Recursos Físicos (Hardware) PDF - Instituto Superior

TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN Tema: Recursos Físicos (Hardware) Introducción 4to año Secundaria Docente: César Manuel Giménez Instituto Superior “Nuestra Señora de la Misericordia” I-29 Tecnología de la Información y la...

TECNOLOGÍA DE LA INFORMACIÓN Y LA COMUNICACIÓN Tema: Recursos Físicos (Hardware) Introducción 4to año Secundaria Docente: César Manuel Giménez Instituto Superior “Nuestra Señora de la Misericordia” I-29 Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción LA COMPUTADORA Se puede definir a la computadora como "una máquina universal, capaz de interpretar y ejecutar una serie de operaciones elementales, relativas al tratamiento de la información, (instrucciones) y resolver Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores cualquier tipo de aplicación o tarea". Una computadora se compone de un equipo físico, que en el argot técnico recibe el nombre de hardware y un equipo lógico, al que se denomina software. El equipo físico está configurado, esencialmente, por componentes microelectrónicos avanzados, que proporcionan el soporte necesario para la interpretación y ejecución de un pequeño repertorio de instrucciones o algoritmos elementales. El equipo lógico del ordenador no tiene carácter material y consiste en una serie ordenada de instrucciones comprensibles a la máquina, que conforman un programa apto para desarrollar una tarea o aplicación concretas. La potencia de un ordenador no radica en la complejidad de sus instrucciones, que más bien son muy sencillas, sino en la enorme velocidad de su desarrollo o ejecución. Así, por ejemplo, el hardware de muchos microordenadores sólo es capaz de entender instrucciones aritméticas de sumar y restar. Sin Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 embargo, al poder ejecutar varios millones de estas operaciones básicas en un segundo, combinándolas adecuadamente, pueden resolverse operaciones enormemente complicadas. CLASES DE COMPUTADORAS Supercomputadoras: son las más poderosas y costosas de la actualidad. Su funcionamiento requiere de un gran consumo de energía eléctrica. Se usan para tareas en las que se prioriza la velocidad de cálculo. La NASA es uno de los pocos organismos en el mundo que posee supercomputadoras, imprescindibles en los cálculos para planificar exploraciones espaciales. Macrocomputadoras (mainframe): surgieron a partir de la necesidad de realizar tareas de gran magnitud, como el procesamiento de una enorme cantidad de datos. Generalmente atienden a varios usuarios. Se utilizan para el control de procesos de calidad, para almacenar las bases de datos de las líneas aéreas, etc. Minicomputadoras: son más pequeñas que las macrocomputadoras, pero los servicios que prestan hacen que la diferencia entre una y otra sea cada vez más difícil de establecer. Si bien la mayoría puede manejar muchas terminales, algunas están diseñadas para un único usuario. Microcomputadoras: son aquellas cuya unidad central de procesamiento es un microprocesador. Se usan para procesos más simples, en la oficina, el hogar, etc. La PC (del inglés Personal Computer) es una computadora de este tipo, muy versátil, de bajo costo y, como su nombre lo indica, consagrada al uso personal. Las PC pueden ser de escritorio (minitower, tower y desktop) y las transportables (laptop, notebook, netbook, palmtop, etc.). EL HARDWARE Es la parte material de una computadora o sistema informático, son todos los elementos físicos que integran una PC (eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos). Está compuesto por cables, gabinetes o cajas, periféricos y soportes de todo tipo y cualquier otro componente físico involucrado. El hardware de una computadora se subdivide en dos partes, el hardware básico, que agrupa a todos los componentes imprescindibles para el funcionamiento de la PC (fuente, placa madre, memorias internas, CPU, disco rígido, monitor, teclado, mouse) y el hardware complementario, que es todo aquel componente no esencial para el funcionamiento de la PC (impresoras, cámaras, pendrive, auriculares, micrófono, modem, etc) Página - 1 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción BUS Los componentes y dispositivos que componen una computadora se interconectan por medio de circuitos de líneas dispuestas en la placa madre por donde circulan los distintos tipos de señales. Estos Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores circuitos reciben el nombre de bus. Periféricos CPU Memoria de E/S BUS La función del bus es la de permitir la conexión lógica entre distintos subsistemas de un sistema digital, enviando datos entre dispositivos de distintas clases. La mayoría de los buses están basados en conductores metálicos por los cuales se transmiten señales eléctricas que son enviadas y recibidas con la ayuda de circuitos integrados que poseen una interfaz Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 del bus dado y se encargan de manejar las señales y entregarlas como datos útiles. Las señales digitales que se trasmiten son de datos, de dirección o señales de control. Tipos de bus: el bus se clasifica por el método de envío de la información: paralelo o serie.  Bus paralelo: los datos son enviados por bytes al mismo tiempo, con la ayuda de varias líneas que tienen funciones fijas. La cantidad de datos enviada es bastante grande con una frecuencia moderada y es igual al ancho de los datos por la frecuencia de funcionamiento. En las computadoras ha sido usado de manera intensiva, desde el bus del procesador, los buses de discos duros, tarjetas de expansión y de vídeo, hasta las impresoras. Un bus paralelo tiene conexiones físicas complejas, pero la lógica es sencilla, que lo hace útil en sistemas con poco poder de cómputo.  Bus serial: los datos son enviados, bit a bit y se reconstruyen por medio de registros o rutinas. Está formado por pocos conductores y su ancho de banda depende de la frecuencia. Es usado desde hace menos de 10 años en buses para discos duros, unidades de estado sólido, tarjetas de expansión y para el bus del procesador. Funciones de un bus  Bus de control: gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Son líneas compartidas por todos los componentes por lo que emplean mecanismos de control de su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos, lo que permite que no haya colisión de información en el sistema.  Bus de direcciones: es un canal del microprocesador totalmente independiente del bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito. Consiste en el conjunto de líneas eléctricas necesarias para establecer una dirección. La capacidad de la memoria que se puede direccionar depende de la cantidad de bits que conforman el bus de direcciones, siendo 2n el tamaño máximo en bits del banco de memoria que se podrá direccionar con n líneas. Por ejemplo, para direccionar una memoria de 256 bits, son necesarias al menos 8 líneas, pues 28 = 256. Adicionalmente pueden ser necesarias líneas de control para señalar cuando la dirección está disponible en el bus. Esto depende del diseño del propio bus. Las direcciones de memoria son números naturales (en hexadecimal) que indican la posición de los datos dentro de la memoria principal o del espacio de direcciones de la unidad de entrada/salida. Las direcciones son generadas por la CPU que es quien decide a qué dato se debe acceder en cada momento. Página - 2 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción  Bus de datos: permite el intercambio de datos entre la CPU y el resto de unidades.  Buses multiplexados: algunos diseños utilizan líneas eléctricas multiplexadas para el bus de direcciones y el bus de datos. Esto significa que un mismo conjunto de líneas eléctricas se comportan Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores unas veces como bus de direcciones y otras veces como bus de datos, pero nunca al mismo tiempo. Una línea de control permite discernir cuál de las dos funciones está activa. EL PROCESO DE BOOTEO La secuencia de inicio de la computadora o también denominada booteo comprende el conjunto de acciones y la secuencia en que se realizan dichas acciones que ocurren cuando la computadora es encendida o cuando la computadora es reiniciada. La cantidad de eventos que ocurren durante el proceso de inicio dependen del tipo de arranque (en caliente o en frío) y de factores tales como el fabricante de la BIOS y la configuración de hardware con que cuenta el sistema. Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017  Arranque en caliente (warmboot): se produce cuando la computadora es reiniciada o reseteada mientras la computadora está completamente alimentada por energía eléctrica; por ejemplo presionando el botón reset de la computadora o presionando simultáneamente las teclas Ctrl + Alt + Supr.  Arranque en frío (coldboot): se realiza cuando la computadora está apagada y se presiona el botón de encendido. Este arranque involucra una cantidad mayor de pasos y actividades adicionales del programa bootstrap de la BIOS que en un arranque en caliente. Un arranque en frío provoca que la BIOS guíe a la computadora durante la secuencia de inicio a través de una serie de pasos que verifican la integridad de la computadora. Comprende tres procesos principales: 1. Inicialización de los registros del microprocesador mediante valores predeterminados. 2. Realización de la autocomprobación de encendido o POST (Power On Self Test). 3. Ejecución del programa Bootstrap, que incluye el proceso de copia (carga) en la memoria RAM de determinados archivos del sistema operativo y la cesión del control del equipo al usuario. BIOS (Basic Input-Output System) Es un programa de software almacenado en un microchip ubicado en la placa madre que permite que la computadora administre su hardware mediante instrucciones que controlan la transferencia de datos entre los periféricos y la memoria RAM. El microchip donde reside la BIOS se denomina ROM BIOS. Esta combinación de hardware y software es denominada firmware. Hasta hace unos años, la información de la BIOS no era posible actualizarla. En la actualidad, con la aparición de las memorias de borrado electrónico (flash BIOS), es posible actualizar dicha información. Las BIOS pueden corresponder a distintas empresas que desarrollan su software entre las que se destacan: AMI, AWARD y PHOENIX. POST (Power On Self Test) Es un programa que reside en la memoria ROM y corresponde al BIOS (Basic Input-Output System – Sistema básico de entrada-salida) y comprende una rutina de autocomprobación de hardware. El POST le indica a la CPU que realice un chequeo de sí misma. Esto comprende chequear el reloj del sistema, la unidad aritmético lógica y el coprocesador matemático. El resultado de varias de estas verificaciones se presenta en pantalla. A continuación la CPU envía señales por el bus del sistema para comprobar el funcionamiento de diversos dispositivos y componentes. Página - 3 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción 1. Verifica las características y funcionamiento de la placa de video, es posible que en este momento se visualice información en el monitor de la computadora. 2. Verifica los dispositivos controladores del teclado, si hay un teclado conectado y si se ha presionado alguna tecla. Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores 3. Chequea el funcionamiento de la memoria principal (RAM) y se muestra en pantalla el conteo de la memoria encontrada. 4. Comprueba los dispositivos como unidades de disquete, discos rígidos, unidades de CD-ROM Al finalizar todo este proceso y si no ha habido errores se escucha un corto pitido (beep) emitido por el parlante interno y el POST llama al programa bootstrap para que inicie la carga del sistemas operativo. Bootstrap Es otro programa residente en la ROM BIOS y es el encargado de leer la información del CMOS Setup referente a la ubicación del dispositivo que contiene el sistema operativo. Esta información la introduce el usuario que instruye la secuencia de inicio en la opción Boot Sequence. De acuerdo a esta secuencia, el sistema comenzará a explorar diversos dispositivos (unidad de disquete A o unidad de disco Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 rígido). Este proceso es denominado bootdrive. Luego se copia a la memoria RAM el primer sector del disco rígido, denominado sector de partición (partition sector) y que contiene una secuencia de instrucciones además de la tabla de particiones o MBR (Master Boot Record). En base a esta información se determina cual partición contienen al sistema operativo y en qué lugar del disco rígido se encuentra el sector de booteo. Este sector es copiado en la RAM y la BIOS pasa el control a dichas instrucciones. En este punto finaliza la secuencia de inicio de la computadora y comienza la carga del sistema operativo. PLACA MADRE (MOTHERBOARD) La placa madre, o también denominada placa base o por sus términos en inglés motherboard o mainboard, es el componente principal de toda computadora. A la placa madre se conectan todos los demás componentes y dispositivos. Físicamente se trata de una base de material sintético y rígido (pertinax) con características aislantes, sobre el cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos que se encuentran anclados sobre ella, como por ejemplo el zócalo, en el cual se introduce el microprocesador, o las ranuras de expansión donde se conectan las tarjetas o los slot donde se agregan los módulos de memoria. Una de las caras de la placa madre soporta los zócalos o sockets para albergar las interfaces de los periféricos internos y externos así como todos los componentes electrónicos. La cara opuesta de la placa madre está limpia de todo elemento y sólo se ven las soldaduras de conexión de algunos componentes y parte del circuito impreso. Un circuito impreso es un camino de cobre (hilo de cobre) que sustituye el cableado de los componentes entre sí. El camino de cobre se aplica sobre el material sintético rígido que tiene características no conductivas. La complejidad del circuito impreso es extraordinaria, por lo que se realizan por capas. Esta es la única forma de acomodar todas las líneas de interconexión de todos los componentes. Elementos de una placa madre: Las placas madres existen en diferentes formas y con diversos conectores para periféricos. Para reducir costos y permitir la intercambiabilidad de los diversos componentes entre placas madres, los fabricantes han definido una serie de estándares que presentan un conjunto de recomendaciones sobre tamaño y disposición de los elementos sobre ella. Sobre la placa madre se instalan todos los componentes necesarios para que la computadora funcione, tales como procesador, memoria, conectores IDE, placas PCI, placas AGP, BIOS y otros componentes. Página - 4 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción Microprocesador: El procesador, es el circuito integrado más importante. Se lo considera como el cerebro de la computadora. Está constituido por millones de transistores integrados. Es un componente electrónico en cuyo interior contiene miles o en Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores ocasiones millones, según su complejidad, de elementos llamados transistores cuyas interacciones permiten realizar las labores o funciones que tenga encomendado. Ranuras de memoria: son conectores donde se instala la memoria RAM. En un principio los chips de RAM se colocaban de uno a uno sobre la placa madre, lo cual no era una buena técnica debido al número de chips que podía llegar a ser necesario y la delicadeza de los mismos. Debido a esto se agruparon varios chips de memoria soldados a una placa individual, dando lugar a lo que se conoce como módulo. Estos módulos han ido variando en tamaño, capacidad y forma de conectarse. En la actualidad los módulos existentes se denominan DDR2 y DDR3, con un bus de datos de hasta 64 bits. Los modelos Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 anteriores se encuentran discontinuados en su fabricación (DDR, DIMM, SIMM). Chipset de control: es el conjunto (set) de chips que se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o el control de puertos PCI, AGP, USB, etc. Es el puente que conecta el microprocesador con el resto de la placa madre y por lo tanto con el resto de la computadora. En la placa madre se suelen incluir dos integrados, denominados puente norte y puente sur. BIOS: es el firmware almacenado en la memoria ROM. Es el programa que se encarga de dar soporte para manejar ciertos dispositivos denominados de entrada-salida. Físicamente se localiza en un chip que suele tener forma rectangular, que se denomina ROM, por ser de solo lectura (Read Only Memory). Pila: se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando la computadora está apagada. Sin la pila, cada vez que se enciende la computadora se deberían introducir las características del disco rígido, del chipset, la fecha y hora, etc. Se trata en realidad de un acumulador, pues se recarga cuando la computadora está encendida. Sin embargo, con el paso de los años pierde poco a poco esta capacidad (como todas las baterías recargables) y llega un momento en que hay que cambiarla. Esto, que ocurre entre 2 y 6 años después de la compra de la computadora, puede vaticinarse observando si la hora de la computadora comienza a retrasarse. Página - 5 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción Ranuras para placas de expansión: son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de video, de sonido, de red, MODEM, etc.). Según la tecnología en que se basen presentan un aspecto externo diferente. Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores Ranuras ISA: son las más antiguas. Funcionan a una velocidad de 8 MHz y ofrecen un máximo de transferencia de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjeta de video. Ranuras Vesa Local Bus: un modelo de efímera vida. Son un desarrollo a partir de ISA, que puede ofrecer unos 16 MB/s a un máximo de 40 MHz. Ranuras PCI: (Peripheral Component Interconnect) Integra una capacidad de datos de 32 bits y 64 bits, tiene una velocidad de transferencia de hasta 126 Megabytes/s (MB/s) a 504 MB/s respectivamente y cuentan con una velocidad interna de trabajo de 33 Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 MHz para 32 bits y 66 MHz para 64 bits. Se pueden usar para video, puertos de red, tarjetas de sonido, WiFi e incluso puertos USB. Ranura AGP: (Accelerated Graphics Port) está dedicada exclusivamente para conectar placas de video, por lo que suele haber solo una. Se considera una ranura de expansión, pero no está dentro de la categoría, en realidad es un puerto. La versión 1.0 del bus funciona con 3.3 voltios, posee un modo 1X que envía 8 bytes cada dos ciclos y un modo 2X que permite transferir 8 bytes por ciclo. La versión 2.0 presenta el AGP 4X que permite el envío de 16 bytes por ciclo y funciona con una tensión de 1.5 voltios. La versión 3.0 permite duplicar la velocidad proponiendo un modo AGP 8X. Está siendo remplazadas por las ranuras PCI-Express Ranuras PCI Express: Integra una capacidad de datos de 32 bits y tiene una velocidad de transferencia de 250 Megabytes/s (MB/s) hasta 4000 MB/s respectivamente. Cuentan con una velocidad interna de trabajo de 66 MHz. Inicialmente se utilizaba para la conexión de tarjetas aceleradoras de gráficos, pero actualmente se comienzan a utilizar para otros fines como tarjetas de red. La velocidad superior del PCI Express permitirá reemplazar casi todos los demás buses, AGP y PCI incluidos. La idea es tener un solo controlador PCI Express comunicándose con todos los dispositivos, en vez de con el actual sistema de puente norte y puente sur. Las placas madres actuales tienden a tener algunos conectores PCI, un conector AGP para el video y ranuras PCI-Express de distintas capacidades. Las ranuras ISA y Vesa dejaron de ser incluidas por obsoletas. Memoria caché: se trata de un tipo de memoria muy rápida que se utiliza de puente entre el microprocesador y la memoria RAM, de tal forma que los datos más utilizados puedan encontrarse antes, acelerando el rendimiento del ordenador. Se encarga de acelerar las lecturas y escrituras que necesita el procesador, para conseguir que las aplicaciones funcionen más rápido. El acceso a la memoria RAM desde el procesador no es instantáneo, este retraso de acceso, del orden de nanosegundos, puede provocar bloqueos y caídas de rendimiento. La cache es la solución a este problema. Es muy pequeña y está incluida en el interior del micro. Su función es sencilla, conseguir que los datos más usados estén lo más cerca del procesador para ser accedidos de la manera más rápida posible. Página - 6 - Tecnología de la Información y la Comunicación – 4to año Recursos Físicos (Hardware) Docente: César Manuel Giménez Introducción Conectores externos: se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora, monitor, etc. Conector de teclado: es una clavija DIN ancha. Material elaborado para 4to año del Instituto “Ntra. Sra. de la Misericordia” (I-29) – Recopilación de diferentes autores Puerto paralelo (LPT1): en los pocos casos en los que existe más de uno, el segundo sería LPT2. Es un conector hembra con 25 pines agrupados en 2 hileras. Puertos serie (COM o RS232): suelen ser dos, uno estrecho con 9 pines (habitualmente COM1) y otro ancho con 25 pines (generalmente COM2), como el paralelo, pero macho, con los pines hacia fuera. Internamente son iguales, sólo cambia el conector exterior Puertos PS/2: son conectores mini-DIN que se utilizan para conectar el teclado y el mouse. Puerto de juegos: también conocido como puerto para joystick o teclado midi. De tamaño algo mayor que el puerto serie, hembra con 15 pines agrupados en dos hileras. Puertos VGA: incluyendo SVGA, XGA. Actualmente integrada a la placa madre, anteriormente en una tarjeta de expansión. Es hembra, con 15 pines agrupados en 3 hileras. USB: está presente en las placas más modernas, de forma estrecha y rectangular, inconfundible y de rápido crecimiento en su utilidad. Hay diferentes tipo 1.0, 2.0 y 3.0 Docente: César Manuel Giménez – Fecha: abril 2017 Puerto de juegos (Joystick) HDMI DVI USB 3.0 Página - 7 -