1. Introducción En las siguientes secciones estudiamos el hardware de una computadora, formado por la UCP, la memoria y los periféricos (también

Transcripción

1 1. Introducción En las siguientes secciones estudiamos el hardware de una computadora, formado por la UCP, la memoria y los periféricos (también llamados dispositivos de entrada y salida, E/S). El significado del término hardware no es fácil de expresar en español con una sola palabra; literalmente se debe entender como soporte físico; en el contexto que nos ocupa, el hardware de un computador es el conjunto de dispositivos físicos que lo componen, mientras que otra palabra inglesa, software, designa los programas que puede ejecutar el computador. En cierto modo, el hardware es comparable al cerebro o, más generalmente, al cuerpo físico del computador mientras que el software sería lo equivalente a las ideas que pueblan el cerebro. Es conveniente señalar, a pesar de su evidencia, que el hardware y el software son perfectamente inútiles aisladamente: de nada nos sirve un computador si no tenemos ningún programa que ejecutar, y de nada nos sirve tener muchos programas si no disponemos de un computador que los ejecute. Para introducir los conceptos básicos que estudiaremos dentro de esta sección consideramos un computador como una unidad de producción. Una unidad de producción adquiere materia prima, la elabora y, finalmente, vende la materia elaborada. Esto mismo es lo que hace un computador: toma algunos datos, los procesa y, finalmente, devuelve el resultado obtenido al procesar la información. Más concretamente, consideremos una panadería ideal. En esta panadería se compra harina, levadura, etc. (entrada de datos) que posteriormente se elaboran (procesamiento) para producir pan que, finalmente, se vende (salida de datos). Para comprar y vender se necesitan personas que se relacionen con el exterior; en un computador esta labor se realiza mediante los periféricos. Dentro de la panadería podemos encontrar dos zonas bien diferenciadas e indispensables: la primera es la zona de amasado junto con el horno, y la segunda es el almacén. En el computador el almacén lo representa la memoria y la zona de trabajo es la unidad central de proceso o UCP que, a su vez, consta de la unidad de control o UC (el encargado que controla los procesos de amasado y horneado) y la unidad aritmética y lógica o UAL (zona de amasado y horno). Naturalmente, entre las distintas zonas deben existir pasillos de comunicación para poder sincronizar las acciones de cada uno; en un computador esta información se envía y recibe a través de los buses. En las siguientes secciones estudiaremos cada una de las partes que componen la estructura física de un computador. La figura presenta un esquema simplificado de la misma. 1

2 2. Memoria Mencionábamos en el apartado anterior que la memoria representa el almacén donde se guarda la información; en esta sección estudiaremos algunos detalles del almacenamiento de información en la memoria y de los tipos de memoria existentes. En la memoria principal se guarda el conjunto de instrucciones (programa) que está siendo ejecutado, junto con los datos de entrada y de salida de la ejecución. Estudiaremos la memoria de un computador desde un punto de vista físico (distintos medios de almacenamiento) y desde un punto de vista lógico (de tratamiento de la información). Podemos encontrar similitudes entre la organización física de la memoria y el almacén de la panadería ideal que introducíamos al principio del capítulo: en el almacén encontramos estanterías repletas de bandejas iguales, y cuando un trabajador entra en el almacén, bien trae o bien retira algunas de estas bandejas. La unidad mínima a la que se accede no es una barra de pan (bit) sino una bandeja completa (palabra). La longitud de palabra de memoria viene representada por la capacidad de cada bandeja. No podemos acceder a cada bit de la memoria aisladamente; la mínima cantidad de memoria a la que podemos acceder está formada por una palabra de memoria. Físicamente, la memoria está dividida en celdas (con una capacidad de información de un bit), agrupadas en palabras de memoria. La memoria se encarga de intercambiar información con el procesador según las necesidades de éste. Con la tecnología actual los procesadores alcanzan velocidades de varios millones de cómputos por segundo, lo que obliga a la memoria a tener una 2

3 velocidad semejante a fin de no menguar la eficiencia del computador. Por otra parte, la capacidad de memoria es otra característica interesante, ya que, en principio, no podríamos ejecutar programas que no pudieran ser cargados completamente en memoria. Las características de velocidad y capacidad están reñidas entre sí, por lo que es necesario alcanzar un compromiso entre ambas dependiendo de la finalidad. Según el nivel de compromiso alcanzado podemos destacar varios niveles jerárquicos de memoria: de más rápida y cara (por lo que suelen tener menor capacidad) a menos rápida y mayor capacidad: 3. Unidad Central de Proceso (CPU) La UCP (Unidad Central de Proceso) representa el cerebro de la computadora y allí es donde se procesa la información recibida, por lo que casi siempre nos referiremos a ella como el procesador. La UCP está formada por la unidad de control (UC), que clasifica y ejecuta las instrucciones de los programas; y la unidad aritmética y lógica (UAL), que es una calculadora especializada capaz de operar sobre los datos de los programas. Físicamente el procesador es un microchip y consta de unos circuitos electrónicos que permiten realizar operaciones elementales con la información. El procesador se conecta con el resto de los componentes de un computador mediante unas patillas metálicas, cada una de las cuales transporta información binaria, a través de los buses de comunicación. 4. Periféricos Los periféricos constituyen el medio de comunicación del ordenador con el exterior (bien sea un usuario u otros computadores conectados en red). Tradicionalmente los periféricos suelen clasificarse en periféricos de entrada, de salida y de entrada/salida. La comunicación entra la memoria o la UCP y los periféricos se produce por medio de 3

4 buses o cables que permiten enviar datos a o desde estos dispositivos de una manera muy similar a cómo se efectúa con la memoria principal. El control de cada periférico y la conversión de datos del mundo analógico al digital (por ejemplo, de papel a bits en el caso de una impresora) lo realizan partes hardware especializadas del ordenador que suelen denominarse controladores de dispositivo. Los controladores de dispositivo actúan como intermediarios entre los periféricos y los buses permitiendo la comunicación entre la UCP y sus periféricos. Periféricos de entrada de datos: Teclado. Es similar al teclado de una máquina de escribir y cuenta además con algunas teclas de control. Ratón. Es un dispositivo que al ser desplazado sobre una superficie permite mover el cursor por la pantalla. Existen ratones de sistema mecánico y de sistema óptico. Sensores. Este tipo de periféricos incluye a las pantallas táctiles, capaces de seleccionar distintas opciones reconociendo el tacto sobre distintas zonas de la pantalla. Escáner. Permite digitalizar imágenes planas (fotografías o texto) y archivarlas. Periféricos de salida de datos: Pantalla o monitor. Es el principal instrumento de comunicación entre el computador y el usuario. Su constitución física es similar a la de un televisor. Es usual llamar consola al conjunto formado por un teclado y un monitor. Plotter. Permite realizar gráficos de alta precisión como mapas o diseños técnicos. Impresora. Su misión es proporcionar copias impresas en papel de la información guardada en el computador. Hay diversos tipos de impresora, entre los que destacan las impresoras de margarita (ya en desuso), de matriz de puntos, de chorro de tinta y las impresoras láser. Periféricos de entrada y salida de datos: Tarjetas de Red. Las redes permiten la interconexión de varios computadores entre sí para la compartición de recursos. Periféricos de almacenamiento: Aunque se trata en realidad de periféricos de entrada y salida, suelen estudiarse aparte. Los periféricos de almacenamiento son también conocidos como memorias secundarias y memorias auxiliares. La mayoría de estos dispositivos almacenan la información de forma magnética u por medios ópticos.. El primero de todos los dispositivos de almacenamiento magnético fue la unidad 4

5 (lectora y grabadora) de cinta magnética, y posteriormente se desarrollaron las unidades de discos fijos (también llamados discos duros) y las unidades de discos flexibles (también llamados disquetes). En cuanto a los medios ópticos destacan los diferentes formatos de CD y DVD. Actualmente se utilizan ampliamente otro tipos de dispositivos basados en el uso de semiconductores denominados genéricamente memorias de tipo Flash (por ejemplo, tarjetas de memoria, lápices de memoria, etc). A diferencia de la memoria principal, los registros o la memoria caché, estos dispositivos son capaces de almacenar la información por tiempo ilimitado. No dependen de corrientes eléctricas y la información permanece tras desconectar el computador. Ya que están destinados para el almacenamiento de información, suelen tener grandes capacidades. La contrapartida es que son mucho más lentos que las memorias internas del ordenador, por lo que no son aptas para ejecutar programas en ella. 5. Buses de comunicación La comunicación entre los distintos componentes se realiza a través de líneas que transportan información binaria. Las líneas de comunicación se agrupan según el tipo de información que transporten, y cada uno de estos conjuntos de líneas recibe el nombre de bus. Atendiendo al tipo de información que transmiten, los buses de comunicación pueden ser de tres clases: Bus de direcciones: a través del cual la UC determina la dirección de memoria o dispositivo de E/S (periférico) con el que se intercambia información. Bus de datos: por el que viajan los datos para ser almacenados o,leídos de la memoria, para ser comunicada a o de un periférico o para ser usada en algún cómputo. Bus de control: que, como su nombre indica, transporta información de control para la sincronización de todo el trabajo. 5