques numerados de 512 o 1024 bytes. Arquitectura básica 62 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (III) Aspectos a tener en cuenta: Tiempo medio de búsqueda: tiempo medio que tarda el cabezal en situarse en la pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por el cabezal en ir desde la pista más periférica hasta la más central del disco. Cabezal Búsqueda Es un movimiento físico, mecánico. Arquitectura básica 63 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (IV) Tiempo de lectura/escritura: tiempo medio que tarda el disco en leer o escribir nueva información. Depende de la cantidad de información que se quiere leer o escribir, el tamaño de bloque, el número de cabezales, el tiempo por vuelta y la cantidad de sectores por pista. Cabezal Lectura / Escritura No implica acciones mecánicas, es la captación de señales electromagnéticas. Arquitectura básica 64 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (V) Latencia media: tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco. Cabezal Latencia Es un movimiento físico, mecánico, cuya duración depende de la velocidad de rotación del disco. Arquitectura básica 65 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (VI) Velocidad de rotación: Es la velocidad a la que gira el disco duro, esto es, la velocidad a la que giran el/los platos del disco. A mayor velocidad de rotación, menor latencia media. Cabezal Rotación Es un movimiento físico, mecánico. Los discos están rotando constantemente. Arquitectura básica 66 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (VII) Tasa de transferencia: velocidad a la que puede transferir la información a la computadora una vez que la aguja está situada en la pista y sector correctos. Cabezal Transferencia Memoria del ordenador No implica acciones mecánicas, es la transmisión de las señales electromagnéticas que constituyen los bits leídos. Arquitectura básica 67 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (VIII) Tiempo medio de acceso: tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en la pista), Tiempo de lectura/escritura y la Latencia media (situarse en el sector). Cabezal Lectura / Escritura Latencia Búsqueda Combina retardo por causas mecánicas, las que más tiempo requiere, y electromagnéticas. Arquitectura básica 68 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (IX) Unidades de almacenamiento de información: La unidad mínima es bit. Un byte son 8 bits. Pref. S. Número de Bytes Equivalencia SI byte B 20 =1 100 =1 kilo KB 210 = 1 024 103 = 1 000 mega MB 220 = 1 048 576 106 = 1 000 000 giga GB 230 = 1 073 741 824 109 = 1 000 000 000 tera TB 240 = 1 099 511 627 776 1012 = 1 000 000 000 000 peta PB 250 = 1 125 899 906 842 624 1015 = 1 000 000 000 000 000 exa EB 260 = 1 152 921 504 606 846 976 1018 = 1 000 000 000 000 000 000 zetta ZB 270 = 1 180 591 620 717 411 303 424 1021 = 1 000 000 000 000 000 000 000 yotta YB 280 = 1 208 925 819 614 629 174 706 176 1024 = 1 000 000 000 000 000 000 000 000 Arquitectura básica 69 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (X) Conexiones de unidades de disco: SATA Dos variantes: − Paralelo (IDE o PATA) − Serie (SATA) PATA IDE -> Integrated Device Electronics ATA -> Advanced Technology Attachment Las tasas de transferencia que proporciona llegan hasta 166 Mbps. La conectividad es unidad primaria y secundaria entre la controladora y el disco. Arquitectura básica 70 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (XI) SCSI (Small Computer System Interface) Permite la conexión de hasta 15 dispositivos por controladora. Tasa de transferencia de hasta 320 Mbps. Orientado a servidores de datos. Evolución SCSI 🡪 SAS (Serial Attached SCSI) han llegado a 22 Gbps Arquitectura básica 71 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (XII) FAT32 - El más antiguo - Es el más compatible - No admite archivos de más de 4Gb - No admite particiones de más de 8Tb NFTS - Orientado a Windows, compatibilidad limitada - Posibilidad de configurar permisos de archivo - Diario de cambios para recuperación - Creación de copias de seguridad instantáneas - Admite cifrado de archivos Arquitectura básica 72 2.- Periféricos 2.5.- El disco duro (XIII) exFAT - Evolución de FAT32 y supera sus limitaciones - Compatibilidad Windows, Mac y Linux - Compatible con un gran número de dispositivos (televisiones, reproductores multimedia, videoconsolas, etc) pero menos que FAT32. - Recomendado para unidades externas en las que se prevé guardar archivos de más de 4 Gb. Visita recomendada: http://discosduros.org/tipos-de-discos-duros/ Arquitectura básica 73 2.- Periféricos 2.6.- Las memorias USB - Conexión USB (I) La memoria USB es un tipo de dispositivo para almacenamiento de datos basado en Memorias Flash. Las Memorias Flash son un derivado de las memorias EEPROM (permiten lectura y escritura) y al igual que éstas, la memorización de datos se efectúa en componentes electrónicos 🡪 Transistores (no hay componentes mecánicos). De cara a su utilización, hay que tener en cuenta que las memorias flash sólo permiten un número limitado de escrituras y borrados, generalmente entre 10.000 y un millón, en función de sus especificaciones técnicas. El mercado ofrece unidades con capacidades que oscilan entre 256KB hasta más de 1TB. Arquitectura básica 74 2.- Periféricos 2.6.- Las memorias USB - Conexión USB (II) Partes de una memoria USB Memoria NAND Flash Oscilador de cristal Una llave USB por dentro Conector USB Espacio para otro módulo NAND Bloqueo de escritura LED Controladora del Puntos de acceso dispositivo Arquitectura básica 75 2.- Periféricos 2.6.- Las memorias USB - Conexión USB (III) La conexión USB (Universal Serial Bus) de estos dispositivos, identifica un tipo de puerto que permite conectar dispositivos a una computadora. El USB no requiere la reiniciación del sistema para reconocer la conexión de los periféricos 🡪 Plug-and-play (conectar-y-usar). Por ello también se emplea para la conexión de otros dispositivos. Cuatro generaciones: USB 1.0, con tasas de transferencia del orden de 1,5 Mbps. USB 1.1, con tasas de transferencia del orden de 12 Mbps. USB 2.0, con tasas de transferencia del orden de 480 Mbps. USB 3.0, con tasas de transferencia del orden de 4,8 Gbps. Arquitectura básica 76 2.- Periféricos 2.6.- Las memorias USB - Conexión USB (IV) Cuando se introduce un pendrive en el conector del equipo se muestra en el explorador de archivos como una nueva unidad. En este caso, el sistema operativo lo ha identificado como unidad D:, de forma que se puede analizar su contenido haciendo click en dicha unidad. Para retirar el pendrive hay que “expulsarlo” previamente. De no hacerlo así, se puede dañar el dispositivo y se perdería toda la información contenida en él. Arquitectura básica 77 2.- Periféricos 2.6.- Las memorias USB - Conexión USB (V) Hay dos formas de expulsar el pendrive: En este caso, el sistema operativo lo ha identificado como unidad D:, de forma que se puede analizar su contenido haciendo click en dicha unidad. O seleccionando la unidad en la barra de tareas Arquitectura básica 78 2.- Periféricos 2.7.- Memorias de estado sólido SSD (I) Es un tipo de dispositivo de almacenamiento de datos que utiliza memoria no volátil, como la memoria flash, para almacenar datos. Emplean la misma interfaz SATA que los discos duros. Son el equivalente a discos duros pero sin elementos mecánicos. Mejora notable del rendimiento frente a las discos duros: SSD Disco duro (HDD) Lectura/escritura 500 Mbps 100 Mbps Acceso al dato 0,08 ms 12ms Arquitectura básica 79 2.- Periféricos 2.7.- Memorias de estado sólido SSD (video) Arquitectura básica 80 2.- Periféricos 2.7.- Memorias de estado sólido SSD (II) Algunas ventajas e inconvenientes en relación a los discos duros: Ventajas Inconvenientes Arranque rápido Actualmente más caros Lectura/escritura rápidas Limitada recuperación de datos Necesitan recibir energía periódicamente Menor consumo de energía🡪menos calor pudiéndose perder datos si no es así Menor vida útil, depende del uso intensivo de Más resistente a caídas, golpes y vibraciones lectura/escritura Tiempo de búsqueda constante Menor capacidad de datos El rendimiento no se penaliza por el llenado del Se ve afectado por las actividades de dispositivo mantenimiento de los S.O. Menor peso Fallos inesperados e inminentes Sin ruido Borrado más seguro e irrecuperable Arquitectura básica 81 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (I) Estos dispositivos permiten exteriorizar la información a papel (impresoras) o tomar la información desde soporte papel (escáneres) El mercado ofrece gran variedad de impresoras, que se pueden tipificar de la siguiente forma: Impresora de matriz de puntos (matricial): La impresión se produce mediante un grupo de pequeños pines de metal, los cuales están dispuestos en filas o en pares de filas, en la cabeza de impresión. Entre la cabeza de impresión y el papel está la cinta con tinta. Mientras el cabezal se mueve adelante y atrás, los pines impactan la cinta y el papel debajo, en un patrón determinado por la computadora. Una vez que se termina la línea, un motor avanza el papel a la siguiente línea y el proceso se repite. Arquitectura básica 82 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (II) Impresora laser: Un tambor cilíndrico es cubierto con una película de material fotosensitivo. Una fuente láser, guiada por un espejo o prisma, carga el tambor electroestáticamente en un patrón, de acuerdo a la imagen definida por la computadora. El tambor gira al pasar la luz y luego al depósito de tóner. Las partículas de tóner son atraídas a los sitios cargados en el tambor, y luego transferidas a una hoja de papel cargada opuestamente Finalmente, un rodillo caliente pasa por el papel para prevenir que se corra el tóner. Las impresoras láser son muy versátiles, ofreciendo textos y gráficos de alta calidad. Arquitectura básica 83 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (III) Impresora térmica: Una impresora térmica utiliza una fila (o filas) de pines de metal en la cabeza de impresión. Estos pines son calentados en un patrón, de acuerdo a la imagen deseada. Mientras un papel especial sensible al calor es alimentado a la impresora, los pines calientes decoloran el papel donde hacen contacto. Los pines se enfrían rápidamente después de la impresión, y son recalentados de acuerdo al nuevo carácter o imagen deseada, mientras la cabeza se mueve a través de la hoja. La resolución de este tipo de impresora, así como su velocidad, es usualmente mucho más baja que otros tipos de impresoras. También, el papel especial que utiliza es más caro que el papel normal de impresoras. Arquitectura básica 84 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (IV) Plotter: Un plotter imprime imágenes y caracteres en papel. Hace esto al manipular un lapicero de tinta, o varios, sobre el papel. El plotter dibuja bastante parecido a los humanos, aquí el papel es estacionario y el lapicero es el que se mueve. Arquitectura básica 85 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (V) Escáner: Un escáner es un dispositivo que permite digitalizar información que está en otros soportes físicos (principalmente papel). La digitalización realizada genera un archivo que puede ser tratado por ordenador, por ejemplo por sistemas OCR que detectan textos y los convierten a texto que puede ser tratado como tal. Si bien, los más populares son aquellos que permiten el escaneo hoja a hoja, indicar que para el escaneo masivo hay escáneres que admiten lotes de hojas. También, para uso profesional, hay escáneres capaces de escanear libros con paso de páginas automatizado. Arquitectura básica 86 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáners (VI) Criterios más relevantes para seleccionar una impresora: Velocidad de impresión: Es el número máximo de páginas por minuto que puede imprimir una impresora (ppm). Resolución de impresión: Se determina en base al número de puntos individuales que una impresora puede producir en un espacio lineal de una pulgada (ppp). El buffer de memoria: Es la memoria que dispone la impresora para almacenar la información enviada por el ordenador. Si el tamaño de la memoria es grande, menos peticiones de datos se efectuará al ordenador, lo cual facilitará la autonomía de la impresora y liberará al ordenador de tener que atenderla. Interfaz de conexión: Debe ser compatible con el ordenador (USB, serie, paralelo, Ethernet,...). Consumibles: Hay que tener en cuenta el coste de los consumibles (tóner, cartuchos de tinta, papel especial,…) Arquitectura básica 87 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escáneres (VII) En el caso de escáneres, los criterios serían los siguientes: Resolución de escaneado. Que admita diferentes formatos de salida (PDF, JPG, GIF, TIFF...). El tipo de conectividad (USB, serie, paralelo,…). Velocidad de escaneado. Y otros como. ▪ Alimentación automática. ▪ Escaneo a doble cara. ▪ Tratamientos de mejora del texto. ▪ Escaneo de libros. Arquitectura básica 88 2.- Periféricos 2.8.- Impresoras y escaners (VIII) Un caso aparte son las impresoras 3D que son capaces de replicar objetos o maquetas físicas de diseños realizados por ordenador. En este caso la impresora se alimenta de un material (polvo plástico, polvo metálico, o resinas especiales) con los cuales va conformando el objeto a generar. En función del método de compactación pueden ser: De tinta: Se emplea una tinta que sirve de aglutinante y compactante del polvo que queda solidificado constituyendo la pieza. Laser: El láser transfiere energía al polvo haciendo que se polimerice. Después se sumerge en un líquido que hace que las zonas polimerizadas se solidifiquen. Arquitectura básica 89 2.- Periféricos 2.9.- SAI / UPS Es un dispositivo que garantiza la alimentación de corriente eléctrica a un sistema aunque se produzca un apagón. De relevante importancia en el caso de servidores y dispositivos básicos de una instalación. Son útiles ante: Fallos de alimentación. Caídas de tensión. Picos de corriente, sobretensiones y subtensiones. Infratensiones y sobretensiones prolongadas. Distorsiones en la onda de la línea. Variaciones en las frecuencias. Microcórtes. Distorsión armónica. Arquitectura básica 90