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UD.1b: Hardware.
(Guión y Apuntes)
Contenidos:
Sistema Binario, sumas, código ASCII
Sistema Hexadecimal
Definición Hardware y Software
Arquitectura Ordenador.
1
Sistema Binario (Guión)
Sistema Decimal (base 10). Descomponer en Unidades, decenas, centenas,... Sumar con
acarreo.
Sistema Binario (base 2).
Conversión de decimal a binario (2 maneras), y viceversa.
Sumar directamente en binario (ejemplos).
Código ASCII (en libro viene la tabla)
Unidades: Bit (b), Byte (B), KByte (KB), MByte (MB), GByte (GB), TByte (TB).
Ejercicios de unidades:
1.
¿Cuantos CD´s de 700 MByte caben en un disco duro de 1 TByte?
Solución: 1 TB = 1024 x 1024 MB = 1048576 MB
1948576 / 700 = 1.497,96 CD`s
2. Mis fotos ocupan cada una de ellas 150 KByte, ¿cuantos KByte ocuparán en disco duro si
tengo 480 fotos? ¿Y cuantos MByte?
Solución: 150 KB · 480 fotos = 72.000 KByte
72.000 KB · (1 MB / 1024 KB) = 70,31 MByte
2
Sistema Hexadecimal (Guión)
Paso de Hexadecimal a Decimal y viceversa.
Diferenciar el número de grafías necesarias para expresar un número en las distintas bases
explicadas (base 2, base 10 y base 16). Por ejemplo: nº 134, en binario es 10000110 y en
Hexadecimal 86.
Conversión directa de Hexadecimal a Binario (y viceversa).
Ejemplos:
A F = 1010 1111 (175)
Ejercicios Binario – Decimal – Hexadecimal (al final del documento ejemplos).
3
Def. Hardware vs. Software
Hardware es el conjunto de dispositivos físicos que integran el ordenador (disco duro, pantalla, teclado,
tarjeta de video, etc.)
Software, es el conjunto de instrucciones que dirigen los distintos componentes del ordenador para que
realicen las distintas tareas (drivers, S.O. y programas)
4
Arquitectura de un Ordenador
Vamos a Analizar:
La Placa Base
o Zócalo para el microprocesador
o Chipset
o Buses de datos
o BIOS
o RAM-CMOS
o Ranuras de Expansión
Unidad Central de Proceso (UCP o CPU). El microprocesador.
Memorias
Memoria Caché (en el microprocesador)
Memoria RAM
Memoria Extra (disco duro)
Dispositivos de almacenamiento
Conectores
Periféricos
4.0 Arquitectura Von Neuman
El primer computador comercial
construido en esta forma fue el
UNIVAC1, fabricado en 1951 por la
Sperry-Rand Corporation y comprado por
la Oficina del Censo de Estados Unidos.
Los ordenadores con esta
arquitectura constan de cinco partes: La
unidad aritmético-lógica o ALU, la
unidad de control, la memoria, un
dispositivo de entrada/salida y el bus de
datos que proporciona un medio de
transporte de los datos entre las distintas
partes.
La mayoría de computadoras modernas están basadas en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros
dispositivos adicionales, (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como ratón,
teclado, etc.).
4.1 La Placa Base
La “placa base”, placa madre, (en inglés motherboard, mainboard) es una tarjeta de circuito impreso a la
que se conectan las demás partes del ordenador. Va instalada dentro de la caja, y es necesaria una alimentación
eléctrica que la proporcionará una fuente de alimentación.
Placa Base modelo antiguo
Placa base Asus (último modelo año 2010)
4.1.1
Zócalo para el microprocesador
Según la placa base que tengamos podremos colocar un tipo de microprocesador. Puede que podamos
elegir entre distintos rendimientos de micros, pero por supuesto han de tener el mismo tipo de anclaje para el que
está diseñado el zócalo.
4.1.2
Chipset
El Chipset es un conjunto de circuitos integrados situados en la placa base. Es un elemento fundamental
en el ordenador ya que se encarga de tareas tan importantes como:
o
o
o
4.1.3
gestión de los periféricos externos a través de los puertos de comunicación
controlar las ranuras de expansión,
control de la transferencia de datos entre el microprocesador y la memoria.
Los Buses
Son los canales por los que circula toda la información del ordenador, por lo que están presentes tanto en
la placa base, como en todos los dispositivos conectados al ordenador. Es un elevado número de líneas metálicas,
cada una de las cuales transmite diferente información.
En función del tipo de información que transporta el bus nos encontramos con:
Bus de datos. Circulan los datos.
Bus de control. Transmiten las instrucciones dadas por la CPU a los distintos
dispositivos.
Bus de direccionamiento. Transportan las direcciones de la posición de memoria
donde están guardados los datos.
Existen diferentes anchos de buses en función del número de cables que tienen: 8, 16, 32, 64 bits
4.1.4
BIOS
Es una memoria tipo ROM, por eso se llama habitualmente a este dispositivo ROM-BIOS. ROM quiere
decir Read Only Memory: “memoria de sólo lectura”. No se puede escribir en ella. Contiene información grabada
por el fabricante de la placa base, que no desaparece al apagar el ordenador.
Contiene las instrucciones para realizar el chequeo inicial del ordenador además de datos técnicos de los
componentes más elementales conectados en el sistema (en la placa base).
Al arrancar el ordenador la BIOS chequea los componentes del sistema, si todo está correcto empieza a
cargar el sistema operativo. Sin embargo, si detectase algún error emitirá un pitido informando del error del
sistema.
4.1.5
RAM-CMOS
Es una cantidad de memoria incorporada en un chip de la placa base, cuya función es almacenar parte de
la configuración del sistema: información del reloj (fecha y hora), así como datos de la configuración de los
periféricos no controlados ni chequeados por la BIOS.
Es una memoria tipo RAM, es decir, se borraría al apagar el ordenador. Esta información permanece
intacta gracias a la alimentación constante de una batería situada en la placa base.
4.1.6
Ranuras de Expansión (“slots”)
Permiten añadir componentes al ordenador, con el fin de mejorar las prestaciones del mismo. Se pueden
conectar, por ejemplo, tarjetas de sonido, tarjetas de video, controladores de dispositivos externos, tarjetas para
puertos USB adicionales, etc.
Diferentes tipos de conexiones:
ISA (ya no utilizada en ordenadores modernos)
PCI. Posibilita la tecnología “plug and play”.
PCI-Express. Es un nuevo desarrollo del bus PCI, pero se
basa en un sistema de comunicación serie mucho más rápido.
AGP. Es específico para tarjetas de video. Velocidades muy
superiores a los zócalos anteriores.
4.2
La unidad central de proceso (UCP o CPU). El microprocesador.
La unidad central de proceso UCP (o CPU en inglés) es el verdadero cerebro de la computadora; su
misión consiste en coordinar y controlar o realizar todas Las operaciones del sistema. Se compone de elementos
cuya naturaleza es exclusivamente electrónica (circuitos).
Sus partes principales son Las siguientes:
* El Procesador (P). Que a su vez se compone de:
O La unidad de control (UC).
O La unidad aritmético – lógica (UAL).
* La Memoria Central (MC).
La CPU también incorpora un cierto número de registros rápidos (pequeñas unidades de memoria) de
propósito especial, que son utilizados internamente por la misma.
4.2.1
Unidad de control (UC)
La unidad de control (UC) es el centro nervioso de la computadora; desde ella se controla y gobiernan todas
las operaciones (búsqueda, decodificación, y ejecución de la instrucción). Para realizar su función, consta de los
siguientes elementos:
•
•
•
•
•
Registro de contador de programas (CP)
Registro de Instrucciones (RI)
Decodificador (D)
Reloj (R)
Generador de Señales o Secuenciador (S)
Reloj (R). Proporcionar una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos constantes (frecuencia
constante), que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta cada
instrucción.
La velocidad del reloj (clock speed o clock rate) es la velocidad a la que un procesador ejecuta
instrucciones. Mientras más rápido sea el reloj, más instrucciones puede procesar el CPU por segundo.
Los fabricantes de ordenadores expresan la velocidad del reloj en megahercios y giga hertzios. Una
computadora que opera a 2,2 GHz (giga hertzios) tiene 2.200 millones de ciclos de reloj en un segundo
(hertzio).
El poder de la CPU frecuentemente es determinado por lo rápido procesa datos. El reloj del sistema es
uno de los factores mayores que influencian la velocidad de la computadora. Un CPU con mayor
velocidad de reloj puede procesar más instrucciones por segundo que una CPU con una menor velocidad
de reloj. Es importante mantener en mente que la velocidad del reloj afecta solo al CPU; no tiene efectos
en otros equipos como impresoras y lectores de disco.
4.2.2
Unidad aritmético–lógica (UAL)
Esta unidad es la encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (generalmente
sumas o restas) y de tipo lógico (generalmente comparaciones).
4.2.3
La memoria central (MC). Memoria Caché
Es la parte de la unidad central de proceso de una computadora donde están almacenados las
instrucciones y los datos necesarios para que un determinado proceso pueda ser realizado.
La memoria central está constituida por una multitud de celdas o posiciones de memoria, numeradas de
forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora esté conectada, la información necesaria.
Por otra parte, es una memoria de acceso directo, es decir, puede accederse a una de sus celdas
conociendo su posición. Para esta memoria el tiempo de acceso es más corto que para las memorias auxiliares, por
tanto, los datos que manejan los procesos deben residir en ella en el momento de su ejecución.
4.3
Tipos de Memorias
4.3.1 ROM-BIOS (explicada en punto anterior)
4.3.2 RAM-CMOS (explicada en punto anterior)
4.3.3 Memoria Caché (explicada en punto anterior)
4.3.4 Memoria RAM
Random Access Memory. Es una memoria de acceso aleatorio (la información no se distribuye en ella de
forma secuencial). Se puede leer y escribir información. Es volátil, por lo que desaparecerá su información al
apagar el ordenador.
La memoria RAM, es un componente imprescindible para el ordenador. Su función consiste en tener
preparadas las instrucciones y los datos para que la CPU pueda procesarlos y en almacenar temporalmente el
resultado de las operaciones realizadas por la CPU.
Módulos de memoria RAM.
Esta memoria viene en “módulos” que podemos “pinchar” en su zócalo correspondiente en la placa base.
Podemos encontrar ordenadores con 4 MBytes de memoria RAM (e incluso de 16 MBytes).
Actualmente nos encontramos estos módulos de memoria conectados a zócalos tipo: DIMM y RIMM:
o
o
Zócalos de memoria DIMM (Dual in line Memory Module); aparecieron junto con los
Pentium y se siguen utilizando en los Pentium III y en los K7.
Zócalos de memoria RIMM; es ultima generación de módulos de memoria (Rambus in line
Memory Module) y aparece exclusivamente para los Pentium 4 y los K7, y utilizan
memoria tipo RDRAM.
4.3.5 Disco duro (como memoria)
Cuando estamos empleando aplicaciones, y terminamos con la capacidad de la memoria RAM, el
ordenador tiene que usar el disco duro para seguir almacenando datos “temporales”. En este caso, debido a que el
tiempo de acceso de escritura y lectura de datos del disco duro es mucho mayor que el necesario en las memorias
RAM, el ordenador pierde velocidad.
4.4 Los Puertos
Los puertos permiten la conexión de los periféricos a la placa base, o a otras placas auxiliares.
Actualmente hay una normalización llamada PC99, que establece el “color” que tiene que tener cada uno de estos
puertos para que sea más sencillo la conexión de los periféricos.
Tipos de puertos:
•
•
•
•
•
•
•
•
Los puertos PS2 para conectar el teclado o el ratón, estas interfaces tienden a desaparecer a favor del
USB
Los puertos serie (COM), transmiten datos en “serie”, uno a continuación de otro. Están en desuso,
muchos dispositivos antiguos los llevaban. Son conectores de 9 pines (en dos filas).
Los puertos paralelos (LPT), transmiten datos en “paralelo”, varias señales viajan a la vez por el cable.
Son más rápidos que los puertos serie “antiguos”. También están en desuso, se emplean para la conexión
de antiguas impresoras. Es un conector de 25 pines (en dos filas)
Los puertos USB (en inglés Universal Serial Bus). es un puerto que sirve para conectar periféricos a un
ordenador. Actualmente el dispositivo es denominado de alta velocidad (versión 2.0) cuya tasa de
transferencia puede llegar a ser de hasta 480 Mbps (60 MB/s) pero por norma general transmite hasta
128Mbps (16MB/s). Hay una nueva versión de USB (versión 3.0), que es diez veces más rápido que el
actual 2.0, tiene una tasa de transferencia de hasta 4.8 Gbps (600 MB/s).
Los conectores RJ45, para conectarse a una red informática (LAN). Es un poco más ancho que el
conector telefónico (conector modem).
Los conectores VGA, DVI, HDMI o Displayport para la conexión del monitor de la computadora.
Los conectores IDE o Serial ATA, para conectar dispositivos de almacenamiento, tales como discos
duros, unidades de estado sólido y lectores ópticos.
Los conectores de audio (Jack), para conectar dispositivos de audio, tales como altavoces o micrófonos.
4.5 Periféricos
Se entenderá por periférico al conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la
computadora, formado por la CPU y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada y/o salida (E/S)
complementarias al proceso de datos que realiza la CPU.
Podemos tener tres tipos de periféricos en función de si se encargan de enviar información hacia el
ordenador, recibirla o ambas opciones son posibles:
Periféricos de entrada: captan y envían los datos al ordenador
Como ejemplos de periféricos de entrada podemos enumerar los siguientes:
o
o
o
o
o
o
o
Teclado
Micrófono
Escáner
Ratón
Escáner de código de barras
Cámara Web
Lápiz óptico
Periféricos de salida: muestran o proyectan información hacia el exterior del ordenador.
Como ejemplos de periféricos de salida podemos enumerar los siguientes:
o
o
o
Monitor
Impresora
Altavoz
Periféricos de entrada y salida: pueden hacer ambas funciones.
Como ejemplos de periféricos de entrada y salida podemos enumerar los siguientes:
o
o
o
o
o
Disco duro
Memoria flash (pen-drive)
Pantalla táctil
Fax
Tarjeta Inalámbrica (wi-fi)
4.6 Unidades Almacenamiento
Son dispositivos que almacenan la información de forma permanente para evitar su pérdida.
Según la tecnología que empleamos para almacenar y leer los datos en estos sistemas de almacenamiento
los podemos dividir en:
Dispositivos Magnéticos.
Dispositivos Ópticos.
Dispositivos Magneto-ópticos.
Dispositivos Semiconductores.
Dispositivos Magnéticos
Usan diferentes patrones de magnetización sobre una superficie cubierta con una capa magnetizada para
almacenar la información. Se llega a la información usando uno o más cabezales de lectura/escritura.
Son dispositivos magnéticos:
o
o
o
Dispositivos Ópticos
Disquete (en desuso en la actualidad, capacidad de 1,44 MB)
Disco duro. Capacidades actuales 1, 2 TB
Cinta magnética. Se usa para hacer copias de seguridad (Backups), de sistemas
con mucha información.
Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos grabados con un láser
en la superficie de un disco circular. La información se lee iluminando la superficie con un diodo láser y
observando la reflexión.
Como dispositivos de almacenamiento óptico, tenemos los siguientes tipos:
o
o
o
o
CD, CD-ROM, DVD: Memorias de simplemente solo lectura, usada para distribución masiva de
información digital (música, vídeo, programas informáticos).
CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única (sólo podemos grabar una vez la
información).
CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida. Podemos
borrar y escribir la información cuantas veces queramos.
Blu-ray: Formato de disco óptico pensado para almacenar vídeo de alta calidad y datos.
Dispositivos Magneto-ópticos
Son discos de memoria óptica donde la información se almacena en el estado
magnético de una superficie ferromagnética. La información se lee ópticamente y se
escribe combinando métodos magnéticos y ópticos.
Dispositivos Semiconductores
La memoria de semiconductor usa circuitos integrados basados en
semiconductores para almacenar información. Ha habido un crecimiento constante en
el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductor no volátil llamado memoria
flash (los actuales “pen-drive”).
Ejercicios Binario – Decimal – Hexadecimal
Convertir los siguientes números decimales en código binario, y en código
http://www.disfrutalasmatematicas.com/numeros/binario-decimal-hexadecimal-conversor.html
Nº Decimal
Nº Binario
56
78
157
200
265
111000
1001110
10011101
11001000
100001001
Pasar de Hexadecimal a Binario (de modo directo).
Nº Hexadecimal
4B
64
AF4
Nº Binario
0100 1011
0110 0100
1010 1111 0100
Pasar de Binario a Hexadecimal (de modo directo).
Nº Binario
100
1010011
11001010
10001101001001
Nº Hexadecimal
4
53
CA
2349
Suma en binario (sin pasar por decimal)
10010
+ 11001
101011
1100
+10101
100001
1110010011
+1100111001
11011001100
Suma en Hexadecimal (sin convertir ni a decimal ni a binario)
14
+ 6
1A
(20)
( 6)
(26)
2C8
+428
6F0
(712)
(1.064)
(1.776)
Nº
Hexadecimal
38
4E
9D
C8
109
Hexadecimal.