Unidad didáctica 1 Ordenadores. Hardware y software
1.- Introducción. Ordenador, computador o computadora, es una máquina compuesta de elementos, en su mayoría electrónicos, capaz de realizar una gran variedad de trabajos a gran velocidad y con gran precisión, siempre que se le den las instrucciones adecuadas. Realiza cuatro tareas fundamentales: Recibir información. Procesar información (realiza cálculos y operaciones a partir de los datos proporcionados). Almacenar información. Proporcionar información al usuario. Básicamente, un ordenador se compone de dos partes: Hardware: componentes físicos de un ordenador, ya sean eléctricos, mecánicos o electrónicos, en definitiva, todos aquellos elementos que se pueden tocar. Ejemplo: los chips, los cables, los periféricos, el disco duro, etc. Software: todos los elementos lógicos necesarios para que el ordenador pueda realizar las tareas que se le encomienden. Ejemplo: ideas, datos, informaciones, órdenes, sistemas operativos, programas y aplicaciones informáticas que hacen que funcione el hardware. 2.- Arquitectura básica de un ordenador. La mayor parte de los ordenadores actuales están basados en una arquitectura diseñada por John von Newman, a mediados del siglo XX, que consta de los siguientes componentes: 2.1.- Unidad Central de Proceso (CPU): unidad que se encarga del control del ordenador, coordina y realiza todas las operaciones del sistema informático, procesando para ello las instrucciones. Consta de los siguientes elementos: Unidad de Control (UC): unidad que controla al resto de las unidades, generando las señales necesarias para activar los distintos elementos del ordenador en función de las instrucciones. Unidad aritmético-lógica (ALU): unidad que realiza todas las operaciones de tipo aritmético y de tipo lógico. Registros: memoria propia del procesador que proporciona datos a la unidad aritmético- lógica y almacena el resultado de sus operaciones. 2.2.- Memoria Interna o memoria principal: unidad que almacena los programas, instrucciones y datos necesarios para que el sistema informático realice un determinado trabajo. Organizada de forma reticular, su contenido se localiza mediante direcciones. Hay varios tipos de memorias: Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 1
a) De solo lectura: Memoria ROM (memoria de solo lectura): memoria que se graba en el proceso de fabricación y no se puede modificar. Se emplea para almacenar información sobre la configuración del sistema, soporte físico y otros programas que no precisan de actualización constante. Dentro de la memoria ROM se encuentran tres pequeños programas: POST: programa que contiene instrucciones para hacer el chequeo inicial del equipo para localizar los componentes electrónicos y periféricos que hay conectados. BIOS: programa que permite comunicar los componentes electrónicos y periféricos con el sistema operativo que los gobernará. Se carga en la memoria RAM del aparato al arrancar. SETUP: programa que permite modificar parte de la configuración del sistema. Se accede manteniendo pulsada la tecla DEL (o SUPR) al arrancar el ordenador. Hay otros tipos de memorias ROM, como las memorias PROM, EPROM y EEPROM que se pueden programar o reprogramar, mediante un proceso especial posterior a la fabricación. b) Memoria de configuración: CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor): tipo de memoria, que va incorporada en un chip de la placa base, donde se almacena parte de la configuración del sistema que se puede cambiar: información del reloj (fecha y la hora) y datos de configuración de periféricos no controlados por la BIOS (Ejemplo: cuantos discos duros hay, de qué características, etc.). Va conectada a una pila para evitar que su información se pierda al apagar el ordenador. c) De lectura y escritura: Memoria RAM (memoria de acceso aleatorio): es la memoria principal, donde se sitúan los datos y los programas con los que se trabaja. Se llama así, porque el tiempo de acceso del procesador a cualquier dato es el mismo, independientemente del lugar de la memoria en que esté almacenado. Hay dos tipos básicos, ambos volátiles, lo que significa que pierden su contenido cuando se desconecta la alimentación: DRAM (Dynamic Random Access Memory, RAM dinámica): que necesita ser refrescada cientos de veces por segundo. SRAM (Static Random Access Memory, RAM estática): que no necesita ser refrescada tan a menudo lo que la hace más rápida, pero también más cara. Se conoce como memoria Caché. Un caché es un sistema especial de almacenamiento de alta velocidad donde se guarda información, datos, o direcciones a las que el usuario accede con frecuencia. Puede ser un área reservada de la memoria principal o un dispositivo de almacenamiento de alta velocidad independiente, integrado en el microprocesador. Memoria virtual: memoria que utiliza parte del disco duro para simular memoria RAM, cuando el ordenador tiene poca, lógicamente, su acceso es mucho más lento. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 2
2.3.- Buses: canales (cables, circuitos electrónicos, etc.) por los cuales las instrucciones, datos y señales de control viajan entre las distintas unidades del ordenador. Bus de datos: por donde viajan los datos externos e internos del microprocesador. Bus de dirección: por donde viaja la información sobre la localización de la dirección de memoria de un dato o dispositivo concreto. Bus de control: por donde se viajan señales para controlar el intercambio de información entre la unidad central y los periféricos. 2.4.- Periféricos de entrada y salida: son dispositivos externos que se conectan al ordenador permitiéndole la comunicación con el usuario. De entrada: dispositivos que permiten introducir datos y programas al ordenador. Preparan la información para que la máquina pueda entenderla de forma correcta. Ejemplo: teclado, ratón, escáner, lápiz óptico, lector de código de barras, micrófono, cámaras digitales, etc. De salida: dispositivos que muestran al usuario el resultado de los procesos que realiza el ordenador. Ejemplo: monitor, impresora, altavoces, auriculares, proyectores, plotter, etc. De almacenamiento: dispositivos que aportan información, simultáneamente, al ordenador y al usuario. Se utilizan para guardar información de forma permanente. Ejemplo: disco duro, banda de las tarjetas de crédito, memoria USB, tarjeta de memoria, CD, DVD, Blu-ray. De comunicación: dispositivos que permiten conectar el ordenador a una red: Tarjeta de red: dispositivo que, junto con el software controlador, tiene que estar instalado en un ordenador para que pueda conectarse a una red. Concentrador o hub: dispositivo al que llegan todos los cables de una red (uno por cada ordenador) su función es reenviar la información que recibe a todos ordenadores de la red. Conmutador o switch: dispositivo similar al hub, pero que es capaz de identificar los equipos que tiene conectado, de forma que puede enviar información, de forma selectiva, solo al equipo que lo solicite. Además permite interconectar redes el mismo tipo. Módem (modulador/demodulador): dispositivo que convierte señales digitales en analógicas, o viceversa, para poder ser transmitidas a través de líneas de teléfono, cables coaxiales, fibras ópticas y microondas. Router: dispositivo que permite interconectar diferentes redes informáticas, seleccionando la ruta de comunicación más adecuada para el envío de datos. La mayoría incluyen un módem. Dispositivo PLC: dispositivo que utiliza la línea eléctrica convencional para la transmisión de datos. Su función es similar a la de un módem. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 3
3.- Elementos de un ordenador. Hardware. 3.1.- Placa base: chapa hecha de un material sintético, con un circuito electrónico impreso al que se conectan la mayoría de los dispositivos del ordenador. 3.2.- Microprocesador: dispositivo que realiza las funciones de la CPU. Se conecta a un zócalo de la placa base y lleva incorporado un disipador de calor (de cobre o aluminio) y un ventilador. Será más caro cuanto mayor sea su velocidad de funcionamiento. Sus características dependen de: Marca: las más comunes son Intel y AMD. Núcleos: el rendimiento será mayor cuantos más núcleos tenga. Caché: memoria de acceso rápido que, si está presente, mejora el rendimiento. Velocidad interna: velocidad a la que funciona el microprocesador (en GHz). Velocidad externa (del bus): velocidad de comunicación entre procesador y placa base (MHz). Arquitectura: el procesador de 64 bits será más rápido que el de 32 bits. 3.3.- El Chipset: circuitos integrados en la placa base, que ayudan al microprocesador a controlar los componentes de dicha placa. Los dos chips más importantes son: Puente norte: es el mas próximo al microprocesador y le ayuda a controlar la memoria RAM, la tarjeta gráfica y el puente sur. Como es el que más trabaja, suele estar cubierto por un disipador de calor. Puente sur: suele estar en el lado opuesto al microprocesador. Controla la conexión con los periféricos (ratón, teclado, ) y las otras tarjetas (sonido, red, ). También controla la administración de la energía de la placa. 3.4.- Ranuras de conexión. Zócalo o soporte (socket) del microprocesador. Para las tarjetas de memoria RAM (pueden ser DDR, DIMM, ). IDE, para conectar el disco duro, la disquetera y el CD-ROM a la placa base. AGP (Puerto gráfico acelerado): para conectar la tarjeta gráfica. PCI, para conectar tarjetas de expansión (módems, tarjetas de sonido, ). Puertos externos para conectar monitor e impresora. Puertos para ratón, teclado y USB. Conexión de la fuente de alimentación, formato ATX. 3.5.- Placa de Memoria dispositivo donde se guardan los datos y programas que se que se están utilizando en cada momento. El rendimiento es proporcional a la cantidad de memoria que tenga. 3.6.- Tarjetas de expansión: dispositivos que permiten adaptar las características de la placa base a las necesidades del usuario. Ejemplo: tarjeta gráfica o de video, de sonido, MODEM, etc. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 4
3.7.- Puertos de comunicación: dispositivos que permiten conectar los periféricos al ordenador. Puerto USB: con gran velocidad de transferencia de información. Permite conectar dispositivos en caliente (sin apagar el ordenador). Se usan para conectar impresoras, escáneres, módems, etc. Puertos HDMI: se usa para transferir datos multimedia de alta definición de audio y vídeo. Puerto de red: se usa para conectar el ordenador a una red. Puerto de vídeo (VGA): conector hembra más pequeño de (con tan solo 15 pines). Se conecta a él el cable por el que circula la información que se visualiza en el monitor. Puerto de audio: dependiendo de la tarjeta que posea el ordenador hay distintas entradas para dispositivos como auriculares, altavoces, micrófonos, etc. Puertos en desuso: Conector PS2: tiene forma redondeada. Hay para el teclado (morados), y para el ratón (verdes). Puerto serie: conector macho. Reconocidos por el ordenador por COM1 y COM2 (si tiene 2). La función es idéntica a la de los puertos USB pero no permiten conectar en caliente. Puerto paralelo: conector hembra formado por 25 pines, es el más largo. Reconocido por el ordenador como LPT1 y LPT2 (si tiene 2). Se conectaban a él la impresora y el escáner. 3.8.- Fuente de alimentación: transformador para adaptar la corriente eléctrica. Suele tener un conector macho y otro hembra y un ventilador. 4.- Tipos de ordenador. Superordenador: diseñado para procesar cantidades enormes de información en poco tiempo. Se encuentran en universidades, grandes empresas, etc. Ordenador de sobremesa: diseñado para un usuario normal y para utilizarse en un localización fija. Pantalla grande, teclado y ratón permiten trabajar cómodamente. Portátil: ordenador con las mismas prestaciones del anterior pero móvil. Su autonomía depende una batería. Tablet: ordenador integrado en una pantalla táctil de gran precisión. Se usa para navegación web, visualización de contenidos multimedia, acceso a redes sociales, etc. Teléfono inteligente (smartphone): dispositivo electrónico que integra un ordenador en un teléfono móvil. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 5
5.- Codificación de la información en los ordenadores. Software. El lenguaje que los ordenadores utilizan para procesar la información se llama código binario. Ese código depende de si en un momento dado un circuito electrónico está abierto o cerrado. Cada circuito puede encontrase en dos estados: o pasa corriente, o no. Si pasa corriente, circuito en ON, se representa con un 1, y si no pasa, circuito en OFF, se representa con un 0. Con un solo dígito se representan dos posibles estados. A este dígito binario se le conoce como bit (binary digit). En nuestro sistema de numeración decimal se utilizan 10 símbolos (del 0 al 9), pero los ordenadores solo reconocen dos de ellos: el 0 y el 1. Cualquier número decimal tiene su traducción al binario y viceversa. Para pasar un número decimal a binario: se divide por 2. Si el cociente de la división es mayor que 1 se vuelve a dividir por 2 y así sucesivamente. Cuando se haya terminado se obtendrá el binario tomando el cociente de la última división como primera cifra y el resto de cada división comenzando por la última división realizada. Para pasar de binario a decimal: se realiza una suma de potencias de 2. Se va multiplicando cada cifra del número, empezando por la derecha, por 2 elevado a n, siendo n un número natural entero. El valor de n en la primera multiplicación será cero, en la segunda 1 y así sucesivamente irá incrementando su valor en una unidad por cada multiplicación que se realice. 5.1.- Unidades de medida de la información. Bit: unidad de información más pequeña, que solo puede tomar dos valores: 0 ó 1. Byte (B): conjunto de 8 bits. Estas dos unidades de medida son muy pequeñas, por lo que se utilizan múltiplos del byte, como: 1 kilobyte (KB) = 1024 B 1 terabyte (TB) = 1024 GB 1 megabyte (MB) = 1024 KB 1 petabyte (PB) = 1024 TB 1 gigabyte (GB) = 1024 MB 1 exabyte (EB) = 1024 PB Se puede observar que la proporción entre las diferentes unidades es de 1024, la razón es que la potencia de base 2 que más se aproxima al múltiplo 1000 es 2 10 = 1024, equivalente al prefijo kilo. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 6
5.2.- Código ASCII. ASCII (American Standard Code for Information Interchange) es el código estándar utilizado por los sistemas informáticos para representar los caracteres basados en el alfabeto latino. En este código se representa cada carácter mediante un número binario constituido por una secuencia de siete dígitos. Como 2 7 = 128, con este código se pueden representar un máximo de 128 caracteres. A medida que la tecnología se difundió por el mundo surgieron otros estándares y variaciones del código. El más importante es el ASCII extendido, que utiliza 8 bits, por lo que puede representar un total de 2 8 = 256 caracteres. Los 32 primeros códigos se reservan para caracteres de control: Sup, Esc, Intro, etc. El resto hasta 128 se asocian al alfabeto latino y a símbolos universales, utilizados por todos los ordenadores. Los otros 128 códigos restantes quedan libres para que cada máquina los utilice de forma específica para adaptarse a las diferentes lenguas, con el fin de representar caracteres específicos como la ñ. Por ejemplo, el carácter A, cuya representación binaria es 01000001, tiene asignado el valor 65 en el código ASCII extendido. Una forma de insertar un carácter ASCII es mantener presionada la tecla ALT mientras se escribe el número decimal correspondiente. Ejercicios: 1.- Pasa del sistema decimal al binario los siguientes números: 25, 76, 52, 124, 259, 1.015. 2.- Pasa al sistema decimal los siguientes números binarios: 1001, 101101, 100001. 3.- Completa la siguiente tabla: Binario 1111110 1101 100001111 Decimal 49 4.- Cuántos megabytes son 2.000.000 Bytes Y 10.253 KB? Y 20 GB? 5.- Cuántos kilobytes tienen 2 MB? Y cuántos bits? 6.- Cuántos estados se pueden representar con 3 bits? Y con 10 bits? 87 93 Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 7
5.3.- Sistema operativo. Software que sirve para administrar los recursos de un ordenador, actuando de intermediario entre el hardware, los programas y el usuario. Se inicia al encender el ordenador y es imprescindible para su funcionamiento. Ejemplos: Windows, UNIX, Linux, MacOS, etc. Los dispositivos que incluyen microprocesadores como televisores, consolas de videojuegos, reproductores multimedia, etc. también utilizan un sistema operativo. 5.3.1.- Funciones del sistema operativo. 1. Proporciona una interfaz gráfica: así el usuario puede interactuar con el ordenador de forma sencilla e intuitiva, utilizando un sistema gráfico de ventanas, menús desplegables, etc. 2. Administra los usuarios: asigna contraseñas, establece permisos según el tipo de usuarios, gestiona las cuentas de usuario, etc. Los sistemas operativos actuales son multiusuarios, es decir, varios usuarios pueden usar los mismos servicios simultáneamente. Tipos de usuarios: Root o superusuario: tiene acceso y control total sobre todos los recursos del sistema. Administrador: puede gestionar y configurar todos los recursos hardware y software dentro de la parcela asignada por el root. Usuario estándar: puede usar aplicaciones, y editar documentos propio y compartidos. Invitado: puede ver, pero no editar, los documentos compartido. 3. Administra los archivos: permite o no el acceso, la edición y eliminación de datos en función del tipo de usuario. 4. Gestiona los procesos: asigna los recursos que sean necesario para ejecutar un programa: tiempo de procesador, asignación de memoria, acceso a periféricos, etc. Los sistemas operativos actuales son multitareas, es decir, capaces de ejecutar diferentes procesos a la vez. 5. Gestiona los recursos del hardware: se encarga del correcto funcionamiento de todos los componentes conectados al ordenador. 5.3.2.- Componentes del sistema operativo. Interfaz de usuario: software que actúa de intermediario entre el ordenador y el usuario (realiza la función 1). Núcleo o Kernel: es la parte más importante del sistema operativo ya que realiza todas las demás funciones. Facilita a los usuarios y a las aplicaciones el acceso seguro al hardware del ordenador y gestiona los recursos mediante las llamadas al sistema. Llamadas al sistema: mecanismo utilizado por las aplicaciones para comunicarse con el núcleo y solicitar determinados servicios. Cada sistema operativo dispone de su propia biblioteca de llamadas al sistema, por eso, las aplicaciones que están diseñadas específicamente para un sistema operativo, no funcionan si se ejecutan en otro diferente. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 8
5.4.- Programas y aplicaciones. Archivo o fichero: conjunto de datos e información del mismo tipo que se almacena de forma estructurada, para permitir la recuperación de un elemento o dato individual. Programa: conjunto de instrucciones que se dan a un ordenador para realizar un proceso determinado. Firmware: actualmente se utiliza para denominar cierta parte del software que, los ordenadores y otras máquinas programadas, traen pregrabado desde su fabricación y que suele estar en memorias de sólo lectura (tipo ROM). Aplicación informática: conjunto de programas diseñados para que el ordenador pueda desarrollar un trabajo determinado. Ejemplo: procesador de texto, gestión de bases de datos, etc. Hay varios tipos: Aplicación de escritorio: diseñada para ser instalada, configurada y ejecutada en el sistema operativo de un ordenador. Solo se pueden utilizar en el sistema operativo para el que han sido desarrollada, aunque muchas cuentan con versiones específicas para diferentes sistemas operativos, por lo que se denominan multiplataforma. Aplicación Web: los usuarios pueden usarla a través de Internet. Es accesible desde cualquier lugar con un navegador Web, no requiere de instalación ni actualización y es independiente del sistema operativo. Ejemplo: Google Drive, Dropbox, Picaza, youtube, etc. Apps: abreviatura de application. En un principio se utilizaba solo para las aplicaciones de los sistemas móviles, pero ya se han extendido a todos los tipos de ordenadores. Licencias de software: contrato legal entre el propietario del software y el usuario, en el que se determinan los derechos y obligaciones por ambas partes. Se pueden clasificar: Software libre o de código abierto: otorga libertad a los usuarios para ejecutar, copiar, distribuir, estudiar, y mejorar el software. Algunos son gratuitos y otros no. Pueden ser: o Software de dominio público: no tiene derechos de autor y se puede usar sin restricciones. o Copyleft: permite su libre distribución siempre que las modificaciones también se distribuyan como software libre. Entre las que hay, destaca la licencia GPL. Software privativo: cualquier software que no sea libre y, por tanto, solo se puede utilizar, modificar o distribuir en los términos que especifique la licencia adquirida. o Copyright: la ley concede a los autores unos derechos por la creación de sus obras y su uso está sujeto al permiso del propietario (de forma gratuita o comercial). o Shareware: obliga a pagar por la licencia transcurrido un periodo de prueba inicial. No es libre porque su código fuente no está disponible y no tiene licencia de distribución. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 9
6.- Qué ocurre cuando se enciende un ordenador? 1. Se enciende el ordenador y arrancan los componentes. 2. El procesador se pone a cero. 3. El procesador acude al programa BIOS, compara la información contenida con la almacenada en la memoria CMOS y detecta cualquier cambio en los componentes o en la configuración del sistema. 4. El procesador acude al programa POST y se inicia un chequeo de todos los dispositivos (bus del sistema, reloj, periféricos conectados, etc.) que se van activando y, en caso de error, se emitirá un pitido de aviso. 5. Inicia vídeo y manda mensajes de texto a la pantalla. 6. Chequea la memoria RAM. 7. Chequea el teclado. 8. Oportunidad de modificar algunos parámetros de la BIOS (programa SETUP). 9. Comprueba el sector de arranque de las unidades de almacenamiento, en el orden indicado en la BIOS, para detectar el programa de arranque y la tabla de particiones (partición: cada uno de los espacios de almacenamiento en que se divide un disco o memoria flash) del Sistema Operativo. Si no es posible arrancar desde un dispositivo se pasa al siguiente de la lista. 10. Carga en la RAM el Sistema Operativo, que permite establecer comunicación entre todos los componentes del ordenador. 11. Se ejecuta el programa de inicio del sistema operativo. 12. El ordenador ya está en disposición de trabajar. Unidad didáctica 1: Ordenadores. Hardware y software pag. 10