Arquitectura de la computadora


Tipos de computadoras:

Las computadoras se clasifican, según el tipo de tecnología que utilizan, en analógicas y digitales.

  • La tecnología analógica se emplea para medir magnitudes físicas distribuidas en una escala continua, como por ejemplo la temperatura y la presión.

  • En la tecnología digital, los datos son representados por cantidades discretas y transformados en sucesiones de ceros y unos. En lo sucesivo, cuando hablemos de computadoras nos referiremos siempre  a computadoras digitales.

Según la capacidad de almacenamiento y la potencia de cálculo, pueden distinguirse distintos tipos de computadoras:

·         Supercomputadoras: son las más poderosas y costosas de la actualidad. 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: 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. Las minicomputadoras son más pequeñas que las anteriores, pero los servicios que prestan hacen que la diferencia entre una y otra sea cada vez más difícil de establecer.

·         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.


¿Qué es una computadora?
Máquina capaz de efectuar una secuencia de operaciones mediante un programa, de tal manera, que se realice un procesamiento sobre un conjunto de datos de entrada, obteniéndose información.
Los tipos de operaciones relativas al manejo de información que pueden realizarse con una computadora son:

  •         Entrada de datos: esta operación es llevada a cabo por el usuario a través de diversos dispositivos, por ejemplo, el ingreso de letras, números, imágenes, etc. por medio de un teclado, mouse, escáner.
  •    Tratamiento de datos: incluye las operaciones básicas de procesamiento de la información, que son: ordenamiento, selección, combinación, clasificación y ejecución de cálculo. Por ejemplo: el ordenamiento alfabético de una lista del personal de una empresa o la modificación de una imagen fotográfica.
  •       Salida de información: tras el procesamiento de los datos, se obtienen los resultados buscados. La información se ve, por ejemplo, a través de la pantalla, a través de impresora o bien se oye un sonido a través de los parlantes.
  •        Almacenamiento: se hace una copia permanente de la información en algún elemento físico, para poder utilizarla nuevamente. La forma más común de almacenamiento es usando los discos magnéticos.
  •      Recuperación: se lee la información almacenada en algún medio físico, por ejemplo, cuando se abre un archivo grabado en un diskette desde un procesador de texto o cuando se recupera una imagen grabada en un cd-rom,    un pendrive, un DVD.
  •       Transmisión: consiste en la transferencia de la información a otra computadora a través de una red de comunicación de datos. Por ejemplo, se hace la conexión de una computadora a la red Internet para enviar información a otro equipo.
  •        Recepción: la información procedente de otra computadora llega a una red por medio de alguna conexión, por ejemplo, cuando se recibe un mensaje a través del correo electrónico.

Para llevar a cabo estas operaciones, hacen falta dos elementos básicos, los físicos y los lógicos. Los elementos físicos constituyen el hardware. Se denomina así a todos los elementos del sistema de computación que se puede ver o tocar.
Los elementos lógicos reciben el nombre de software, conjunto de instrucciones electrónicas que le indica a la computadora qué hacer.
Podemos decir que

Una computadora es un sistema compuesto por los elementos del hardware que funcionan y se organizan mediante una serie de instrucciones precisas, las cuales son provistas por el software. Constituye una máquina de propósito general, que opera con gran velocidad y precisión.

Componentes de una computadora
La computadora está integrada por varios dispositivos: la placa madre o motherboard, el microprocesador, las memorias (ROM y RAM), las unidades de disco (disco rígido, disquete y CD o DVD), los puertos y la fuente de energía.


Placa madre o motherboard
Contiene e interconecta el microprocesador, las memorias y las ranuras para las tarjetas de expansión (sonido, vídeo, módem, etc.) entre otras cosas.


Microprocesador o CPU
Es el cerebro de la computadora. Se trata de un circuito integrado que ejecuta las instrucciones provenientes de los programas (software). Está compuesto por una unidad de control (para el flujo de información), una unidad aritmético lógica (para cálculos matemáticos y operaciones lógicas) y la memoria principal.

·  La unidad de control regula la ejecución de las instrucciones y el acceso del procesador a la memoria principal, sincroniza las operaciones de las que se encarga el procesador, envía y recibe señales de control desde los periféricos.

·    En la unidad aritmético lógica o ALU se realizan los cálculos aritméticos (sumas, restas) y las operaciones lógicas (comparaciones) definidas en los programas.

·    La memoria central o principal almacena los datos y el programa activo que se necesita para llevar a cabo un proceso. Está constituida por celdas que se identifican por medio de un número, llamado dirección. Se distinguen dos tipos de memoria RAM y ROM.


Memorias RAM y ROM
La memoria RAM (random Access memory), o memoria de acceso aleatorio, almacena  temporalmente los programas  y los datos usados en una sesión de trabajo. Se borra cuando se interrumpe la energía eléctrica por ello se dice que es volátil.
La memoria ROM (read only memory), o memoria de solo lectura, almacena en forma permanente los microprogramas que realizan las funciones básicas de la computadora (encendido y apagado de la PC). El contenido de esta memoria no puede ser modificado por el usuario.

Disco rígido: Es el principal dispositivo interno de almacenamiento de información. Consta de varios platos metálicos magnéticos y cabezales que leen o graban datos en forma permanente.
Unidad de Cd o DVD: es un dispositivo que puede ser solo lector o también grabador. Sirve para leer (y grabar) discos ópticos (CD o DVD) utilizando un rayo láser.

Tarjetas de expansión: Las placas o tarjetas de expansión son dispositivos que se conectan en las ranuras de la motherboard para ampliar la capacidad de procesamiento y de conexión.
Algunas, como las placas de video o de sonido, ya vienen integradas a la motherboard. No obstante, se puede agregar otra placa que inhabilite o trabaje conjuntamente con la integrada en la placa madre.

Placa de video: también llamada tarjeta gráfica, es la encargada de mostrar textos, gráficos e imágenes en uno o más monitores (o incluso en un televisor). Las placas de video tienen su propio chip de memoria, chips de aceleración gráfica y – algunas- hasta poseen un cooler.

Placa de sonido: Es el dispositivo que permite la salida y la entrada de sonido, música y voz a través de parlantes, auriculares y micrófonos. Suele presentar varios tipos de conectores.
·         Entrada de línea: para recibir sonidos desde un equipo de audio.
·         Entrada de micrófono: para recibir sonidos a través de un micrófono.
·         Salida de audio: para emitir sonidos a través de parlantes o auriculares.
·         Interfaz MIDI: para conectar un instrumento musical a la computadora.
Placa de red: Es un dispositivo que permite conectar una computadora con otras, mediante el armado de una red. Se encarga de recibir, administrar y transmitir los datos entre esas computadoras.

Cables y buses: Varios dispositivos se conectan a la computadora mediante cables, tanto para intercambiar datos como para recibir la energía que les permite funcionar.
Cuando se encuentran separados, se los llama cable power y bus de datos. Pero también pueden estar integrados en un solo conector, como ocurre con los cables USB.

Conectores externos: Las principales conexiones que pueden encontrarse en una computadora son:
·        Conexión de la fuente a la red eléctrica.
·        Conexión del mouse.
·        Conexión del teclado.
·        Puerto paralelo: impresora y escáner.
·        Puerto Serie: mouse, escáner o módem externo.
·        Salida para parlantes.
·        Entrada para equipo de audio.
·        Entrada de micrófono.
·        Puertos USB
·        Conexión del monitor.


Red: sistema de computadoras  interconectadas que comparte recursos (datos, dispositivos, Internet, etc).

Puerto: es un conector de intercambio de datos entre una computadora y un dispositivo.

Las unidades de entrada, de salida, de almacenamiento masivo y de comunicación reciben el nombre de unidades periféricas o periféricos.

Se puede decir que el funcionamiento de la computadora se basa en:

  • La captura de datos que se van a procesar por medio de alguna unidad de entrada; 
  •           En su almacenamiento en la unidad central de procesamiento;
  •      En la ejecución de un programa que transforma los datos de entrada en resultados
  •     Y en la comunicación de esos resultados (información) al exterior, por medio de una unidad de salida.


Unidades periféricas

Ya hemos visto que el procesamiento de los datos corre por cuenta de la unidad central de procesamiento. Para ello, los datos y los programas deben introducirse en ella, a la vez que los resultados del proceso deben transferirse para su presentación al exterior o su almacenamiento posterior. Las unidades encargadas de estas operaciones se denominan periféricos.

Las unidades periféricas se clasifican en:

·   Unidades de entrada: permiten el ingreso de datos y programas en la  CPU para su tratamiento.

·    Unidades de salida: distribuyen los datos provenientes de la CPU al exterior por medio de una representación visual o auditiva.

·   Unidad de almacenamiento masivo: tiene como función específica lograr el mantenimiento de la información en su soporte físico externo a la computadora. Según la instrucción que ejecuten en un momento determinado, pueden realizar una operación de entrada (recuperar un archivo) o una de salida (grabar un archivo).

·    Unidades de comunicación: permiten comunicar dos o más computadoras. Si bien podrían considerarse como unidades de entrada y salida, por la importancia que tiene Internet y las comunicaciones, es conveniente, tratarlos como una categoría de periféricos independientes.


 

Periféricos de entrada

TECLADO

Es el más usual de los dispositivos de entrada. En un teclado se puede distinguir a cuatro subconjuntos de teclas:
·  Teclado alfanumérico: con las teclas dispuestas como en una máquina de escribir.
·   Teclado numérico: (ubicado a la derecha del anterior) con teclas dispuestas como en una calculadora.
·       Teclado de funciones: (desde F1 hasta F12) son teclas cuya función depende del programa en ejecución.
·   Teclado de cursor: para ir con el cursor de un lugar a otro en un texto. El cursor se mueve según el sentido de las flechas de las teclas, ir al comienzo de un párrafo ("HOME"), avanzar/retroceder una página ("REPAG / AV PAG”), eliminar caracteres ("SUPR / DEL"), etc.

       Cada tecla tiene su contacto, que se encuentra debajo de, ella al oprimirla se "CIERRA" y al soltarla se "ABRE", de esta manera constituye una llave "SI-NO".
     Debajo del teclado existe una matriz con pistas conductoras que puede pensarse en forma rectangular, siendo en realidad de formato irregular. Si no hay teclas oprimidas, no se toca ningún conductor horizontal con otro vertical. Las teclas están sobre los puntos de intersección de las líneas conductoras horizontales y verticales.
     Cuando se pulsa una tecla se establece un contacto eléctrico entre la línea conductora vertical y horizontal que pasan por debajo de la misma.

    Desde el punto de vista técnico los teclados son iguales sean del país que sean. Solo se diferencias en la rotulación de las teclas. El ordenador no recibe el carácter que el usuario ha tecleado, sino solo un número, el “scan-code” de la tecla que ha pulsado. El teclado va unido a la computadora a través de un conector. Existen dos tipos de conectores DIN  (para clones) y Ps/2 (computadoras de marcas).
 
MOUSE

    Para los sistemas operativos de los años 80, que trabajaban con caracteres el mouse no se utilizada. Debían escribirse con toda exactitud líneas de comandos, por lo que el teclado tenía la primacía. Pero con la invención de Windows, se necesitaba un dispositivo de entrada con el que se pudiera mover un puntero o cursor por la pantalla de forma rápida y precisa. ¿Qué había más parecido al movimiento del puntero en la pantalla que el movimiento de la mano del usuario sobre la mesa?. El mouse une estos dos tipos de movimientos: hacia arriba y abajo y de derecha a izquierda. Mediante una bola que va rodando y diferentes sensores, se reconoce el movimiento que es comunicado a la computadora. Además el mouse tiene tres botones que se utiliza para ingresar diferente información.
    Con el botón izquierdo del mouse puede seleccionar un comando, una opción, un icono. Con el botón derecho del mouse, en la mayoría de los programas se abre un menú contextual. Con el botón del medio se puede desplazarse sobre la pantalla.

ESCÁNER
   Permite capturar información disponible en papel (textos, dibujos, fotografías, etc.). Su principio de funcionamiento se basa en la iluminación del texto o la imagen. A través de una serie de espejos, la luz reflejada es captada por sensores que procesan esta información y la traducen a lenguaje digital para ser tratada por la computadora. Con respecto a los textos, no es necesario tipearlos, ya que son reconocidos y transformados con un tipo de programa llamo OCR (Optical Character Recongnizer “ reconocedor óptico de caracteres”).

     Hay diversos tipos de escáner en cuanto a su forma y rendimiento. Además de una división general entre escáner en escala de grises o en color, podemos distinguir entre tres grupos esenciales:

·       Escáner de mano: el usuario mueve este tipo de escáner sobre la imagen que desea digitalizar. El ancho del escáner es de 10 a 12 centímetros. Este escáner sirve para digitalizar imágenes o párrafos de pequeño tamaño. El espectro que abarcan los dispositivos de este tipo va de los 32, 64 0 256 tonos de gris hasta el escáner en color con una profundidad de color de 24 bits (16,8 millones de colores).

·       Escáner de alimentación: dispone de alimentación de papel y lee imágenes de forma independiente. Estos dispositivos pueden editar páginas enteras y se puede llegar a obtener una resolución de 800 ppp (puntos por pulgada o Dpi dots per inch según la denominación en inglés). Tiene el inconveniente de ue sólo pueden utilizar páginas sueltas como imagen para digitalizar.

·     Escáner de sobremesa o plano: se coloca la imagen que se desea digitalizar sobre una bandeja de cirstal bajo la cual pasa un rodillo con una unidad de iluminación y de digitalización. Se puede llegar a obtener una resolución de 2400 ppp. Los aparatos para profesionales disponen también de un adaptador de transparencias para digitalizar diapositivas.

·   Escáner de códigos de barras: sirve para la lectura de códigos de barras especiales. Un código de barras no es más que una cadena de caracteres, compuestas de letras y cifras, representada como un diseño de líneas. El escáner lee el espacio entre líneas y su grosor, los digitaliza y luego traduce a un código de caracteres.

JOYSTICK

    Dispositivo manejador de cursor que se utiliza en los programas de juegos para enviar coordenadas y al menos una acción a la computadora. El funcionamiento se basa en un conjunto de interruptores que se pulsan con el movimiento de la palanca.


LAPIZ OPTICO

    Tiene la forma de un lápiz. Al ponerlo en contacto con la pantalla, una fotocelda ubicada en su extremo permite determinar la posición señalada. Con el software apropiado se lo utiliza en trabajo de diseño gráfico, ingeniería, etc.

MICRÓFONO

Permite ingresar sonidos, voces a la pc


PERIFERICOS DE SALIDA

IMPRESORA:

   Permite la salida de la información  (textos, gráficos,etc) usando papel como soporte. La velocidad de la impresora se expresa en páginas por minuto (ppm). La resolución de impresión se mide en la cantidad de puntos que entran por pulgada (dpi dots per inch). Por ejemplo la expresión 720*360dpi significa 720 puntos en forma horizontal y 360 de arriba hacia abajo).

     La resolución con que se pretenda trabajar influye en la velocidad de impresión. A mayor definición, mayor será el tiempo de demora por página.

Hay dos tipos de impresoras: las de impacto y las sin impacto.

     Las impresoras de impacto, más conocidas como matriz de punto:
     Su mecanismo principal se compone de un cabezal de 9 0 24 agujas (o pins) que golpean sobre una cinta entintada de un cartucho. La forma en que se agrupan y golpean las agujas determinan la letra o trazado que se imprimirá sobre el papel. Son usadas, casi exclusivamente, para imprimir textos. Son ruidosas, utilizan formularios continuos y son las únicas que permiten imprimir copias con carbónico, ya que golpean el papel. Tiene la característica de poder trabajar muchas horas sin disminuir su rendimiento, además son económicas.

Las impresoras sin impacto utilizan diversas tecnologías y permiten imprimir en color. Son adecuadas para la impresión de textos y gráficos, por lo que la calidad de los impresos  supera a la obtenida por las de impacto. Además son más silenciosas ya que no impactan sobre el papel. Entre las impresoras sin impacto podemos nombrar:
  •      Impresoras a inyección o chorro de tinta: la cabeza de impresión expulsa, por medio de un atomizados, un flujo de minúsculas gotas de tinta que son guiadas por unas placas a la posición adecuada en el papel. La resolución de estas impresoras vería desde 360 a 1440 dpi. La diferencia entre la velocidad de impresión en color y en blanco y negro estriba en que estas máquinas trabajan con los colores primarios y demoran en mezclarlos para obtener el tono requerido. Ventajas: son silenciosas, óptimas para imprimir cartas, tarjetas, folletos, etc. y admiten distintos tipos de papel: transparencias, autoadhesivo, satinado. Desventajas: el costo de reposición de los cartuchos.

  •     Impresoras láser: un rayo láser atrae las partículas de tinta en polvo (llamada toner) a un tambor giratorio, y reproduce en él la imagen de salida. La tinta entra en contacto con el papel y por medio de presión o de calor, se funde sobre él de manera permanente, formando la imagen. Ventajas: son totalmente silenciosas. Desventaja: costo elevado.

  •     Plotter: es un dispositivo de gran tamaño y mucha más precisión que el resto de las impresoras. Se utiliza en la impresión de planos y gigantografías publicitarias.
MONITOR

    Nos permite ver imágenes, textos, ventanas, iconos, animaciones, videos y otros objetos visuales. Representa la información por medio de distintas configuraciones de puntos iluminados llamados pixels (picture elements). 
   Hay tres características que definen la calidad del monitor: el tamaño, la resolución y la profundidad del color.

    El tamaño se mide en pulgadas. Los tamaños estándares son 14, 15, 17, 19 21 pulgadas. 1 pulgada es igual a 2,5 cm.
   La profundidad del color se refiere a la cantidad  de colores que soporta el monitor.

    La resolución (nitidez de la imagen) está relacionada con la tarjeta gráfica que lo controla, y corresponde a la cantidad de pixels verticales por la cantidad de pixels horizontales que se muestran en pantalla.

      Existen dos tipos de monitores según como está constituida la pantalla:
     Monitores de tubo de rayos catódicos (CRT): son las pantallas de las PC. Existen dentro de esta división los monitores blanco y negro y los monitores color.
   Pantallas de cristal líquido (LCD): ocupan menos lugar y emiten muy poca radiación.
 
PLOTTERS

   Trazadores gráficos de alta calidad. Para la escritura, utilizan plumas de tinta o inyección de tinta. Según el modelo, pueden hacer trazos sobre hojas de dimensión estándar o de gran tamaño.  Se emplean, esencialmente, en trabajo de diseño, en arquitectura e ingeniería, en cartología, etc.

PARLANTES

Son dispositivos de salida de sonido, música y voz. Sirven para escuchar los efectos de sonido de juegos, programas multimedia y los cd de música.

Periféricos de almacenamiento
    El volumen de la información guardada en estos periféricos se mide en distintas unidades. La más elemental, llamada bir, representa dos estados posibles (0 ó 1, en código binario). A partir del bit se construyen las demás unidades, como muestra la tabla.
 Unidad                  Equivale a                Permite almacenar
Byte (B)             8 bits                    Una letra, un número o un símbolo
Kilobyte (KB)      1024 bytes           Un pequeño archivo de texto
Megabyte (MB)   1024 kilobytes      Un minuto de sonido mp3 en buena calidad
gigabyte             1024 megabytes   Un archivo de video DVD (45 min. de película)



DISQUETE
     Pequeño disco magnético de 31/2” de diámetro y, una capacidad de almacenamiento de 1,44 MB.
     Está protegido por dos tapas plásticas, que tienen una pequeña traba para impedir su grabación accidental.
     Para leer y grabar un disquete es necesario contar con una disquetera.

DISCO RÍGIDO
   Es el medio de almacenamiento interno que contiene el sistema operativo (Windows, Linux, etc.), los programas y los archivos que se guardan en la computadora. La información se guarda magnéticamente en él, y su velocidad de lectoescritura es muy superior  a la de disquetes y CD.
   Son más modernos y tienen una capacidad de almacenamiento superior a 500 gigabytes (unos 100 DVD).

DISCOS ÓPTICOS
    Son el CD y el DVD, dispositivos de almacenamiento que precisan un rayo láser para ser leídos y grabados en una computadora. A pesar de que los hay de diferentes tamaños, un Cd común almacena hasta 700 megabytes (más de 480 disquetes), y un DVD común almacena hasta 4,7 gigabytes (unos 6 CD)
Una unidad de DVD es un dispositivo que puede leer (y hasta grabar) DVD y CD.
Una unidad de CD no admite DVD.

MEMORIA USB
   Pequeño dispositivo que se conecta a un puerto USB de la computadora. No requiere unidad propia que lo lea o lo grabe.
    Resiste los rasguños y el polvo (a diferencia de disquetes, CD y DVD), y puede almacenar desde algunos megabytes hasta varios gigabytes.
   Todo eso convierte a la memoria USB en favorita a la hora de elegir un dispositivo portátil de almacenamiento.