ARQUITECTURA BÁSICA DEL ORDENADOR
SEÑALES ANALÓGICAS Y DIGITALES, BITS, Y CODIGO MÁQUINA
Cuando un equipo electrónico nos muestra una información, puede hacerlo de forma analógica o de
forma digital. Analógica quiere decir que la información, la señal, para pasar de un valor a otro pasa por
todos los valores intermedios, es continua y puede tomar infinitos valores. En cambio la señal digital, va “a
saltos”, es discontinua, y sólo puede tomar dos valores o estados: 0 y 1. Pasa de un valor al siguiente sin
poder tomar valores intermedios. (ver pag 86 tema 4 de electrónica apartado 8 del libro de sm)
Un ordenador, o cualquier dispositivo con estructura de ordenador (tabletas, smartphone…) es una
máquina electrónica, por lo que lo único que puede hacer es dejar que pase la electricidad a través de sus
circuitos (1) o impedir que lo haga (0). A esto, que es la unidad mínima de información se le llama bit. La
máquina puede realizar secuencias de encendidos y apagados, en lugar de un bit, se usan conjuntos de
ocho bits, denominados byte.
El lenguaje que usamos las personas está basado en símbolos y letras que son señales analógicas. Lo
mismo ocurre con los sonidos que podemos captar o las imágenes…. Para que la máquina realice sus tareas
que nosotros queramos que haga, tendremos que traducir nuestro lenguaje al suyo, a través de sistemas
electrónicos conversores analógico-digitales.
El hardware sin software no funciona, porque no sabe lo que debe hacer, ni con qué.
El código máquina es el código en el que se escriben los programas que dan las órdenes al hardware
y está basado en las señales digitales y el código binario cuya unidad es el bit, que pueden tomar los
valores 1 y 0:
• Un 1 digital es una señal eléctrica de entre 3 y 12 Voltios ( “paso de corriente por los circuitos”)
• y un 0 digital es una señal eléctrica de 0 Voltios ( “NO paso de corriente por los circuitos”).
Las operaciones que puede efectuar un ordenador son muy simples, según el algebra de Boole, y
pueden ser ejecutadas por los microscópicos circuitos integrados o chips y en los microprocesadores,
a través de los billones de transistores miniaturizados en ellos. (ver pag 90 tema 4 de electrónica apartado
10 del libro de sm). La unión de unas operaciones básicas con otras a elevadísima velocidad (miles de
millones de veces por segundo) permite al ordenador realizar tareas complicadas.
INSTRUCCIONES EN UN ORDENADOR Y BUSES
Las operaciones básicas que puede realizar un ordenador se realizan siempre en el microprocesador
principal (ver pag 30 tema 3 de redes apartado 1 del libro de sm) y se agrupan en tres tipos:
• Aritmético-lógicas: Son sencillas operaciones
de sumas y multiplicaciones y otras
operaciones mucho más complejas derivadas
Boole. Son auténticamente las instrucciones de proceso de otras partes del equipo. Se ordenan
desde la Unidad aritmético-lógica del microprocesador.
• De Direccionamiento: para poder hacer operaciones sucesivas, el ordenador (realmente el
microprocesador que es quien procesa la información y “piensa”) necesita almacenar los datos
temporalmente en registros en las memorias y en el microprocesador. Esto hace necesario una
serie de instrucciones específicas para almacenar (escribir en la memoria), recuperar (leer en la
memoria) y eliminar (vaciar la memoria). Se ordenan desde la Unidad de control del
microprocesador.
• De entrada y salida (o Input/Output= I/O): el ordenador capta los datos sin procesar en los periféricos de entrada, y después de ser por él procesados los presenta en forma de resultados
en los periféricos de salida. Ese transporte se hace a través de los buses.Las instrucciones de
cómo realizar el transporte de la información se ordenan desde la Unidad de control del
microprocesador.
Las instrucciones se trasladan hasta los diferentes elementos por unas líneas de comunicación
denominadas bus de control, bus de direccionamiento y bus de datos, situadas entre el
microprocesador, las memorias ylos periféricos. Se encuentran situadas en la placa base.
PARTES DE UN ORDENADOR
Un ordenador consta de:
•
La caja o bastidor: en ella se procesa la información y se realizan los cálculos. Contiene la placa base, el microprocesador, las memoria internas, la fuente de alimentación y los sistemasde almacenamiento o memorias externas.
• Los periféricos: son los instrumentos que permiten la comunicación del microprocesador con el
entorno. La información que procesa el ordenador se obtiene de los periféricos, y se devuelve
también a ellos para poder ser presentada al usuario. Los periféricos, en cambio, se conectan
habitualmente fuera de la carcasa: impresora, monitor, escáner…
¿A qué llamamos CPU? Técnicamente, una CPU es solo el procesador. Sin embargo, por extensión,
denominamos CPU al conjunto formado por el procesador, la placa base y la memoria. también por
extensión se llama CPU a la caja con todos sus elementos.
PERIFÉRICOS
• Los periféricos de entrada nos permiten introducir información en el ordenador. Los más
habituales son el teclado y el ratón. Otros pueden ser: Micrófono, Joystick, Lector óptico de
códigos de barras (ej.: caja registradora), Lector magnético de tarjetas (ej.: cajero), Pantalla
táctil (ej.: cajero, móvil), Escáner, WebCam, Cámara de fotos o video junto a una tarjeta
capturadora de video, Antena TV junto a una tarjeta sintonizadora de TV,
• Los periféricos de salida presentan la información obtenida después de ser procesada. Los más
• Los periféricos de entrada y salida sirven tanto para recibir datos en un ordenador como para
enviar datos a otro ordenador.Ejemplos son el módem y el adaptador de red. El módem lo hace
a través de la línea telefónica o cable y puede ser interno (tarjeta de expansión) o externo.
LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN
La fuente de alimentación es una caja metálica que aporta
corriente eléctrica a todos los dispositivos del ordenador integrados en la
caja. De la fuente de alimentación se obtienen diversos voltajes para los
distintos componentes.
PLACA BASE, BUS Y CHIPSET
El microprocesador está conectado a través de la placa base
mediante el bus a:
• la memoria (tanto interna como externa), • a las tarjetas de expansión
• y a los puertos donde conectamos a los periféricos.
El chipset es el conjunto de chips repartidos por la placa
base, encargados de controlar el flujo de información entre los
componentes del equipo: conexiones entre el microprocesador y
los puertos, entre el microprocesador y las memorias y entre el
microprocesador y las tarjetas de expansión. Es el elemento
esencial de la placa base, controlando el tráfico en el bus y es
quien define el modelo de la placa base.
Además el modelo de la placa base determina las
posibilidades de ampliar el equipo con más memoria, un nuevo
microprocesador, otro disco duro, periféricos…Para ello es
necesario que exista compatibilidad entre estos nuevos
disposit¡vos y esa placa base.
UNIDAD DE VELOCIDAD DE PROCESO
La unidad en la que se mide la velocidad a la que es capaz de procesar la información es el hertzio
(1Hz) que es 1 bit/segundo. Sus múltiplos son los KHz (1.000 Hz), MHz (1.000 KHz), Ghz (1.000 Mhz). En
realidad estos múltiplos no son 1000 veces mayores sino 210 = 1024 veces.
MICROPROCESADOR
Las funciones del microprocesador son:
• Interpreta y procesa las instrucciones y datos en base a los programas.
• Coordina y controla el funcionamiento del resto de los elementos del ordenador
Está conectado a la placa base a través de un zócalo. Cómo se calienta mucho para evitar averías
Hoy en día los microprocesadores en los ordenadores trabajan a una velocidad de 2-6 Ghz. Aunque
también tiene que ver el número de cores o núcleos que trabajan coordinadamente. La tendencia actual
es aumentar el número de núcleos sin aumentar la velocidad de proceso. Así se obtienen más prestaciones y
se disminuye el consumo energético, algo especialmente importante en los equipos portátiles.
UNIDAD DE CANTIDAD DE ALMACENAMIENTO
La unidad en la que se mide la cantidad de información que es capaz de almacenar una memoria es el
Byte (1B) que son 8 bits. Sus múltiplos son los KB (1.000 b), MB (1.000 Kb), GB (1.000 Mb) y TB (1.000
Gb). En realidad estos múltiplos no son 1000 veces mayores sino 210 = 1024 veces.
MEMORIAS
Son unos componentes que se utilizan para almacenar los datos que emplea el microprocesador. Hay
dos tipos de memorias: las internas y las externas (respecto de la placa base).
SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO O MEMORIAS EXTERNAS
La memoria externa son unos dispositivos que necesitan adaptarse para ser
conectados al microprocesador y se encuentran fuera de la placa base. También se
conocen como sistemas de almacenamiento. Todas ellas son memorias no
volátiles (es decir que no pierde la información cuando se desconecta de la energía
eléctrica -al apagar o reiniciar el ordenador-), de escritura (se puede guardar en ella
datos), y de lectura (se puede recuperar de ella datos guardados).
Ejemplos de memorias externas son: Disquete (FD = Floppy disk), Disco duro (HD
= Hard disk), CD´s y CD-R´s, DVD´s y DVD+R/-R, Discos extraíbles USB (Pen
drives “lapiceros”, discos duros externos…), Tarjetas de memoria (SD, microSD, CF,
MMC, MS…), Reproductores MP3, MP4…
Las capacidades de las memorias externas más comunes se registran en la tabla:
Tipo de memoria Capacidad
Disquete (FD) 1,44 MB
Disco duro (HD) Varios cientos de GB/ varios TB Tarjetas de memoria / pen drives USB 1-4-8-16-32-64 GB
CD-ROM 700 MB
CD-R, CD-RW 700 MB
DVD-ROM (comercial) 4,8-17 GB
DVD+R, DVD-R, DVD-RAM, DVD+RW, DVD+RW (cara simple y doble cara)
4,6 GB / 9,2 GB
HD-DVD, 30-45 GB
Blu-Ray 46 GB
Disco duro Microprocesador actual
Ventilador
y disipador
MEMORIA RAM
La memoria RAM es el tipo de memoria interna más importante. Hay otras. La
memoria RAM está formada por unos módulos que son circuitos impresos con chips
que quedan conectados al microprocesador a través de la placa base y se conectan a la
placa base por medio de unas ranuras conocidas como bancos de memoria RAM.
La memoria RAM es de escritura y lectura, además de volátil.
A través de ella se almacenan y pasan TODOS LOS DATOS Y PROGRAMAS usados por el
ordenador (sistemas operativos, aplicaciones, archivos de datos…) Es mucho más rápida que
cualquiera de las memorias externas (e incluso que el disco duro).
Hoy en día la memoria RAM en los ordenadores normalmente tiene una capacidad de 4-16 GB.
MEMORIA INTERNA ROM
Memoria de SOLO lectura y NO de escritura, NO VOLATIL es decir
que no pierde la información cuando se desconecta de la energía eléctrica (al
apagar o reiniciar el ordenador).
Almacena información fundamental sobre los ajustes del equipo: fecha,
secuencia de arranque, parámetros y opciones de la funcionalidad de la placa
base…Sirve para almacenar un programa fundamental de configuración (firmware) llamado BIOS (Basic
Input/Output System) que se ejecuta cada vez que se enciende el ordenador y susentre sus funciones
están:
• Gestionar la entrada y salida de datos de la placa base • Controlar el arranque del ordenador
MEMORIA INTERNA CMOS
A veces es necesario modificar alguna opción del programa BIOS (como
por ejemplo indicar el orden de búsqueda del OS en las memorias externas –ver arranque del ordenador-).
Por tanto estas posibilidades no pueden quedar almacenadas en una memoria solo de lectura como la ROM.
Es necesaria otra memoria interna de lectura y escritura pero que sea NO VOLATIL, para poder
almacenar los cambios del programa BIOS. Esta memoria se llama CMOS y necesita de la alimentación
permanente de una batería para cuando el equipo no está conectado a la red.
MEMORIA CACHÉ
Memoria de lectura y escritura, volátil, y muy rápida que actúa como ayudante de la RAM
donde se almacenan temporalmente los datos gestionados por el microprocesador que usa con más
frecuencia. Son de menor capacidad y más rápidas que la RAM (más caras). Hoy en día la memoria Caché
en los ordenadores tiene una capacidad de 4-8 MB. Se suele incluir en el interior del propio
CONEXIONES DE LAS MEMORIAS EXTERNAS Y DE LAS
TARJETAS DE EXPANSIÓN: PUERTOS INTERNOS
Para que el micro y la memoria puedan comunicarse con los
periféricos, se precisan una serie de «caminos intermedios», llamados
puertos, por los que circulan los datos. Un puerto es un canal de
comunicación por el que circulan los datos que intercambian la placa
base y otros dispositivos. Pueden ser internos y externos.
Los puertos internos conectan la placa base con las memorias
externas y las tarjetas de expansión.
Para ampliar las funcionalidades de la placa base se pueden añadir
circuitos específicos, denominados tarjetas de expansión, como la
tarjeta de vídeo, la tarjeta de red o la tarjeta de sonido.
Las tarjetas se conectan en unos puertos con forma de ranuras
situadas en la placa base llamadas slots. Hoy en día estas ranuras o
slots suelen ser PCI express específicas para las tarjetas gráficas, y
PCI(Peripheral Component Interconnect) de color blanco.
Para conectar las memorias externas y conseguir que se puedan comunicar con el microprocesador,
necesitan de una interfaz o controlador de disco en la placa base, al que se conectan a través de los puertos
SATA muy rápidos, y sus diferentes versiones (SATA, SATA2, SATA3…)
S-ATA
IDE, P-ATA o ATA
Un segundo tipo de
puerto son los viejos
conectores IDE o ATA
(bus paralelo –pATA-
tanto para HD´s como
CONEXIONES DE LOS PERIFÉRICOS: PUERTOS EXTERNOS
Llamamos puertos externos a todos los conectores que se pueden ver desde fuera en la caja del
ordenador (en la trasera o en el frontal). Tales conexiones enlazan los periféricos con la placa base o con
las tarjetas de expansión conectadas a su vez a la placa base. Hoy en día los más usados son los puertos
USB en sus diferentes versiones 2.0 y 3.0, en los modelos A y B, y en formato macho y hembra
Hay puertos externos extremadamente rápidos (los que más) y son específicos para monitores
solamente. El puerto VGA es para monitores “de tubo” y planos. El DVI es específico para monitores planos
TFT/LCD. El puerto HDMI es para monitores/TV planos TFT/LCD o de Plasma.
Los serie y paralelo, conectan periféricos
antiguos (impresoras, joystick…). Los PS2
conectan teclados y ratones antiguos… Los
Firewire conectan videocámaras antiguas…
Los puertos USB han dejado obsoletos a
otros puertos, por su rapidez en la transmisión
de datos. Los USB 2.0 ya son más rápidos
incluso que los Firewire, pero son mucho más
lentos que los USB 3.0.
Los periféricos deben conectarse al ordenador antes de enchufarlos a la red eléctrica (si necesitan
alimentación) para impedir un bloqueo del sistema o daños físicos en el ordenador. Aquellos que sí se
pueden conectar con el ordenador enchufado y el sistema operativo funcionando reciben el nombre de
conectables en caliente.
PS2 USB tipo A
Micro-USB
Serie y paralelo Fireware
Mini-USB
MODEMS: CONEXIÓN CON LAS LÍNEAS DE TELECOMUNICACIÓN
El modem puede ser interno (tarjeta de expansión) o externo
La conexión al ordenador de un modem-router
(ADSL o de fibra óptica) o de un modem externo se
puede realizar con un cable de red (o cable Ethernet) o
cable USB, como se ve claramente en la figura adjunta.
La conexión a Internet a través de las líneas
alámbricas de telecomunicación con la línea telefónica de
hilo de cobre o de fibra óptica se realiza con los cables
de red y de telefonía.
También nos conectarnos Internet a través de las líneas
inalámbricas de telecomunicación con un modem de
telefonía móvil. En él habrá que insertar la tarjeta SIM del
número de tu línea telefónica (igual que en una tableta o en un
móvil) que te permitirá utilizar los servicios de “datos móviles”
ARRANQUE DEL ORDENADOR
Cuando encendemos el ordenador PC, el microprocesador sigue las instrucciones del programa BIOS.
1.- La CPU hace un CHEQUEO del hardware: se comprueba el correcto funcionamiento de:
microprocesador, memorias internas (RAM), memorias externas o unidades de almacenamiento, periféricos
(teclado, pantalla…), tarjetas de expansión ( gráfica…)
2.-La CPUbusca el Sistema Operativo (MS-DOS, Windows, Linux... o el que sea) en alguna de
las unidades de almacenamientoo memorias externas (disquetera, Disco Duro, Lector de CD-DVD...)
según el orden que el programa BIOS tenga acordado.
3.- La CPU carga las órdenes del OS en la memoria RAM. Éstas órdenes se copian desde la
unidad de almacenamiento correspondiente (paso 2) en la memoria RAM para ganar en rapidez.
Como la RAM es volátil, es necesario que el sistema operativo y todos los programas a
utilizar estén almacenados en las unidades de almacenamiento, pues no son volátiles (lo habitual es
que estén instalados en el disco duro C) y guardarán los programas aunque se apague el ordenador.
4.- Cuando se apaga el ordenador, si el sistema operativo ha sido instalado en el disco duro,
éste último se debe cerrar correctamente. En efecto, la información temporal que el sistema operativo
tiene sobre la configuración del software (conocido como registro) está en la Ram, y por tanto se pierde. Al
no haberse podido actualizar dicha información guardando una copia en el disco duro, la próxima vez que
arranque el ordenador el sistema operativo estará “dañado”. Entonces el sistema operativo no puede ser
cargado correctamente y comienza a fallar.
TIPOS DE SOFTWARE
Según su función: se distinguen
a) Lenguajes de programación: son los códigos informáticos con que se hacen los programas, para
que actúe de traductor entre las instrucciones en lenguaje humano y el lenguaje máquina que usa el
ordenador.
Existen muchos. Hoy en día los más utilizados son: Java, HTML, C, Pascal, Visual Basic…
Con los lenguajes de programación se crean el resto de los programas, como son:
b) Sistemas operativos: son programas que hacen de puente entre el usuario y el equipo informático,
gestionando todas las operaciones que realiza el ordenador.
c) Archivos de datos: son programas que guardan los datos procesados.
d) Aplicaciones generales: comoson los programas de edición de texto (procesadores de texto), los
programas de cálculo (hojas de cálculo), los programas de clasificación y ordenación de información
(bases de datos), los programas de retoque fotográfico y de dibujo, los programas de correo
electrónico…
circuitos electrónicos…
f) Juegos.
Según su licencia de uso:
La licencia de uso, son los permisos que concede el propietario del software respecto a cómo utilizar
un programa. Se puede leer en el monitor cuando se instala dicho programa en el disco duro.
Si los clasificamos en base al tipo de licencia podemos distinguir:
• Software de código propietario: el programa es propiedad de una empresa y se puede ejecutar,
pero no copiar, ni modificar. A su vez puede ser:
Freeware: cuando el programa se distribuye de manera gratuita de forma publicitaria.
Shareware: cuando el software se puede utilizar durante un corto plazo de tiempo
para probarlo y, si nos gusta y queremos seguir utilizándolo, tendremos que pagarlo.
Comercial: cuando pagamos por su uso e instalación (Ej: Windows, Office...)
• Software de código libre: el programa se entrega para que el usuario pueda ejecutar el programa,
copiarlo, modificarlo y distribuir las versiones modificadas, pero no tiene derecho a usarlo cómo
software propietario (Ej: Linux, OpenOffice...)
SISTEMA OPERATIVO Y APLICACIONES
Para poder funcionar, un ordenador debe tener instalado un sistema operativo. El sistema operativo
es el programa básico, necesario para el funcionamiento del resto de los programas, también llamados
aplicaciones. Las funciones de un sistema operativo son
• Coordinar todas las operaciones que tienen que ver con el control de los diversos dispositivos:
el microprocesador, la memoria, los periféricos…
• Hacer funcionar y ejecutarlos programas de que se dispone.
• Gestionar la entrada de datos y documentos que reciben el nombre genérico de archivos,, su
guardado y su recuperación en los sistemas de almacenamiento.
• Determinar el aspecto gráfico de la pantalla.El sistema operativo también controla la forma de
presentar la información en pantalla. Además, suele incorporar un conjunto de aplicaciones básicas
que facilitan el trabajo inicial con él. Hoy en día, estamos acostumbrados a trabajar con sistemas
operativos que poseen un entorno gráfico de trabajo, que nos facilita su uso. Se controlan con
facilidad gracias al ratón, que permite señalar sobre los elementos que aparecen en la pantalla. Este
entorno de trabajo recibe el nombre de interfaz gráfica. Sin embargo, antes esto no era así, ya que
se usaban las llamadas interfaces de comandos o texto.
En la actualidad, muchas aplicaciones se desarrollan para diferentes sistemas operativos. Sin
embargo, hemos de tener en cuenta que la aplicación que un fabricante suministra para un sistema
CONTROLADORES DE PERIFÉRICOS O DRIVERS
Para que el periférico funcione no basta con conectarlo, sino que a menudo es preciso instalar en el
ordenador un controlador o driver. Un controlador o driver es un archivo/s que indica/n al sistema
operativo cómo se deben intercambiar los datos entre el periférico y el ordenador.
Si el controlador no está correctamente instalado, el periférico no podrá ser utilizado, aunque esté
conectado al ordenador. Los controladores son específicos de cada periférico y de cada sistema operativo.
Así un driver de impresora de una versión de Windows no servirá para otra versión de Windows o Linux.
A la hora de instalar los controladores de un periférico podemos encontrar dos casos:
• Los sistemas operativos llevan incorporados los controladores de los periféricos más comunes. Así, cuando instalamos un periférico nuevo, el sistema operativo busca el controlador en
su propia base de datos. Si el periférico está incluido en su propia lista, utiliza el controlador que
incorpora y el periférico funciona de manera inmediata (Plug & play).
• Si el periférico es más moderno que el sistema operativo, deberemos incorporar los controladores. Los fabricantes, cuando venden un periférico, incluyen un CD con los controladores.
Si el sistema operativo no encuentra el controlador, se abre un asistente que busca el driver en las unidades de almacenamiento. También podemos buscar el controlador en Internet, en la página
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COMPONENTES DEL HARDWARE
El ordenador capta información, procesa la
información captada y devuelve la
información procesada, según unas
instrucciones (programas).
PERIFÉRICOS DE
ENTRADA
“CAPTURA DE DATOS”
UNIDAD CENTRAL=
PLACA BASE
“PROCESO DE LOS DATOS”
PERIFÉRICOS DE
SALIDA
“DEVOLUCIÓN DE
LOS DATOS
PROCESADOS”
MEMORIAS EXTERNAS o AUXILIARES
“UNIDADES DE ALMACENAMIENTO
DE PROGRAMAS Y DATOS PROCESADOS”
MEMORIAS “INTERNAS”
RAM /CACHÉ
“CARGA DE DATOS
Y PROGRAMAS”
ROM/CMOS
“BIOS”
CPU =
MICROPROCESADOR
“CONTROLA Y PROCESA”
PUERTOS
BUS
BUS
TODOS LOS
COMPONENTES DEL ORDENADOR NECESITAN DE
ENERGÍA ELÉCTRICA QUE SUMINISTRA LA
FUENTE DE ALIMENTACIÓN
D
A
T
O
S
S
I
N
P
R
O
C
E
S
A
R
(
i
n
f
o
r
m
a
c
i
ó
n
)
PROGRAMAS
LA CONEXIÓN de los periféricosPuede ser:
• Alámbrica: con hilos • Inalámbrica: sin hilos,
- Infrarrojos
- WIFi
- Bluetooth…