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ARQUITECTURA BÁSICA DEL ORDENADOR

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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

(2)

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 sistemas

de 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

(3)

• 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

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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

(8)

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”

(9)

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…

(10)

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

(11)

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

(12)

Pág. 12

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

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PROGRAMAS

LA CONEXIÓN de los periféricos

Puede ser:

Alámbrica: con hilos • Inalámbrica: sin hilos,

- Infrarrojos

- WIFi

- Bluetooth…

PERIFÉRICOS DE ENTRADA Y SALIDA

“COMUNICACIÓN CON OTROS ORDENADORES”

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DATOS

PROCESADOS

(archivos

BUS

BUS

PUERTOS

PUERTOS

PUERTOS

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Referencias

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