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Universidad Nacional de San Juan
Facultad de Ingeniería
Unidad II
Arquitectura de Computadoras
Cátedra:
Computación I (ELO)
Informática I (BIO)
Departamento de Electrónica y Automatica
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
INDICE
2
ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS..................................................................................................................... 2
2.1
CONCEPTOS DE BIT, BYTE Y WORD ................................................................................................................................ 2
2.1.1
El Byte.................................................................................................................................................................... 2
2.2
ARQUITECTURA BÁSICA DE COMPUTADORAS ................................................................................................................ 2
2.2.1
Unidad Aritmética y Lógica................................................................................................................................... 3
2.2.2
Unidad de Memoria ............................................................................................................................................... 3
2.2.3
Unidad de Entrada................................................................................................................................................. 3
2.2.4
Unidad de Salida ................................................................................................................................................... 4
2.2.5
Sincronización. ...................................................................................................................................................... 4
2.2.6
Unidad de Control ................................................................................................................................................. 5
2.2.7
Unidad Central de Procesamiento (CPU) ............................................................................................................. 5
2.3
ARQUITECTURA DE DOS BARRAS .................................................................................................................................... 5
2.4
EVOLUCIÓN DE LOS MICROPROCESADORES .................................................................................................................... 9
2.4.1
Intel 4004 ............................................................................................................................................................... 9
2.4.2
Intel 8086 y 8088 ................................................................................................................................................... 9
2.4.3
Intel 80186 ........................................................................................................................................................... 10
2.4.4
Intel 286 ............................................................................................................................................................... 10
2.4.5
386DX - SX .......................................................................................................................................................... 10
2.4.6
Intel 486SX, DX, etc............................................................................................................................................. 10
2.4.7
Intel Pentium........................................................................................................................................................ 11
2.4.8
Cyrix 5x86 y AMD 5x86....................................................................................................................................... 11
2.4.9
AMD K5 - Cyrix 6x86-120(M1) ........................................................................................................................... 11
2.4.10
Pentium Pro 200 .................................................................................................................................................. 12
2.4.11
Pentium MMX ...................................................................................................................................................... 12
2.4.12
AMD K6 ............................................................................................................................................................... 12
2.4.13
Cyrix IBM 6x86MX .............................................................................................................................................. 12
2.4.14
Intel Pentium II .................................................................................................................................................... 13
2.4.15
Intel Celeron ........................................................................................................................................................ 13
2.4.16
Intel Celeron A..................................................................................................................................................... 13
2.4.17
Intel Pentium III................................................................................................................................................... 13
2.4.18
AMD Athlon ......................................................................................................................................................... 13
2.4.19
AMD Duron ......................................................................................................................................................... 14
2.4.20
Pentium 4 ............................................................................................................................................................. 14
2.5
PLACA PRINCIPAL, PLACA BASE O PLACA MADRE (MOTHERBOARD).......................................................................... 14
2.6
MEMORIAS ................................................................................................................................................................... 17
2.6.1
Descripción General............................................................................................................................................ 17
2.6.2
Clasificación de las Memorias............................................................................................................................. 17
2.6.3
Características de las Memorias ......................................................................................................................... 18
2.6.4
Jerarquías de las Memorias................................................................................................................................. 19
2.7
PERIFÉRICOS ................................................................................................................................................................. 20
2.7.1
Unidades de entrada ............................................................................................................................................ 20
2.7.2
Unidades de salida............................................................................................................................................... 28
2.7.3
Periféricos de Almacenamiento ........................................................................................................................... 42
i
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
UNIDAD 2
2 Arquitectura de Computadoras
2.1 Conceptos de Bit, Byte y Word
En una computadora, la unidad más elemental de información es el dígito binario (bit). Sin
embargo, un solo bit puede brindar muy poca información. Por esta razón, la unidad primaria de
información en una computadora es un grupo de bits que recibe el nombre de palabra. El
tamaño de la palabra es tan importante que a menudo se usa para describir una computadora.
El tamaño de la palabra también indica el tamaño de la palabra de la unidad de memoria. Por
ejemplo, una computadora de 16 bits es aquella en la cual los datos e instrucciones se
procesan en unidades de 16 bits y en consecuencia, una computadora de 16 bits tiene una
unidad de memoria que almacena un cierto número de palabras de 16 bits.
Los fabricantes de computadoras han utilizado una amplia variedad de tamaños de palabras.
Las computadoras más grandes (maxi) tienen tamaños de palabra que van de 16 a 64 bits, con
32 bits como el número más común. Los tamaños de palabra en la microcomputadora van de 8
a 32, donde 16 bits representa la mayoría abrumadora. Muchas microcomputadoras utilizan un
tamaño de palabra de 8 bits. Se hicieron varias microcomputadoras de 4 bits que fueron
diseñadas para reemplazar a circuitos lógicos digitales. Las microcomputadoras de 16 bits y
unas cuantas de 32 bits tienen como objetivo competir con las minicomputadoras.
2.1.1 El Byte
A un grupo de 8 bits se le conoce como byte y representa una unidad universalmente utilizada
en la industria de la computación. Por ejemplo, una microcomputadora con una palabra de 8
bits se dice que tiene un tamaño de palabra de un byte. Puede decirse que una computadora
de 16 bits tiene un tamaño de palabra de 2 bytes. Cuando se trabaja con microcomputadoras
que tienen un tamaño de palabra de 8 bits, se usan los términos "palabra" y "byte" en forma
intercambiable.
Las microcomputadoras "antiguas" de 4 bits tienen un tamaño de palabra de medio byte. Esto
se conoce con el nombre de "Nibble".
Frecuentemente una computadora necesita procesar datos que no se pueden representar con
solo una palabra, pues supera su campo de representación. En tales casos, pueden usarse dos
o más palabras de memoria para almacenar los datos en partes.
2.2
Arquitectura Básica de Computadoras
Una computadora digital es una combinación de dispositivos y circuitos digitales que pueden
realizar una secuencia programada de operaciones con un mínimo de intervención humana. A
la secuencia de operaciones se le llama programa. el programa es un conjunto de instrucciones
codificadas que se almacenan en la memoria interna de la máquina con todos los datos que el
programa requiere. Cuando a la computadora se le ordena ejecutar el programa, ejecuta las
instrucciones en el orden que están almacenadas en la memoria hasta que el programa se
completa. Esto lo hace a grandes velocidades y sin cometer errores.
¡Las computadoras no piensan! El programador ofrece un programa de instrucciones y los
datos que especifican todos los detalles de lo que debe hacerse, para qué hacerlo y cuándo
hacerlo. La computadora es simplemente una máquina de alta velocidad que puede manipular
datos, resolver problemas y tomar decisiones, todo bajo el control del programa. Si el
programador comete un error en el programa o introduce datos equivocados, la computadora
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
producirá resultados erróneos. Un dicho popular en el campo de la computación es "si metes
basura obtienes basura".
Toda computadora contiene 5 elementos o unidades esenciales. La unidad aritmética y lógica
(ALU), la unidad de memoria, la unidad de control, la unidad de entrada y la unidad de salida.
La interconexión básica entre éstas unidades se muestra en la Figura 2-1. Las flechas en ese
diagrama indican la dirección del flujo de los datos, de la información y de las señales de
control. En la figura se usan dos flechas de diferente tamaño; las flechas mas anchas
representan datos o información, las cuales consisten realmente en un número relativamente
grande de líneas paralelas, a las cuales normalmente se le da el nombre de BUS, las flechas
finas representan señales de control que por lo general constan de solo una línea, aunque
puede corresponder a unas cuantas líneas. Las diversas flechas están numeradas para poder
ser referenciadas.
2.2.1 Unidad Aritmética y Lógica
La ALU es el área de la computadora en la cual se realizan operaciones aritméticas y lógicas
con datos (sumas, restas, transferencias, and, or, negación, etc). El tipo de operación que se
realizará queda determinado por las señales de control que le envía la unidad de control (flecha
1). Los datos que serán utilizados por la ALU pueden provenir de la unidad de memoria (flecha
2) o de la unidad de entrada (flecha 3). Los resultados de las operaciones realizadas en la ALU
pueden ser transferidos a la unidad de memoria para ser almacenados (flecha 4) o a la unidad
de salida (flecha 5).
2.2.2 Unidad de Memoria
La memoria almacena grupos de dígitos binarios (palabras), que pueden representar
instrucciones (programas) que la computadora ejecutará o datos que serán procesados por el
programa. La memoria sirve también como almacenamiento de resultados intermedios y finales
de operaciones aritméticas (flecha 4). La operación de la memoria es controlada por la unidad
de control (flecha 6), que indica si se trata de una operación de lectura o escritura. Se accede a
una locación dada en la memoria a través de un código de dirección adecuado entregado por
la unidad de control (flecha 7). Se puede escribir información en la memoria proveniente de la
ALU (flecha 4), o de la unidad de entrada (flecha 8), siempre bajo el control de la unidad de
control. La memoria puede enviar información a ALU (flecha 2) o a la unidad de salida (flecha
9).
2.2.3 Unidad de Entrada
Esta unidad agrupa a todos los dispositivos que se usan para ingresar información y datos del
exterior a la computadora, a fin de colocarlos en la unidad de memoria (flecha 8) o en la ALU
(flecha 3). La unidad de control determina hacia donde se envía la información de entrada
(flecha 10). La unidad de entrada se utiliza para introducir el programa y los datos en la unidad
de memoria antes de iniciarse la operación de la computadora. Esta unidad se usa también
para introducir datos en la ALU desde un dispositivo externo durante la ejecución de un programa. Algunos de los dispositivos de entrada mas comunes son los teclados, interruptores
articulados (Joystick), teleimpresores, lectores de tarjetas perforadas, unidades de discos
magnéticos, unidades de cintas magnéticas, conversores analógico-digital, etc.
3
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Figura 2-1 - Arquitectura general de una Computadora
2.2.4 Unidad de Salida
Esta unidad agrupa a los dispositivos que se utilizan para transferir datos e información de la
computadora al mundo exterior. Los dispositivos de salida están dirigidos por la unidad de
control (flecha 12) y pueden recibir datos de la memoria (flecha 9) o de la ALU (flecha 5),
después de colocarse en forma adecuada para su uso externo. Algunos ejemplos de
dispositivos de salida mas comunes son luces indicadoras (display), impresoras, unidades de
disco cinta, tubos de rayos catódicos, conversores digital-analógico, etc.
Conforme la computadora ejecuta su programa, generalmente tiene resultados o señales de
control que debe presentar al mundo exterior. Por ejemplo un sistema de computación grande
podría tener una impresora de líneas como dispositivo de salida. Una microcomputadora podría
exhibir sus resultados en un simple display.
2.2.5 Sincronización.
El aspecto más importante en las unidades de E/S es la sincronización, la cual se refiere a la
adaptación de los distintos dispositivos, de manera que puedan funcionar de manera
compatible y coordinada. La sincronización de la computadora se define más específicamente
como la sincronización de la transmisión de información digital entre la computadora y los
dispositivos externos de E/S.
Muchos dispositivos de E/S no son directamente compatibles con la computadora debido a las
diferencias en sus características como por ej. velocidad de operación, formato de los datos
(hex, ASCII, binarios), modo de trasmisión de datos (serie, paralelo) y nivel de señales lógicas.
Dichos dispositivos de E/S requieren circuitos especiales de sincronización/adaptación
(interfases) que le permitan comunicarse con las unidades de Control, de Memoria, ALU del
sistema de cómputo. Un ejemplo muy común es la popular teletipo (TTY), la cual puede operar
como dispositivo de E/S. La TTY transmite y recibe datos en forma serie (un bit por vez)
mientras que la computadora maneja datos en paralelo. Por lo tanto, una TTY requiere de
circuitos sincronizadores para poder enviar datos o recibirlos de un computador.
4
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
2.2.6 Unidad de Control
La función de la unidad de control es la de dirigir todas las operaciones que realizan las otras
unidades, proporcionando las señales de habilitación y control. En este sentido, la unidad de
control es como el director de una orquesta, quien es responsable de mantener a cada uno de
los miembros de la orquesta en la sincronización adecuada. Esta unidad contiene circuitos
lógicos y de habilitación que generan las señales necesarias para la ejecución de cada una de
las instrucciones de un programa.
La unidad de control busca y trae una instrucción de la memoria enviando una dirección (flecha
7) y un comando de lectura (flecha 6) a la unidad de memoria. La palabra de instrucción
almacenada en la locación de memoria correspondiente, se transfiere a la unidad de control
(flecha 11). Esta palabra de instrucción, que esta en alguna forma de código binario, es
decodificada (interpretada) después por los circuitos lógicos de la unidad de control para
determinar que instrucción es la solicitada. La unidad de control utiliza esta información para
generar las señales necesarias para ejecutar la instrucción.
2.2.7 Unidad Central de Procesamiento (CPU)
En la Figura 2-1, la ALU y la unidad de control se muestran combinadas en una unidad central
de procesamiento (CPU). Esto se hace comúnmente con el objeto de separar el "cerebro" real
de la computadora de las otras unidades. En las microcomputadoras la CPU está contenida en
un solo circuito integrado de alta escala de integración (LSI) llamado microprocesador.
Las funciones principales de un microprocesador utilizado como CPU de un microcomputador
son:
• controlar el flujo de información.
• realizar operaciones con los datos.
• gestionar la memoria.
• gobernar toda la actividad del computador de acuerdo a las instrucciones recibidas.
En torno al microprocesador prestan sus servicios las restantes unidades ya descritas, y que
dan cuerpo a la máquina programable que denominamos computador.
El ingreso del microprocesador en éste marco de aplicación ha dado nacimiento a la
microinformática. Los microcomputadores o sistemas para el tratamiento de la información
basados en un microprocesador, han alcanzado gran difusión. Ciertamente, son incontables las
aplicaciones del microprocesador. Podemos encontrarlo constituyendo el núcleo electrónico de
instrumentos de medidas, de aparatos electrónicos, de máquinas herramientas, de juegos
electrónicos, de microcomputadores.
2.3
Arquitectura de dos Barras
Esta arquitectura surge por la necesidad de reducir el numero de líneas físicas de interconexión
entre las distintas unidades de la maquina. Por ejemplo, para una maquina de 8 bits y
capacidad de direccionamiento de 65536 bytes con la arquitectura de la Figura 2-1, se requiere
de aproximadamente 70 líneas para comandar la Unidad de memoria. Para el caso de la
arquitectura de dos barras (buses) se necesitarían de solo 28 líneas. Esta reducción en el
número de interconexiones se logra a costa de perdida de velocidad ya que solo dos
dispositivos pueden interactuar simultáneamente. El modo de trabajo de un dispositivo con esta
arquitectura es prácticamente el mismo que el de la arquitectura general explicado en párrafos
anteriores.
5
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Unidad Central de
Procesamiento
Bus de
Datos
Bus de
Direcciones
Memoria de Programa
Memoria de Datos
Enlace a Periféricos
I
T
M
Figura 2-2 - Arquitectura de dos barras.
A principios de 1970 los procesadores (microprocesadores - CPU) que dominaban la
informática eran los de 8 bits, también llamados “micros de ocho bits”, y esta cantidad (8 bits)
se refiere al ancho de palabra que podían manejar. Este fue el momento de las así llamadas
Home Computers, tales como la línea MSX de Talent que utilizaba el procesador Z80 de Zilog,
Radio Shack con un 6809 de Motorola, la Commodore 64 que utilizaba el procesador 6510 de
Rockwell y Apple de Macintosh. Por aquellos días la empresa IBM decidió ingresar al mercado
con una máquina más potente, naciendo así la IBM PC. La principal característica de esta
computadora era el revolucionario procesador que tenía, el Intel 8088. En realidad el primer
procesador creado por Intel fue el 8086 y luego modificado para lograr el 8088. Este
procesador, el 8088, tenía las siguientes características:
• Arquitectura interna de 16 bits: esto significa que el ancho de palabra de datos que
maneja internamente es de 16 bits. Si bien esto fue un gran avance, consideremos que
para la época todos los circuitos integrados asociados a un sistema de cómputo estaban
pensados para procesadores de 8 bits, por lo cual el 8088 se diseñó para una
arquitectura externa de 8 bits. Este tipo de arquitectura posibilitaba principalmente una
potencia de cálculo varias veces mayor que las CPU's de 8 bits.
• El bus de direcciones posee 20 líneas posibilitando un direccionamiento de hasta 1
Megabyte que comparado a los 64 KB de una maquina de 8 bits.
• Velocidad de 4.77 Mhz, más del doble que sus predecesores. Posibilidad de agregar un
coprocesador matemático (denominado 8087) cuya función era la de relevar a la CPU en
cálculos matemáticos en aritmética de punto flotante.
6
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Mientras tanto lntel Corporation continuaba con la evolución en la creación de nuevos
procesadores, tanto que hoy se habla de la familia de procesadores 80x86. Debido a las
grandes ventajas ofrecida por el IBM PC los usuarios se volcaron masivamente a su
adquisición y al desarrollo de software y hardware adecuado para tal sistema. No pasó mucho
tiempo y aparece en el mercado el IBM PC-XT llamado así por la incorporación de un disco
rígido de 5 Mbytes. También se modifica la velocidad del procesador a 12Mhz (fabricado por
NEC y denominado NE V20), potenciando aun más sus características. Casi simultáneamente
a este suceso lntel lanza al mercado los procesadores 80186 y 80188 que no tuvieron
demasiado eco en IBM y prácticamente no fueron utilizado para PC, ya que su mejora
simplemente no era sustancial.
Demasiado pronto, el mercado comenzó a exigir mayor potencia en lo sistemas de cómputo. Al
mismo tiempo, los ingenieros de Intel vieron la posibilidad de cambiar el rumbo en la familia de
procesadores permitiendo que estos alivianaran a nivel de hardware la operación de los
Sistemas Operativos multitarea y multiusuario, es decir más de una tarea trabajando
simultáneamente y más de un usuario conectado al sistema. Para tal fin, Intel lanza al mercado
el procesador 80286 con las siguientes características:
• Bus de datos 16 bits
• Bus de direcciones 24 bits (16 Mbytes)
• Velocidad 8, 10 Mhz
• Posibilidad de trabajar en dos modos: real 8086 y protegido.
El modo real 8086 hacía que el procesador se comportara como un procesador 8086 mas
rápido, no sólo por la velocidad del reloj sino también por su arquitectura total de 16 bits. El
modo protegido se refería a que el procesador aceptaba Sistemas Operativos multitareas y
multiusuarios tal como UNIX, protegiendo a cada usuario y a cada tarea (imposibilidad de
mezcla de información y pérdida del control del procesador). Si bien esto parecía una buena
solución existía el problema de que la conmutación entre estos modos no era trivial, por no
decir casi imposible. Sin embargo, IBM lanza al mercado el IBM PC-AT con este procesador
como CPU. El 80286 también permitía que se agregara un coprocesador matemático llamado
80287, que no era más que un 8087 “más rápido”. Dos años después, Intel crea el procesador
80386 con este último problema solucionado. Las características de este son:
• Bus de datos de 32 bits.
• Bus de direcciones de 32 bits (4 GigaBytes).
• Velocidad 16Mhz.
• Posibilidad de trabajar en tres modos: real 8086, protegido y virtual 8086.
• Conmutación de modos inmediato.
• Paginado y/o segmentación de la memoria.
• Unidad de manejo de memoria en el chip.
Los modos real 8086 y protegido eran iguales a los del 80286, en cambio el modo virtual 8086
agregado significaba que en un sistema multiusuario el procesador le hacía corresponder a
cada usuario un 8086, o visto de otra manera una XT completa.
A este procesador se lo llamó 80386DX. Y para aprovechar las placas madres basadas en el
80286 existentes, se lanza también al mercado el procesador 80386SX, que era un procesador
con arquitectura interna 386 y externa 286 y con la conmutación entre modos mejorada, en
definitiva, un 80286 mas rápido. Con estos procesadores IBM saca los sistemas IBM PC7
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
AT386DX y IBM PC-AT386SX. Las primeras son las que mayores ventas tuvieron aunque las
SX para ambientes de red como estaciones de trabajo funcionaron muy bien.
El sistema DX aceptaba un coprocesador matemático llamado 80387 adaptado a las
características del procesador, en cambio el sistema SX aceptaba el 80287.
En esta época de la evolución de los procesadores y sistemas aparecen otras fuentes
fabricantes de procesadores tales como AMD (Advanced Micro Devices ) y Cyrix con
procesadores 386 compatibles. Para hacer frente a tal efecto lntel modifica las velocidades de
los procesadores llevándolos a 20, 25, 33, 60 Mhz. Como era de esperar los otros fabricantes
hacen lo mismo y en algunos casas hasta superaron la velocidad de los procesadores de Intel.
También aparecen en escena los llamados Rapid CAD, o conjunto de procesador y
coprocesador extraídos de la misma oblea de silicio en el momento de la fabricación.
Debido a que la tecnología en función del precio de los otros dispositivos, tales corno
memorias, buses y placas no acompañó el avance de los procesadores, era inútil aumentar la
velocidad de los mismos. Para solucionar este problema se utiliza una memoria de baja
capacidad (256 Kbytes o 512 Kbytes o 1 Mbyte) pero de alta velocidad para que se comunique
con el procesador, y a su vez esta memoria se comunica con la memoria principal a menor
velocidad. A esta memoria se le llama memoria Caché. Para que esta sinergia entre
procesador y memorias funcione adecuadamente, debe existir un mecanismo que arbitre tal
situación denominada Unidad de Manejo de Memoria (MMU). Este tipo de memoria solo existe
en sistemas basados en el 80386DX no así en el SX.
El próximo procesador que apareció en el mercado fue el llamado 80486, y sus características
principales fueron:
• Bus de datos 32 bits.
• Bus de direcciones 32 bits.
• Velocidad 33 y 50 MHz.
• Posibilidad de trabajar en tres modos: real 8086, protegido y virtual 8086. Conmutación
de modos inmediato.
• Paginado y/o segmentación de la memoria.
• Unidad de manejo de memoria optimizada.
• Coprocesador matemático integrado en el chip.
De acuerdo a las características antes mencionadas se desprende de inmediato que la
inclusión del coprocesador matemático y de la caché en el chip junto a la CPU hace que este
procesador tenga un rendimiento mayor al del 80386. Por lo demás su comportamiento es
similar al de su predecesor. Al mismo tiempo aparece el 80486SX que es un 486 sin el
coprocesador matemático. Así nace la PC AT486.
Las velocidades de trabajo de este procesador hacen que el diseño de las placas madres y de
los materiales utilizados para su fabricación sea de buena calidad. No todos los fabricantes de
sistemas PC estaban e condiciones de hacer frente a tal exigencia, por tal motivo Intel lanza al
mercado el procesador 80486DX2 que tiene la particularidad de trabajar a dos velocidades
diferentes, es decir internamente a alta velocidad y externamente a la mitad. Por ejemplo el
procesador 80486DX2 de 66mhz de velocidad trabaja a 66Mhz internamente y a 33mhz
externamente o para comunicar con el exterior. Luego apareció el DX4 que en lugar de trabajar
internamente a 4 veces la velocidad externa lo hace a 3. Por ejemplo el DX4 de 100Mhz trabaja
externamente a 33mhz. Otra modificación de los DX4 es su tensión de alimentación de 3,3
volts (llamados procesadores ecológicos o verdes). Ya en la mitad de la década del 90 aparece
8
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
en escena el procesador 586, P5 o como se lo conoce habitualmente Pentium, y sus
características fueron:
• Bus de datos 64 bits.
• Bus de direcciones 32 bits.
• Velocidad 66, 90, 100 y 133 MHz.
• Posibilidad de trabajar en tres modos: real 8086, protegido y virtual 8086.
• Conmutación de modos inmediato.
• Paginado y/o segmentación de la memoria
• Unidad de manejo de memoria optimizada.
• Coprocesador matemático integrado en el chip.
• Caché interna de 1 Kbyte a 8Kbyte.
•
Dispone de dos ALU’s.
Si bien este procesador no satisfizo las expectativas generadas antes de su lanzamiento al
mercado podemos decir que dió comienzo de una nueva generación de procesadores de altas
prestaciones. El hecho de disponer de dos ALU’s posibilita la ejecución de más de una
instrucción simultáneamente, hecho que se refleja directamente en el rendimiento del sistema.
Las empresas como Cyrix, AMD, Next y otras tienen sus propios procesadores que compiten
con el Pentium, pero por ahora sin resultados satisfactorios debido a un problema tecnológico y
de compatibilidad. Entre estos nuevos procesadores mencionamos al M1 y K5 que son dos de
los más conocidos que compiten con el Pentium.
2.4
Evolución de los Microprocesadores
2.4.1 Intel 4004
•
Primer microprocesador de un solo chip
• Diseñado para que pueda ser utilizado para diferentes aplicaciones
• Bus de datos de 4 bits (1 nibble)
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1971
0.74MHz
2250
Intel
2.4.2 Intel 8086 y 8088
•
Arquitectura básica de todas las PC actuales (286, 386, 486, Pentium, etc.)
• Terminó siendo la más exitosa entre sus competidoras de esa época
(Motorola 68000, TI 9900 y Z-800)
En parte su éxito se debió a:
• Compatibilidad con las 8080/8085 y la familia Z-80
• Relativamente bajo precio
• La variante 8088 contenía un diseño de 16 bits internos y 8 para la E/S
9
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1978
5-12MHz y 4-12MHz
29.000
Intel
2.4.3 Intel 80186
•
Fue principalmente diseñada para reducir costos
• No fué muy vendida porque la 286 salió casi inmediatamente después .
Año
Vel. Reloj
1983
6-16 MHz
Transistores
Fabricante
Intel
2.4.4 Intel 286
•
La primera 286 fue diseñada después de la 386, pero como la 386 era
muy cara y difícil de fabricar se creó la 286 como diseño intermedio lo
que produjo el mayor éxito de ventas en 10 años.
• Todavía se ven algunas, trabajando principalmente como cajas
registradoras
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1983
8-20 MHz
134.000
Intel y otras fuentes
2.4.5 386DX - SX
•
La 386DX-16 fue la primer 386.
• Escencialmente, todas los procesadores posteriores (486, pentium, etc)
son básicamente 386 más veloces
• Posee un mejor manejo de la memoria, tiene capacidades multitarea,
puede cambiar fácilmente entre el modo real, protegido, e introduce el
modo virtual
• Es posible correr windows 95 y 98 (aunque muy lento), si se tiene la
suficiente memoria.
• Hasta ahora ninguna máquina de la familia de la x86 ha logrado un salto
tan grande como el producido con su aparición en el mercado.
• Las Pc’s con 386 eran muy caras (hasta US$ 5000).
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1985
16MHz a 40Mhz, dependiendo del modelo
275.000
Intel
2.4.6 Intel 486SX, DX, etc
•
Eran básicamente 386s pero más rápidas, con algunas instrucciones
más y más memoria
• Intodujo nuevas técnicas para el procesamiento de las instrucciones
(Pipeline)
• Algunas no traían co-procesador matemático (486SX) para que intel
10
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
bajara los precios y pudiera con la competencia de AMD y Cyrix.
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1989
33MHz a 120MHz
900.000 a 3.1 millones
Intel
2.4.7 Intel Pentium
•
Con su aparición produjo un salto tecnológico muy importante, llevando la
tecnología de las grandes computadoras (mainframes) a las computadoras
de escritorio PC.
• Primera CPU x86 super-escalar, es decir ejecutaba más de 1 instrucción
por ciclo de reloj, por lo que una Pentium 75 MHz podía ser más rápida
que una 486-100 Mhz.
• Los precios iniciales eran muy altos así como el de las placas principales
(mother boards) necesarias para su funcionamiento.
• En casos ideales (programas compilados para Pentium) eran de casi el
doble de velocidad del 486, pero pocos programas cumplían esta
condición.
• Los procesadores ya empezaban a requerir disipadores y coolers debido a
las altas temperaturas de funcionamiento.
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1993
60MHz - 200MHz
3.1 millones - 3.3 millones
Intel
2.4.8 Cyrix 5x86 y AMD 5x86
•
Sólo eran 486 más rápidas
• Adaptadas para colocarse en sockets de 486
• Tuvieron mucho éxito pero estuvieron poco tiempo en el mercado
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1995
100MHz - 133MHz
1.4 millones - 1.6 millones
AMD - IBM
2.4.9 AMD K5 - Cyrix 6x86-120(M1)
•
Cuando salió estaba muy atrás de sus competidores (en velocidad)
• Era técnicamente el más avanzado de su tiempo
• Utilizaba un diseño x86RISC (Transformaba instrucciones CISC en
"micro-ops" más pequeñas)
• Para propósitos prácticos, el primer K5 era equivalente a un Pentium-90
• Ya no eran "clones" de intel, sino que implementaban su propia
tecnología
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1996
90MHz - 200MHz
4.3 millones - 3.3 millones
AMD - IBM
11
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
2.4.10
•
Arquitectura de Computadoras
Pentium Pro 200
Eran 2 chips unidos en uno
• Cache secundario en el micro
• Era de gran tamaño, de alta temperatura de trabajo y costoso de producir
• Trabajaba a 32 bits (lo cual sólo era aprovechado por sistemas operativos
de 32 bits)
• Introducía un núcleo RISC
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1995
150MHz - 200MHz
5.5 millones
Intel
2.4.11
Pentium MMX
•
Incluía instrucciones para multimedia (MMX)
• Incluía una suma de pequeñas mejoras que lo convirtieron en el último y mejor
de los Pentiums
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1997
166MHz - 233MHz
4.4 millones
Intel
2.4.12
AMD K6
•
Producido por la fusión de las empresas AMD-NexGen
• Tuvo tanto éxito que no se podía satisfacer su demanda, por lo que su precio
subió.
• Su mayor debilidad era la unidad de punto flotante.
• Las posteriores K6-2 incluían extensiones gráficas (3D-Now), además de las
MMX
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1997
166MHz - 266MHz
8.8 Millones
AMD
2.4.13
Cyrix IBM 6x86MX
•
Muy rápida
• Extremadamente barata
• Tuvo mucho éxito
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1997
150MHz - 200MHz
6.6 millones
IBM
12
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
2.4.14
•
Arquitectura de Computadoras
Intel Pentium II
Tuvo un mayor éxito que el Pentium Pro
• Esencialmente era un Pentium Pro con un encapsulado diferente, con
algunas mejoras en la memoria cache.
• Tenía una excelente performance en punto flotante.
• Utilizaba un socket con forma de cartucho
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1997
233MHz - 450MHz
7.5 millones
Intel
2.4.15
Intel Celeron
•
Fueron creados principalmente para competir con los bajos precios de
AMD y Cyrix
• Básicamente es un Pentium II sin memoria caché secundaria
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1998
266MHz
7.5 millones
Intel
2.4.16
•
Intel Celeron A
Incluía una memoria caché secundaria
• Se aumentó la velocidad del procesamiento.
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1998
300MHz
7.5 millones
Intel
2.4.17
•
Intel Pentium III
Incluía instrucciones para gráficos (SSE) para competir con 3dNow de
AMD.
• Introdujo un número de serie grabado, supuestamente para ayudar en
las transacciones seguras en internet. Lo que produjo serias protestas.
• Básicamente no habían grandes cambios con respecto al Pentium II
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1999
500MHz
9.5 millones
Intel
2.4.18
•
AMD Athlon
Fué el procesador más esperado de la historia
• Fué rediseñado desde cero (a diferencia de K6-2 y K6-3, que sólo eran
actualizaciones del K6)
• Disponía de un espacio mayor para el almacenamiento de las instrucciones
a ser procesadas y unidades paralelas múltiples para procesamiento, en
13
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
teoría también era posible utilizar mútiples procesadores
• Se presentaba en un cartucho como la Pentium II, pero no para Slot1, si no
que introdujo el SlotA.
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
1999
500MHz - ?
22 millones
AMD
2.4.19
•
AMD Duron
Era básicamente un AMD Athlon Thunderbird con una memoria caché más
pequeña
• Precio realmente barato con muy buena performance
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
2000
600MHz - 1000MHz?
25 millones
AMD
2.4.20
•
Pentium 4
El primer chip en superar a los de AMD desde el Pentium III 550
• La velocidad no era mucho mayor a los de AMD y su precio era elevado
Año
Vel. Reloj
Transistores
Fabricante
2000
2000MHz - ?
42 millones
Intel
2.5
Placa Principal, Placa Base o Placa Madre (MotherBoard)
La MotherBoard es una plaqueta en donde se encuentran los componentes más importantes
de una computadora. Contiene un zócalo donde va el microprocesador, conectores (slots) para
las memorias y también para las plaquetas que la conectan con el mundo exterior, los buses de
datos, control y direcciones, la memoria del sistema, la memoria caché externa, el chipset y el
BIOS (Basic Input Output System – Sistema Básico de Entrada y Salida).
En la actualidad la mayoría de las placas principales contienen las interfaces adaptadoras de
los discos rígidos y los puertos de Entrada/Salida en la misma placa del circuito, para ahorrar
conectores de expansión.
14
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Figura 2-3 - Esquema funcional de una placa base moderna
15
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Figura 2-4 - Imagen de una placa base moderna
16
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
2.6
Arquitectura de Computadoras
Memorias
2.6.1 Descripción General
Llamaremos memoria a todo dispositivo electrónico capaz de almacenar información, de tal
manera que el elemento que se sirva de él pueda acceder a la información solicitada en cualquier momento. En consecuencia, no consideramos como memorias las cintas y tarjetas
perforadas, pero sí a la cinta magnética una vez montada en el dispositivo de lectura.
Prácticamente la totalidad de las memorias emplean el almacenamiento binario, es decir, que la
información mas elemental registrada es el bit, a cuyo soporte físico se lo suele llamar celda de
memoria o punto de memoria. La celda de memoria puede ser perfectamente definida e
individualizada como en el caso de un biestable electrónico o un núcleo de ferrita, en otros
casos puede corresponder a una zona de una superficie continúa, como sucede en una cinta
magnética.
Vcc
MEMORIA
Bus de
Direcciones
Bus de Datos
R/W
CS
Masa
R/W: Señal de lectura o escritura.
CS: Señal de habilitación del dispositivo (Chip Select).
Vcc: Tensión de Alimentación
Figura 2-5- Diagrama en bloques de una memoria
.
2.6.2 Clasificación de las Memorias
Existen muchas formas de clasificar las memorias:
1- Según la forma de acceso:
a) Memorias llamadas de acceso aleatorio o directo, en éstas la información está guardada
en una dirección precisa. Se puede alcanzar directamente ese punto con la ayuda de la
dirección; es el caso de las memorias centrales de núcleos o con circuitos integrados. En
este tipo de memoria, tanto en el proceso de lectura como en el de escritura, el tiempo
de acceso no depende de la dirección.
b) Memorias de acceso secuencial. En este tipo de memorias tales como la cinta
magnética, es preciso hacer pasar la cinta y, por consiguiente, toda la información
grabada, para tener acceso a la dirección de la información deseada. Por lo tanto el
tiempo empleado para realizar alguna operación depende de la posición de información
buscada respecto a una referencia.
17
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Algunos elementos de almacenamiento utilizan una combinación de ambos tipos de acceso,
por ejemplo en ciertos discos de cabezas móviles, es aleatoria la elección de la cabeza y su
posicionamiento, o sea la elección de la pista y secuencial la búsqueda de la información
dentro de dicha pista.
2- Según la operación que realiza.
a) Memorias de lectura y escritura: En estas memorias, también llamadas vivas, es posible
realizar las dos operaciones posibles en una memoria, lectura y escritura. La lectura
puede ser destructiva (la información leída se borra de la memoria) o no destructiva. La
escritura puede exigir o no de un borrado previo. Las memorias de Circuitos Integrados
(C.I.) son de lectura no destructiva y no necesitan de un borrado previo, las memorias de
núcleos eran de lectura destructiva y exigía de un borrado previo a la escritura. A las
memorias de lectura-escritura se las denomina comúnmente memorias RAM (Random
Access Memory), memorias de acceso aleatorio, lo cual no simboliza su tipo.
b) Memorias de sólo lectura: Estas memorias también llamadas muertas o fijas, solo
pueden leerse, son en general de acceso aleatorio y se las denomina comúnmente
como ROM (Read Only Memory). Como casos particulares de este tipo de memorias
podemos citar:
•
PROM (Programable Read Only Memory), memoria programable de sólo lectura, la
cual puede ser grabada por el usuario una sola vez.
•
EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), programable por el usuario
que se puede borrar mediante rayos de luz ultravioleta.
•
EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory): Se puede borrar
selectivamente byte a byte con corriente eléctrica.
•
FLASH: Está basada en las memorias EEPROM pero permite el borrado bloque a
bloque y permite mayor densidad de información.
3- Según la permanencia del dato en memoria.
a) Volátiles y no Volátiles: Son Volátiles cuando la memoria pierde su contenido al cortarse
la tensión de alimentación, como por ejemplo las RAM de semiconductores. Son no volátiles cuando mantienen la información aún cuando se corta la alimentación, en este tipo
encontramos las ROM de semiconductores y las RAM de núcleos magnéticos.
b) Estáticas y Dinámicas: Cuando la información permanece en memoria indefinidamente,
mientras este alimentada, se dice que es Estática. En cambio si el contenido se altera en
el tiempo aunque no se suprima la alimentación, y además para mantener la información
es necesario generar periódicamente una operación, llamada refresco, se dirá que la
memoria es dinámica.
2.6.3 Características de las Memorias
En muchos casos es necesario diferenciar las memorias por sus características más
importantes.
• Tiempo de escritura: es el tiempo que transcurre entre el momento en que se proveen a
la entrada la información a guardar y su dirección, y el instante en que la información
queda realmente registrada.
• Tiempo de lectura: es el que transcurre entre la aplicación de la dirección y el instante en
que la información está disponible a la salida.
18
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
• Tiempo de acceso: sin otra aclaración es comúnmente la media de los tiempos de
escritura y de lectura. Deberá distinguirse entre el tiempo de acceso medio y el tiempo
de acceso máximo cuando se trata de memorias secuenciales.
• Cadencia de transferencia o caudal: así se llama al número máximo de informaciones
leídas o escritas por unidad de tiempo. Para las memorias de acceso por bloques se
supone que las informaciones están situadas en lugares sucesivos de memorias.
Generalmente se la mide en bits por segundo o Kbits por segundo.
• Capacidad: es el número de palabras o de bits que la memoria puede guardar. Se
denomina también "volumen". Se hablará por ejemplo de una memoria de 64 Kbits, de
un disco de 30 Mbits, donde un Kbits representa a 210 = 1024 bits.
• Densidad de información: es el número de informaciones por unidad de volumen físico.
2.6.4 Jerarquías de las Memorias
En una máquina, lo ideal sería disponer de una memoria central muy rápida y de gran
capacidad, pero esta solución sería demasiado costosa y técnicamente irrealizable. Por
consiguiente se ha llegado a establecer una jerarquía de las memorias sobre todo a dos
niveles: una memoria central relativamente rápida pero de capacidad limitada; una memoria
auxiliar de mucha mayor capacidad pero con un tiempo de acceso considerable.
De hecho pueden distinguirse tres niveles de memoria, en cuanto a su utilización y localización
en la arquitectura de la máquina.
• Las memorias borrador (memoria caché o scratch-pad memory): son memorias de
acceso aleatorio muy rápidas y de baja capacidad. Se utilizan memorias de circuitos
integrados realizados con las tecnologías de mayor velocidad.
• La memoria central (o principal): es de acceso aleatorio, puesto que en ella busca la
unidad central la información que necesita, se utilizan memorias de circuitos integrados
realizados con tecnología que permite alta escala de integración, siendo de menor
velocidades que las anteriores.
• Memorias de masa (memoria virtual): Se caracterizan por ser de gran capacidad,
tiempos de acceso considerables y grandes velocidades de transferencia. Se accede en
ellas a bloques de información que son transferidos a la memoria central para ser
utilizados allí. Para este tipo de memoria se utilizan generalmente unidades de disco.
Velocidad
Tecnología
Costo x GB
Tiempo de
acceso
SRAM
$10000
1 ns
DRAM
$100
100 ns
Disco
Rígido
$1
Caché
Memoria
Principal
Memoria Virtual
Capacidad
10.000.000 ns
Componentes de una jerarquía de
memorias con características
típicas al 2006.
19
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
2.7
Arquitectura de Computadoras
Periféricos
2.7.1 Unidades de entrada
Un periférico de entrada recoge datos u ordenes (comandos) del mundo exterior y los transmite al
computador bajo la forma de códigos binarios. Analizaremos algunos de ellos.
• Teclado
• Ratón o Mouse
• “Joystick “o palanca manual de control
• Lápiz óptico
• Lector óptico
• Lector de caracteres imantables
• Lector de bandas magnéticas
• Lector de tarjetas “Chip” o inteligentes (Smart Card)
• Reconocedores de voz
• Pantalla sensible al tacto
2.7.1.1 El Teclado
El teclado es el más común de los periféricos de entrada que, además de poseer una parte
electrónica, dispone de otra mecánica. En un principio los teclados formaban un conjunto
integrado en el computador. Posteriormente, y por comodidad, se les separo de la CPU,
estableciendo entonces la comunicación por medio de un cable, de forma que pueda ser
colocado por el usuario donde lo desee. Se pueden distinguir claramente dos partes en un
teclado: Una electrónica y la otra mecánica como se mencionó anteriormente. La primera sirve
para codificar de manera comprensible para la CPU, la información de cual ha sido la tecla
pulsada; la segunda es para que nuestras manos introduzcan la información deseada con
comodidad y fiabilidad al computador. Las teclas están unidas a un contacto eléctrico que
puede estar diseñado de diversas maneras.
Aunque existe una gran variedad de teclados en el mercado se pueden clasificar en:
Profesionales y No profesionales. Los teclados No profesionales en general tienen teclas de
material elástico, demasiado pequeñas, muy juntas y suelen fallar casi constantemente. Estos
son teclados económicos y como es lógico no sirven para trabajo permanente. Este es el caso
del teclado de la computadora ZX SPECTRUM. Los así llamados Profesionales, poseen teclas
de material duro (plástico) y formas anatómicas para que los dedos se adapten con mayor
facilidad. Algunos de estos suelen tener algunas teclas con puntos en sobre relieve (la K en
General) para permitirle al usuario disponer de un punto de referencia para la posición de los
dedos.
Si bien la disposición de las teclas se ajusta a las de las máquinas de escribir, también
depende de la nacionalidad del computador. Por este motivo, existe la posibilidad de elección.
mediante software, del teclado de diseño nacional o del comúnmente estándar americano
denominado QWERTY (denominación que corresponde a la disposición de las teclas en la
esquina superior izquierda en la primera fila de letras).
Para aplicaciones industriales existen teclados totalmente sellados que soportan ambientes
agresivos, como por ejemplo aire, agua y atmósferas de vapores.
20
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Estructura de un teclado
Un teclado profesional en la actualidad posee 102 teclas (84 en versiones antiguas) separadas
en:
• doce teclas de función.
• diecisiete teclas en el panel numérico tipo calculadora.
• diez teclas de cursor y edición.
• cincuenta y cuatro teclas alfanuméricas.
• nueve teclas de funciones especiales.
Figura 2-6 -Imagen de un teclado moderno (Gentileza IBM)
La mayoría de las teclas alfanuméricas se encuentran en la misma posición y realizan las
mismas funciones que sus equivalentes en una maquina de escribir. Sin embargo, existen
también ciertas teclas adicionales que solas o en combinación con otras ejecutan funciones
especiales, según se detalla a continuación:
CAPS LOCK
Conmuta el teclado de minúsculas a mayúsculas. Al pulsar esta tecla se enciende un luz en el
panel luminoso, y las teclas alfabéticas pasan a mayúsculas (para acceder a minúsculas hay
que presionar <SHIFT>). Las teclas numéricas, de edición y los símbolos no se ven afectados y
para acceder a los caracteres de la parte superior hay que presionar <SHIFT>. Pulsando
nuevamente <CAPS LOCK> se desactiva esta función.
ENTER
La Tecla <ENTER> cuando se presiona finaliza una línea (similar al retorno de carro de una
maquina de escribir). Sirve también para ingresar un comando: primero se selecciona o escribe
el comando, y al presionar <ENTER> comienza su ejecución.
PrtScrn
Presionando <SHIFT> y <PrtScrn> simultáneamente se envía una copia de la pantalla a la
impresora.
21
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
BACKSPACE
La Tecla <BACKSPACE> (retroceso), mueve el cursor hacia la izquierda, borrando un carácter
cada vez que se la presiona (excepción de algunos programas que no reconocen esta característica).
BARRA ESPACIADORA
Al presionarla, mueve el cursor hacia la derecha. Con esta acción "escribe" un espacio, o
mueve el carácter siguiente hacia la derecha.
CTRL
La tecla de CONTROL no actúa sola, sino siempre en combinación con otras, enviando códigos
de control a la computadora, cuyas funciones variaran de acuerdo al software que se utiliza.
En general:
• <CTRL> <BREAK> interrumpe la ejecución de un programa o comando, y regresa al
sistema operativo.
• <CTRL><ALT><DEL> reinicia el sistema (Reset - Warm start).
ESC
Las funciones de esta tecla están determinadas por el software especifico que se utiliza. En la
mayoría de los programas, esta función es la de cancelar una operación.
TAB
Esta tecla mueve el cursor hacia la derecha un cierto numero de espacios llamado tabulado.
Presionando <SHIFT><TAB> mueve el cursor hacia la izquierda hasta el tabulado anterior.
SHIFT
El teclado posee dos teclas SHIFT. Cualquiera de las dos, cambia las teclas alfabéticas a
mayúsculas. En las demás, números y símbolos, aparecerán los caracteres marcados en la
parte superior de las teclas.
ALT
Tecla de funciones alternativas. Su función depende del software que se esta utilizando.
NUMLOCK
Al presionar <NUM LOCK>, las teclas del panel numérico 0 a 9 pasan a su función numérica,
es decir, al digitarlas aparecerán los números en la pantalla. Mientras esta función este activa
la luz indicadora permanecerá encendida.
SCROLL LOCK
Mientras esta activa (luz encendida), permite mover la pantalla hacia arriba o hacia abajo, hacia
la derecha o izquierda con las teclas cursor.
INS y INSERT
Activa el modo inserción o el de sobre escritura (reemplazo). En modo inserción, el carácter
que se escriba se insertará en la posición del cursor y todo el texto a continuación del mismo se
desplazara un lugar hacia la derecha. En modo reemplazo, el carácter que se escriba
reemplazará al carácter existente, en la posición en que este el cursor.
DEL y DELETE
Borra el carácter que ocupa la posición del cursor.
22
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
+|-|*|/
Estas teclas hacen aparecer los símbolos que poseen en la pantalla.
CURSOR ↑
Esta tecla corresponde a la tecla 8 del panel numérico cuando la función Num Lock no esta
activada o al panel de cursor separado. Su función es la de mover el cursor hacia arriba.
CURSOR ↓
Esta tecla corresponde a la tecla 2 del panel numérico cuando la función Num Lock no esta
activada o al panel de cursor separado. Su función es la de mover el cursor hacia abajo.
CURSOR →
Esta tecla corresponde a la tecla 6 del panel numérico cuando la función Num Lock no esta
activada o al panel de cursor separado. Su función es la de mover el cursor hacia la derecha.
CURSOR ←
Esta tecla corresponde a la tecla 4 del panel numérico cuando la función Num Lock no esta
activada o al panel de cursor separado. Su función es la de mover el cursor hacia la izquierda.
HOME
Pertenece al panel de edición o al panel numérico, tecla 7 cuando la función Num Lock no esta
activa. Su función, en la mayoría de los casos es mover el cursor a la línea 1, columna 1 del
trabajo que se esta realizando.
END
Pertenece al panel de edición o al panel numérico, tecla 1 cuando la función Num Lock no esta
activa. Su función, en la mayoría de los casos es mover el cursor al final del trabajo que se esta
realizando.
PG UP
Pertenece al panel de edición o al panel numérico, tecla 9 cuando la función Num Lock no esta
activa. Su función, en la mayoría de los casos es mover la pantalla y mostrar la anterior.
PG DN
Pertenece al panel de edición o al panel numérico, tecla 3 cuando la función Num Lock no esta
activa. Su función, en la mayoría de los casos es mover la pantalla y mostrar la siguiente.
F1 a F12
Las teclas de función permiten enviar a la computadora una serie de comandos, ya sea cuando
se presionan solas o en forma simultanea con <SHIFT>. Las funciones que ejecuten pueden
ser muy diversas dependiendo del software especifico de aplicación.
2.7.1.2 El Mouse (RATON)
El mouse es un pequeño periférico de aspecto, semejante al de un ratón, de ahí lleva su
nombre. En el momento de activar el ratón, se asocia su posición con la del cursor en la
pantalla. Si desplazamos sobre una superficie el mouse o ratón, el cursor seguirá dichos
movimientos. Es muy empleado en aplicaciones dirigidas por menús o entornos gráficos, como
por ejemplo Windows ya que con un pulsador adicional en cualquier instante se pueden
obtener en programa las coordenadas (x,y) donde se encuentra el cursor en la pantalla,
seleccionando de esta forma una de las opciones de un menú.
23
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Es un dispositivo, con uno o más pulsadores en la parte superior, conectada mediante un cable
(la cola) a la computadora. Los mecánicos poseen una bola de goma o metal que gira con
componentes de rotación en x-y cuando el usuario desliza el mouse sobre una superficie plana.
Los ópticos producen el mismo efecto pero mediante luz láser.
Estos dispositivos tienen algunas pequeñas diferencias ya que se conectan al computador a
través de una interfase serie RS-232, del puerto PS2 o USB. Existen. También han aparecido
en el mercado los TRACKBALL, que poseen la diferencia de que en lugar de desplazar el
dispositivo haciendo girar la bola se hace girar la bola con los dedos reduciendo de esta
manera el movimiento de la mano.
Figura 2-7 - Imagen de un mouse moderno (Gentileza Saitek)
2.7.1.3 El Joystick
Se trata de un potenciómetro doble situado en un soporte que le permite girar en dos
direcciones perpendiculares entre si. Una palanca controla el mecanismo de rotación y además
permite accionar simultáneamente el potenciómetro doble, en proporciones variables según la
inclinación de la palanca. El Joystick produce a la salida dos tensiones que se pueden enviar a
las respectivas entradas del computador y que son, una de ellas proporcional al
desplazamiento de la palanca en la dirección "x", y la otra proporcional al desplazamiento en la
dirección "y". De esta forma el Joystick se puede transformar, según el programa, en el mando
de un avión o de un misil, podrá ser utilizado para dibujar o para dirigir unos infatigables
hombrecitos mientras juegan a la pelota. Existen versiones económicas de Joystick que en
lugar de tener potenciómetros poseen cuatro contactos eléctricos y el programa del computador
es el encargado de traducir el tiempo en que el contacto esta cerrado en el movimiento del
cursor en la pantalla y con esto la coordenada x-y.
Figura 2-8 - Imagen de un joystick moderno
2.7.1.4 Lápiz óptico.
Físicamente tiene la forma de una pluma o lápiz grueso, de uno de cuyos extremos sale un
cable para unirlo a un monitor. El lápiz contiene un pulsador, transmitiéndose información hacia
24
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
el monitor sólo en el caso de estar presionado. Al activar el lápiz óptico frente a un punto de la
pantalla se obtienen las coordenadas del lugar donde apuntaba el lápiz.
2.7.1.5 Lector Óptico
Nos referiremos en este apartado únicamente a los detectores de marcas, detectores de barras
y detectores de caracteres manuscritos e impresos.
Lector Óptico De Marcas
Los lectores ópticos de marcas son sistemas que aceptan información escrita a mano y la
transforman en datos binarios inteligibles por la computadora, central. El usuario se limita a
marcar con su lápiz ciertas áreas preestablecidas del documento que representan posibles
opciones o preguntas. Estos documentos pueden ser leídos posteriormente, a gran velocidad,
por un computadora con un lector óptico de marcas. Este detecta las zonas preestablecidas
que están marcadas. Esta forma de introducir datos en la computadora es útil, por ejemplo,
para corregir exámenes de tipo test, escrutar quinielas, valorar encuestas, etc.
Una variante sencilla de este sistema la constituye el método de reconocimiento de marcas. En
este caso el dispositivo de lectura puede reconocer cuándo ciertas áreas se han ennegrecido
con un lápiz u otro instrumento de escritura. Entre los documentos sometidos a esta forma de
lectura se encuentran los cupones de las quinielas, los formularios para la lectura de los
contadores de gas y luz, y los cuestionarios con respuesta de elección múltiple. Los métodos
de OCR y de reconocimiento de marcas tienen la ventaja de que se pueden emplear para leer
los datos directamente de los documentos originales, pero son lentos y sensibles a los errores,
en comparación con otros métodos.
Detector de caracteres manuscritos e impresos
Los lectores ópticos de caracteres pueden detectar caracteres (alfabéticos y/o numéricos), o bien
impresos o mecanografiados, o bien manuscritos. Los lectores de caracteres impresos suelen
utilizar patrones normalizados.
Los lectores de caracteres manuales son mucho más complejos, sirviendo frecuentemente sólo
para detectar unos pocos caracteres. Usualmente en el manual del dispositivo se indica la
caligrafía "preferida" por el dispositivo.
El reconocimiento óptico de caracteres (OCR) está basado en el uso de un dispositivo de
exploración óptica que puede reconocer la letra impresa. Muchos documentos comerciales, como
las facturas de gas, luz o teléfono, disponen de una banda que figura en la parte inferior que se
puede leer mediante un dispositivo de OCR. Los nuevos pasaportes de la Comunidad Europea
disponen de una página de texto OCR en la que se incluyen todos los detalles del titular del
pasaporte. Se emplea un tipo de impresión especial para facilitar su lectura (algunos dispositivos
de OCR pueden leer tipos de imprenta comunes, y otros, como los empleados por las
administraciones postales para los procesos de clasificación, pueden reconocer la letra
manuscrita siempre que ésta sea suficientemente clara).
Detector de barras impresa.
En la actualidad han adquirido un gran desarrollo los lectores de códigos de barras. Estos se usan
con mucha frecuencia en centros comerciales. En el momento de fabricar un producto se imprime
en su envoltorio una etiqueta con información sobre el mismo según un código formado por un
conjunto de barras separadas por zonas en blanco.
La forma de codificar cada dígito decimal consiste en variar el grosor relativo de las barras negras
y blancas adyacentes.
25
COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Con estas marcas se puede controlar fácilmente por computadora las existencias y ventas de una
determinada empresa, e incluso gestionar los pedidos a los suministradores de forma totalmente
automática, lo cual genera un ahorro de costes considerable.
El usuario pasa una lectora óptica de tipo pistola por la etiqueta, introduciéndose así, sin
necesidad de teclear, y con rapidez, la identificación del artículo. La computadora contabiliza el
producto como vendido y lo da de baja en la base de datos de existencias.
El lector óptico suele formar parte de una caja registradora que en realidad es un terminal
interactivo denominado terminal punto de venta (TPV).
Los códigos de barras se están transformando en la forma estándar de representar la información
en los productos de mercado en un formato accesible para las máquinas, particularmente en los
centros comerciales.
Un código de barras consiste en un conjunto de barras verticales pintadas en negro (o en un color
oscuro) sobre un fondo blanco (o claro). Los caracteres se codifican empleando combinaciones de
barras anchas y estrechas y siempre se incluyen caracteres de comprobación.
Un lector de código de barras interpreta la secuencia de barras y produce el conjunto de
caracteres equivalente. Los lectores de códigos de barras tiene la forma de un lápiz, que se pasa
sobre el código a leer o bien son dispositivos mayores de carácter fijo, que disponen de una
ventana sobre la que se pasa el producto cuyo código se quiere leer. En este último tipo la lectura
se realiza mediante un haz láser. Los lectores de códigos de barras se incorporan generalmente a
algún tipo de terminal, como en el caso de los más recientes tipos de cajas registradoras para
supermercados. Las experiencias hasta la fecha indican que los códigos de barras constituyen un
método de codificación bastante rápido y fiable.
Lector de caracteres magnéticos
Los caracteres magnéticos se utilizan en los talones y cheques bancarios, y en las etiquetas de
algunos medicamentos en algunos países, pues en España se usa el código EAN. En estos
documentos se imprimen, de acuerdo con unos patrones, los caracteres que identifican el
cheque o talón. La tinta utilizada es imantable (contiene óxido de hierro) y además es legible
directamente por el hombre. La impresión se hace con una máquina auxiliar denominada
inscriptora electrónica. Este dispositivo ofrece una serie de ventajas como:
• Permitir la captación directa de datos.
• Los documentos no necesitan cuidados especiales, se pueden doblar, escribir encima
con tinta no magnética.
• Se consiguen velocidades de lectura muy apreciables.
• Los caracteres usados son legibles.
Los inconvenientes que presentan son:
• Alto costo.
• Impresión cara y específica.
Detector de bandas magnéticas
Las bandas magnéticas se emplean en productos como tarjetas de crédito, tarjetas de la
Seguridad Social, tarjetas de acceso a edificios y etiquetas de algunos productos. Contienen
datos como números de cuenta, códigos de productos, precios, etc.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Las bandas magnéticas se leen mediante dispositivos de lectura manuales, similares a un lápiz,
o por detectores situados en los dispositivos en los que se introducen las tarjetas, incluso
disponibles en algunos teclados.
La ventaja de este método es que la información es prácticamente imposible de alterar una vez
que se ha grabado en la banda, salvo que se le aplique un campo magnético de intensidad
suficiente. Esto proporciona un notable grado de seguridad frente a los sistemas
convencionales.
Reconocedores de voz
Uno de los campos de investigación actual más relevantes relacionados con la Informática es el
reconocimiento de la voz. Se pretende una comunicación directa del hombre con la
computadora, sin necesidad de transcribir la información a través de un teclado u otros
soportes intermedios de información.
Usualmente los dispositivos de reconocimiento de la voz o de la palabra tratan de identificar
fonemas o palabras dentro de un repertorio o vocabulario muy limitado. Un fonema es un
sonido simple o unidad del lenguaje hablado. Un sistema capaz de reconocer, supongamos, 7
palabras, lo que hace al detectar un sonido es extraer características o parámetros físicos
inherentes a dicho sonido, y compararlos con los parámetros (previamente memorizados) de
las 7 palabras que es capaz de reconocer. Si, como resultado de la comparación, se identifica
como correspondiente a una de las 7 palabras, se transmite a la memoria intermedia del
dispositivo el código binario identificador de la palabra. Si el sonido no se identifica, se indica
esta circunstancia al usuario (iluminándose una luz, por ejemplo) para que el usuario vuelva a
emitir el sonido.
Existen dos tipos de unidades de reconocimiento de la voz:
• Dependientes del usuario: En estos sistemas es necesario someter al dispositivo a un
período de aprendizaje o programación, al cabo del cual puede reconocer ciertas
palabras del usuario. En el período de aprendizaje el sistema retiene o memoriza las
características o peculiaridades de los sonidos emitidos por el locutor, y que luego
tendrá que identificar.
• Independientes del usuario: Estos sistemas están más difundidos, pero el vocabulario
que reconocen suele ser muy limitado. Los parámetros de las palabras que identifican
vienen ya memorizados al adquirir la unidad. Son utilizados, por ejemplo, para definir el
movimiento de cierto tipo de robots. En este caso el operador da verbalmente órdenes
elegidas de un repertorio muy limitado, como puede ser : parar, andar, arriba, abajo, etc.
La unidad cuando capta un sonido comprueba si corresponde a uno de los del
repertorio. En caso de identificación se transmite a la computadora central la información
necesaria para la ejecución del programa que pone en marcha y controla la acción
requerida.
2.7.1.6 Pantalla sensible al tacto.
Son pantallas que pueden detectar las coordenadas (x,y) de la zona de la propia pantalla
donde se acerca algo (por ejemplo, con un dedo). Este es un sistema muy sencillo para dar
entradas o elegir opciones sin utilizar el teclado.
Se utiliza para la selección de opciones dentro del menú o como ayuda en el uso de editores
gráficos. Con frecuencia se ve en los denominados kioscos informativos, cada vez más
difundido en grandes empresas, bancos y en puntos de información urbana.
Existen pantallas con toda su superficie sensible, y otras en las que sólo una parte de ella lo es.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
2.7.1.7 Digitalizador.
Los digitalizadores o tabletas digitalizadoras o tabletas gráficas son unidades de entrada que
permiten transferir directamente al computadora gráficos, figuras, planos, mapas, o dibujos en
general. Esto se hace pasando manualmente una pieza móvil por encima de la línea a
digitalizar y automáticamente se transfieren las coordenadas (x,y) de los distintos puntos que
forman la imagen, unas detrás de otras. Es decir, con el digitalizador, partiendo de un dibujo se
obtiene una representación digital de él, en el interior de la computadora.
Todo digitalizador consta de tres elementos:
• Tabla: Donde se ubica el dibujo a digitalizar (puede ser opaca o transparente).
• Mando: Con el que el usuario debe recorrer el dibujo. Este suele tener forma de lápiz o
cursor, y está unido al resto del sistema por un cable flexible. En el último caso el cursor
tiene una ventana cerrada con una lupa, en cuyo interior se encuentra embebida una
retícula en forma de cruz para señalar o apuntar con precisión el punto a digitalizar. El
mando puede disponer de uno o varios pulsadores para controlar la modalidad de
funcionamiento, forma de transmisión y selección de opciones del programa que
gestiona la digitalización.
• Circuitos electrónicos: Controlan el funcionamiento de la unidad.
Los digitalizadores, junto con los trazadores de gráficos (plotters) y pantallas gráficas, son
elementos fundamentales de los sistemas gráficos, que tienen en la actualidad gran
importancia en diversas aplicaciones de la Informática.
2.7.1.8 Scanner.
Es un dispositivo que recuerda a una fotocopiadora que se emplea para introducir imágenes en
un computadora. Las imágenes que se desee capturar deben estar correctamente iluminadas
para evitar brillo y tonos no deseados. Son dispositivos de entrada de datos de propósito
especial que se emplean conjuntamente con paquetes software para gráficos y pantallas de
alta resolución. La mayor parte de los scanners capturan imágenes en color. Dada la cantidad
de espacio de almacenamiento que se necesita para una imagen no suelen capturarse
imágenes en movimiento.
Los programas que controlan el scanner suelen presentar la imagen capturada en la pantalla.
Los colores no tienen porqué ser necesariamente los originales. Es posible capturar las
imágenes en blanco y negro o transformar los colores mediante algún algoritmo interno o
modificar y mejorar la imagen. Sin embargo, y en general, los colores que produce un scanner
suelen ser los correctos.
2.7.2 Unidades de salida
Se agrupan en esta categoría a todos los periféricos que permiten al sistema enviar sus datos
al mundo exterior, por lo que ha dicha categoría pertenecen:
• Impresoras
• Trazador de gráficos o “plotter”
• Monitor
• Adaptador de video
• Sintetizado de voz
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
• Visualizado
• Instrumentación científica o industrial
2.7.2.1 Impresoras.
La impresora es quizás el periférico más próximo al hombre, y sin duda el más tradicional.
Proporciona en un soporte permanente (papel) una información comprensible para el usuario e
inmediatamente utilizable. La importancia de tener una impresión es evidente: en papel se
puede razonar mejor, se puede tener una visión mas amplia del conjunto de datos, como si se
leyera un libro, y se pueden efectuar también mas fácilmente correcciones.
Las impresoras pueden clasificarse según la técnica que utilicen para imprimir. Entre ellas
podemos citar:
Impresoras sin Impacto:
A este tipo de impresoras pertenecen todas aquellas que imprimen los caracteres sin la ayuda
de algún medio de percusión mecánico. Las tecnologías de no percusión son numerosas pero
existen tres principios ampliamente difundidos, estos son:
a) Térmicas: Muy usadas en los comienzos de la computación con las home computers,
actualmente han caído en desuso. Un denominador común de esta es la reducida
longitud de línea de impresión, como máximo 80 caracteres y la velocidad de impresión
varia de 2 a 5 líneas por segundo, aunque hay algunas de 20 líneas por segundo. El
papel sobre el que se imprimen los caracteres esta tratado por medios químicos con una
sustancia sensible al calor (papel termo sensible). Este se arrastra a velocidad constante
o, dicho de otra manera, a pequeños saltos hacia adelante, uniformemente separados.
Mientras se desplaza, un rodillo lo oprime contra un soporte, denominado cabeza de
impresión, en donde hay una serie de diminutos elementos llamados agujas que se
pueden o no calentar. El calor generado por cada aguja activa es suficiente como para
oscurecer el papel en el punto que, en ese instante, esta en contacto con el elemento de
impresión. Con el desplazamiento de la cabeza perpendicularmente al sentido de
arrastre del papel, se consigue incidir en una serie ordenada de puntos para crear un a
serie de caracteres cuya definición depende exclusivamente del tamaño del punto
generado y de la proximidad de las agujas entre si. Su única ventaja es que son
pequeñas y portátiles, pero la impresión tiende a desaparecer del papel con el tiempo y
los caracteres no tienen buena definición.
b) De chorro de tinta: Estas disponen de una cabeza móvil que se desplaza perpendicularmente al sentido de arrastre del papel. En la practica este cabezal básicamente
dispone de un depósito de tinta líquida, de una pequeña bomba y de un inyector. La
bomba impulsa la tinta a través del inyector, el cual pulveriza el chorro así generado. Las
micro gotas de tinta obtenidas se depositan sobre el papel (de forma controlada) situado
delante generando los caracteres.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
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Figura 2-9 - Impresora a chorro de tinta (EPSON)
La Figura 2-10 muestra la forma de el cabezal de una impresora "ink-jet" (de chorro de tinta).
La velocidad de impresión es baja, pero la calidad obtenida es excelente, pudiendo inclusive
generar gráficos. El costo por página es elevado, pero es una alternativa válida si deben
generarse impresiones de alta calidad.
Figura 2-10 - Cabezal de una impresora de chorro de tinta.
1) Láser: Son las impresoras de última generación. Utilizan el láser y las técnicas de las
fotocopiadoras para generar impresiones de calidad profesional. Son generalmente usadas
por los editores de libros, revistas y diarios. Poseen una infinidad de tipos de letras posibles
(fonts) y pueden imprimir hasta 17 páginas por minuto y un funcionamiento totalmente
silencioso. Su principal desventaja es su costo elevado.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
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Figura 2-11 - Impresora Láser (XEROX)
2) Impresoras de Impacto: Este tipo se impresoras utiliza el principio de funcionamiento de la
maquina de escribir tradicional, o sea marca el carácter sobre el papel golpeando una cinta
entintada con algún elemento mecánico. Este tipo de impresoras se puede subclasificar en:
a) De matriz de puntos: Están formadas por un conjunto de pequeñas agujas o martillos
alineados verticalmente y dispuestos sobre una cabeza de impresión como se observa
en la Figura 2-12. En la practica cada uno de estas agujas o micro martillos tienen un
diámetro de algunas décimas de milímetro y terminan en el núcleo de un electroimán. Si
se excita el electroimán, la aguja será empujada hacia afuera y sobresaldría algunos
milímetros, cuando se desconecta el electroimán un muelle hace retroceder a la aguja a
su posición de reposo. De esta manera, las agujas van golpeando sobre una cinta
entintada por delante de la cual se desplaza la cabeza.
Para marcar
cualquier
carácter lo
que se haría
sería activar
cada uno de
los puntos
necesarios.
El cabezal, en
negro, imprime
seleccionando
los puntos
precisos para
cada carácter. La
barra, en gris,
hace que el folio
vaya subiendo.
Figura 2-12 - Estructura de un cabezal y matriz de puntos.
Naturalmente la percusión se produce únicamente cuando las agujas son impulsadas hacia
afuera. En el papel, arrastrado por un rodillo de goma dura se imprimen así tantos puntos como
agujas activas o excitadas se en encuentren. La cinta suele ser de Nylon con una tinta muy
poco grasa.
La mecánica de arrastre es muy simple, la cabeza se desplaza en sentido perpendicular al
movimiento del papel y durante este movimiento las agujas son sacadas y guardadas
repetidamente. La Figura 2-13 ilustra este mecanismo. Cada carácter a imprimir se forma fila
tras fila, según un esquema que emplea una matriz de puntos almacenada la memoria que
posee la impresora. En cada pasada del cabezal, de izquierda a derecha (y también de
derecha a izquierda, si la impresión es bidireccional), se imprime una línea completa.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
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Figura 2-13 - Mecanismo de impresión.
La principal ventaja de estas impresoras reside en su bajo costo y en la posibilidad de lograr
impresiones de aceptable calidad a velocidades medias. Existen de 9 , 18 y de 24 agujas
teniendo estas últimas una mayor definición en la impresión, lo que le permite realizar gráficos
medianamente complicados. En cuanto al tamaño, podemos clasificarlas en: de carro angosto
(también llamadas de 80 columnas) y de carro ancho (también llamadas de 132 columnas).
Figura 2-14 - Impresora de matriz de puntos
3) Impresoras de margarita: Son impresoras de calidad de impresión, sin embargo son
relativamente lentas. Los caracteres se encuentran modelados en la parte más ancha (más
externa) de los sectores (pétalos) de una rueda metálica o de plástico en forma de
margarita. La margarita forma parte del cabezal de impresión. Un motor posiciona la hoja de
margarita del carácter a imprimir frente a la cinta entintada, golpeando un martillo al pétalo
contra la cinta, escribiéndose el carácter sobre el papel. El juego de caracteres se puede
cambiar fácilmente sin más que sustituir la margarita. Son análogas a las máquinas de
escribir. Actualmente están fuera de uso.
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Figura 2-15 - Mecanismo de una Impresora de Margarita.
Características técnicas de una impresora.
Las características mas importantes a la hora de evaluar una impresora son:
• Ancho del papel: Se expresa en milímetros, o bien en pulgadas.
• Densidad de caracteres por línea: Indica el numero de caracteres que pueden imprimirse
en cada línea. Las densidades comerciales mas comunes son 80 y 132 caracteres por
línea.
• Densidad de líneas: Indica el espaciado entre líneas y expresa el numero de líneas por
pulgada.
• Forma de alimentación del papel: El arrastre del papel puede realizarse por fricción o por
tracción. Cuando el mecanismo es de fricción, el arrastre del papel se produce al girar en
sentido contrario los rodillos entre los que se desplaza. Las impresoras con mecanismo
de tracción emplean el denominado papel continuo, plegado hoja a hoja de forma
complementaria (fan fold), en cuyos laterales existen franjas troqueladas con agujeros
que se insertan en el mecanismo de arrastre accionado por un motor.
• Velocidad de escritura: Se expresa en caracteres por segundo (CPS), o bien en líneas
por minuto. Por ejemplo una impresora Epson LX-810 posee una velocidad de impresión
de 180/192 cps en modo Draft (impresión de baja calidad).
• Tamaño del Buffer: Dado que el computador entrega los datos a una velocidad mucho
mayor que la de escritura de la impresora, todas ellas van equipadas con una memoria
llamada "Buffer". La capacidad de esta memoria es el tamaño del Buffer. Valores
comerciales son 16kbytes, 32 kbytes.
• Velocidad de transmisión de caracteres: También se expresa en caracteres por segundo
y se refiere a la velocidad de transmisión de los mismos entre el computador y la
impresora.
• Tipo de interfase: Se refiere a la conexión de la impresora al computador. Los tipos de
interfases normalizados y mas frecuentes son: "Centronics", "RS-232C", "Lazo de 20
mA", "IEEE 488".
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Arquitectura de Computadoras
• Fonts: Normalmente las impresoras pueden escribir con distintos tipos de letras llamados
"fonts". Algunos tipos frecuentemente encontrados son: Draft (normal baja calidad), NLQ
(calidad carta), ROMAN, Itálica, Gótica, etc.
• Posibilidad de escritura de caracteres especiales: El alfabeto de algunos idiomas
incluyen caracteres especiales. Este es el caso del castellano en el que existe la letra "ñ"
o los acentos. Otros caracteres especiales son los caracteres gráficos tales como "─ │ ┌
┘ ┴ ┬ ├ ┤ └ ┐ " etc.
• Espaciado proporcional: El espaciado entre los caracteres se mantiene proporcional,
compensando la escritura sucesivas de letras anchas ("m") y finas ("i").
• Posibilidad de subrayado: Algunas impresoras admiten el subra-yado de caracteres y
otras no.
• Máximo numero de copias: Indica el numero máximo de copias que se pueden imprimir
simultáneamente utilizando papel carbónico. Por ejemplo las impresoras térmicas no
disponen de esta posibilidad.
• Capacidad Gráfica: Indica la capacidad de una impresora de realizar gráficos. Por
ejemplo una impresora de matriz de puntos. Una impresora de margarita obviamente no
dispone de esta característica.
2.7.2.2 Plotters.
Estos dispositivos permiten el trazado de gráficos con alta definición y a varios colores.
Constan de una o más plumas las cuales son las encargadas de realizar el dibujo, y de toda
una estructura mecánica de alta precisión encargada de provocar el deslizamiento de la pluma
sobre el papel. Esto último hace que su costo total sea alto, pero los plotters son
indispensables en aplicaciones tales como diseño asistido por computadora (CAD) para la
obtención de planos civiles, mecánicos e incluso para el diseño de plaquetas de circuito
impreso para el montaje de componentes electrónicos.
Según la forma en que se realiza el dibujo, los registradores se pueden clasificar en tres tipos:
• de pluma.
• electrostáticos.
• de inyección
En los registradores de pluma el dibujo se realiza mediante un cabezal en el que se insertan los
elementos de escritura: plumas, bolígrafos o rotuladores. Cada elemento de escritura puede
subirse o bajarse hasta entrar en contacto con el papel, todo ello controlado por programa.
Los registradores electrostáticos son impresoras electrostáticas. El sistema de tracción de
papel es similar al de una impresora convencional. El dibujo se realiza línea a línea. El
elemento de escritura está constituido por una serie de agujas cuya densidad puede variar.
Por lo que respecta a los de inyección, trabajan de forma análoga a una impresora de inyección
de tinta, que se describen en el apartado correspondiente.
2.7.2.3 Monitores
Los monitores o pantallas de video son periféricos que tienen una gran importancia dado que
permiten la visualización, por parte del usuario, de los datos que son entregados a la
computadora, como así también los resultados que la misma genera. De esta forma se logra,
en conjunción con el teclado, una comunicación mas o menos fluida con el usuario.
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
Existen monitores de variadas características, de acuerdo con la aplicación a la que están
destinados. Es por ello que el tipo de monitor empleado será diferente según se trate de una
aplicación de CAD (diseño asistido por computadora) o esté destinado al procesamiento de
textos. En el primer caso se requerirá de un monitor gráfico de alta resolución y que soporte
colores, y en el segundo caso sólo será necesario un monitor monocromático que permita
presentar textos en pantalla de forma eficiente. Téngase en cuenta que no es suficiente con la
sola presencia del monitor adecuado, sino que también se hace necesario contar con la
provisión de hardware asociado que permita el manejo correcto de dicho monitor,
aprovechando al máximo las características del mismo.
Figura 2-16 -Imagen de monitor (FUJIYAMA)
Adaptadores de Video
De lo anteriormente expuesto se deduce que existirá, en conjunción con el monitor, un conjunto
de circuitos electrónicos que conectados a la computadora van a hacer efectiva la presentación
de la información en la pantalla del mismo. Este conjunto de circuitos electrónicos se denomina
Adaptador de Video, y en la actualidad se encuentra disponible una amplia variedad de
modelos de acuerdo a la resolución deseada. Y a propósito del término resolución, cabe aclarar
que el mismo se refiere a la capacidad (del monitor y/o del adaptador de video) de representar
un número determinado de puntos (pixels) por línea de la pantalla. Está claro que la resolución
de un adaptador de video debe ser acorde a la del monitor para lograr una visualización
correcta.
Entre los tipos de adaptadores de video actualmente disponibles y más utilizados podemos
mencionar:
• MDA (Monochrome Display Adapter): Es el adaptador más antiguo, soporta un único
modo de video, el modo texto (sin gráficos) con una resolución de 720x350 pixels
arreglados como 80 caracteres por línea con 25 líneas cada pantalla, cada caracter se
construye con una matriz de 9x14 pixels cada uno). En 1982 fue reemplazado por el
adaptador de video HERCULES que agregaba a lo anterior un modo gráfico de 720*348
pixels.
• CGA (Color Graphic Adapter): Es el primer adaptador de video estándar para PC que
IBM introdujo en el mercado en 1981 para actuar con monitores color. Permite mostrar
cuatro colores en modo gráfico y ocho colores en modo texto, aún cuando el monitor
asociado (IBM Color Display) es capaz de representar 16 colores. Este adaptador
dispone en modo grafico de dos resoluciones de trabajo: a- 640x200 pixels a dos colores
y b- 320x200 pixels a cuatro colores. En modo texto puede trabajar en los modos de 80
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
caracteres por 25 líneas o en el de 40 caracteres por 25 líneas. Actualmente es poco
empleada por las deficiencias de visualización que presenta (nieve).
• EGA (Enhanced Graphic Adapter): Es el sucesor inmediato de CGA, con una resolución
máxima de 640x350 pixels y 64 colores seleccionables en paletas de 16 colores cada
una. Es totalmente compatible con CGA, pues esta la emula en todos sus modos y
elimina el problema de la nieve.
• VGA (Video Graphic Adapter): Desarrollada como una mejora de EGA, presenta una
resolución maxima de 640x480 y es la pionera en técnicas analógicas de video. Puede
trabajar en varios modos lo que la hace compatible con MDA, CGA y EGA. Es quizás la
de mayor uso actualmente, donde se necesite una resolución gráfica medianamente
respetable. Su principal desventaja reside en el hecho de que su origen se remonta a la
PS/2 de IBM y no a las PC convencionales, lo que produce ciertas incompatibilidades en
el desarrollo del hardware y software.
• Súper VGA (ó VGA Plus): Nacida de las desventajas de VGA, SVGA presenta una
resolución de 1024x768 pixels y 256 colores, aunque actualmente existen resoluciones
de 1280x1024. Sin embargo la tecnología empleada para su construcción hace
necesario el empleo de drivers (programas especiales) para su manejo. Aún no se ha
logrado su estandarización por lo que plantea problemas a la hora de compatibilizar
software. En la actualidad algunos fabricantes se han reunido y han estandarizado el
modo de 800x600 a 16 colores de la SuperVGA. Se espera que en los próximos años
logren estandarizar modos con resoluciones mayores. El modo estándar recibe el
nombre de modo VESA.
Cabe aclarar que los mencionados no son los únicos tipos de adaptadores existentes. Se
encuentran disponibles otros adaptadores de video como XGA y IBM 8514/A que presentan la
misma resolución de SVGA pero con 65536 colores y coprocesadores gráficos destinados a
producir un incremento en la velocidad de generación de las imágenes y descargar al
procesador central del procesamiento de las mismas.
Monitores Ergonómicos
El término ergonómico se refiere al diseño físico del monitor, de forma tal que resulte lo más
cómodo posible en su utilización al usuario. Bajo este punto de vista se diseña el monitor bajo
ciertas normas:
1) El monitor debe poder adaptarse a las distintas características físicas de los usuarios (p.ej.
altura). Para ello se construyen los monitores con bases orientables con el objeto de ajustar la
ubicación del mismo al mejor ángulo de visión de quien lo utiliza.
2) La pantalla del monitor debe ser fácilmente legible y no reflejar la luz ambiente, con el objeto
de no producir un agotamiento prematuro de los órganos visuales del usuario. Para cumplir
con esta premisa se construye el monitor con pantalla antirreflejo y se colorea el fósforo de la
pantalla con verde, ámbar o blanco (este último constituye la tendencia actual).
Otras condiciones a tener en cuenta son la persistencia de la imagen en la pantalla, controles
de brillo y contraste y todas aquellas características que permitan una fácil utilización por parte
del usuario.
Placas aceleradoras gráficas
Antes de elegir una tarjeta gráfica tendremos que evaluar nuestras necesidades. Si, por
ejemplo, somos usuarios a nivel de paquetes de gestión, o programadores, la elección irá
dirigida a las tarjetas aceleradoras de Windows, en dos dimensiones (2D) por supuesto. Si, por
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
el contrario, lo nuestro son los videojuegos o el diseño en 3D (programas de modelado, render
o CAD) hay que buscar una aceleradora 3D.
Chip o controlador gráfico
Actualmente existen chips para tarjetas gráficas muy potentes, la mayoría de las veces con
potencia de cálculo superior a la del procesador principal, pero también muy diferentes entre sí.
Hace algunos años, no se le prestaba en absoluto atención a la calidad de la tarjeta VGA.
Después, tras la aparición de la placa de video SVGA, fue el punto de partida a la hora de
mejorar estas tarjetas, ya que, junto con la evolución de la tecnología en los monitores, cada
vez soportaban mayores resoluciones al incorporar memorias entre 1 y 3 Mb.
Pero la auténtica revolución gráfica fue en el sector tridimensional, el 3D, donde se necesitan
potencias de cálculo muy superiores que el microprocesador central no puede soportar.
Fundamentalmente, lo que hace un chip 3D es quitar la labor del procesador de generar los
triángulos y el relleno de texturas, haciendo que la tarjeta gráfica lo haga sola liberando al
procesador de otras tareas. Con esto, se obtiene una mejora muy grande en lo que se refiere a
la velocidad, y además se han incorporado multitud de efectos gráficos fáciles de usar por los
programadores que mejoran sustancialmente la calidad de los gráficos. Las primeras tarjetas
con 3D para el mercado de consumo fueron aquellas Diamond Edge 3D, 3D Blaster, o la S3
Virge, todas sin ser demasiado rápidas y con un soporte de juegos muy limitado.
La decisión de elegir un chip u otro es bastante compleja. Dentro del campo 2D, gracias al
estándar VESA, todas las tarjetas son compatibles entre sí. Sin embargo, en los chips 3D (o la
parte 3D de los chips 2D/3D) esto no ocurre.
2.7.2.4 Sintetizador de voz.
Las unidades sintetizadoras de voz son dispositivos que dan los resultados de un programa
emitiendo sonidos (fonemas o palabras) similares al habla humana. Estos periféricos de salida
suelen incluir un microprocesador, memoria ROM con programas y datos, un conversor D/A, un
amplificador de audiofrecuencia y altavoz.
La mayor parte de los dispositivos sintetizadores de voz tienen memorizados digitalmente cada
uno de los fonemas o palabras que son capaces de emitir. Los datos que recibe un sintetizador
procedentes de la computadora corresponden a la identificación de los fonemas o palabras a
emitir. Una vez que se analiza el dato, se activa una rutina encargada de generar el sonido
correspondiente.
Los sonidos resultan muy metálicos. Por lo general, estos sistemas incluyen programas que
enriquecen las posibilidades de los mismos, como por ejemplo, generar frases o combinaciones
de palabras, incluso hay sistemas que traducen cantidades.
2.7.2.5 Visualizadores ("displays”).
Los visualizadores son pequeñas unidades de salida que permiten al usuario leer una
instrucción, un dato o un mensaje.
Los caracteres se forman partiendo de estructuras en módulos, cada uno de los cuales sirve
para visualizar un carácter. Cada módulo contiene una serie de segmentos, siendo los más
habituales de 7. Un carácter concreto se visualiza activando determinados segmentos,
dependiendo de la forma del carácter.
El visualizador es el elemento de salida típico de las calculadoras de bolsillo y de los relojes
digitales.
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2.7.2.6 Interfases
Bajo el nombre de interfase se conoce a todo elemento destinado a servir de nexo entre dos o
más dispositivos. En el caso que nos ocupa se trata del nexo entre una computadora tipo PC y
otros periféricos externos estándar o no (por ej. una impresora, un modem, un robot, etc.)
Según la forma en que se transmite la información sobre dicha interfase se pueden clasificar
en:
• Interfases Serie
• Interfases Paralelo
Para entender lo que ello significa debemos recordar que en una computadora la información
se encuentra codificada en forma de unos y ceros (notación binaria), donde cada uno de ellos
representa un BIT de información. Estos bits se hallan agrupados en conjuntos de ocho
(BYTE), de dieciséis (WORD), etc. Entonces una interfase será tipo serie si la información a
través de ella se transmite de a un bit por vez con una cierta cadencia predeterminada y será
paralelo si se transmiten conjuntos de bits simultáneamente.
Interfases Serie
En el estado actual de la técnica se han establecido estándares en lo que ha interfases se
refiere. Con esto se busca una total compatibilidad en el proceso de transferencia de información aún en el caso de dispositivos distintos. Dentro de esta categoría podemos citar:
• RS-232-C: Es la interfase serie por excelencia. Su diseño es antiguo pero se ha
difundido tanto que se encuentra presente en la mayoría de la PC actuales. La velocidad
de transferencia se encuentra normalizada en una serie de valores que van desde los
110 bits por segundo hasta los 19200 bits por segundo. Los niveles de salida son de 12
a 25 Volts para un bit cero y de -12 a -25 Volts para un bit uno, teniendo una zona
muerta desde -3 a +3 Volts para aumentar la seguridad en el reconocimiento de la
información. La distancia que se puede cubrir con este tipo de enlace es de
aproximadamente veinte metros, pero es mayor si se utilizan las menores velocidades
de transferencia. También permite la comunicación bidireccional simultánea (full-duplex)
o unidireccional (half-duplex).
• RS-422: Sus características de transferencia son similares a la RS-232, pero a diferencia
de esta la transmisión no se realiza por niveles de tensión (25 a -25 Volts) sino que se
realiza a través de un lazo de corriente de 0 mA (para el nivel lógico 1) o de 20 mA (para
el nivel cero). Esta técnica permite una mayor distancia de comunicación debido a que
reduce la posibilidad de reconocer pulsos de ruido espúreos como información válida.
• Interfase MIDI (Musical Instruments Digital Interfase): Esta es una interfase serie muy
especial, dado que está destinada a la comunicación con periféricos no estándar como
lo son los instrumentos musicales electrónicos. Su transmisión se realiza con niveles de
tensión como en la RS-232, pero a una tasa fija de transferencia de aproximadamente
30.000 bits por segundo, con un protocolo de comunicación especialmente adaptado.
Interfases Paralelo:
De la misma forma que en las interfases serie, también se han normalizado algunas interfases
paralelo. Entre ellas podemos citar:
• Interfase CENTRONICS: Al igual que la interfase RS-232, su diseño es de antigua data.
Es el estándar en toda PC, y está a tal punto difundida que no se concibe a una PC que no
incluya de norma una interfase de este tipo. Esto se debe a que los fabricantes de
impresoras han adoptado esta interfase como principal medio de enlace con las
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computadoras. Esta interfase dispone de ocho líneas de datos (transmite ocho bits
simultáneamente) y de seis o siete líneas de protocolo, todas ellas con niveles de salida
TTL compatibles ( 0 Volts para el cero, 5 Volts para el uno). Problemas tecnológicos limitan
toda comunicación paralela a unos pocos metros y CENTRONICS no es la excepción, pero
como contraparte permite una velocidad de transferencia muy elevada, típicamente del
orden de 500 KBytes por segundo (teórico).
• Interfase IEEE-488: También llamada HP-IB, que se ajusta a una norma desarrollada por
Hewllet-Packard para la comunicación con instrumentos de medidas electrónicas
inteligentes por ejemplo: Analizadores Lógicos, Osciloscopios Digitales, etc. Provee una
tasa de transferencia sumamente elevada.
Interfases Industriales:
Aparte de los tipos de interfases ya enumerados, existen otros que por su particular aplicación
no encuadran con ninguno de los tipos anteriores y que clasificaremos como Industriales. Este
tipo de interfase puede clasificarse a grandes rasgos en:
• Interfases Analógicas
• Interfases Digitales
Esta clasificación responde a la habilidad de cada interfase de manejarse con señales de
variación continua en el tiempo (analógicas) o con señales de variación binaria (digitales). El fin
que persigue este tipo de interfase es lograr un nexo efectivo entre las señales del mundo
exterior y la naturaleza digital de la computadora.
Las señales del mundo que nos rodea son casi exclusivamente analógicas (temperatura,
presión ,caudal, nivel, etc.) por lo que las interfases analógicas revisten una gran importancia
de aplicación. Es así que para medir o controlar una magnitud externa (por ej. temperatura), el
empleo de este tipo de interfases se vuelve imprescindible.
Por otra parte, habitualmente se hace necesario interactuar con el mundo exterior a través de
señales de naturaleza digital (por ej. abrir o cerrar una válvula, encender o apagar un
calefactor, etc.). Esta función puede implementarse mediante una interfase de salida digital
que, por ejemplo, accione a un relay o contactor.
Este tipo de interfase no ha sido normalizada, por cuanto responden a necesidades muy
específicas, sin embargo se han diseñado y se encuentran disponibles ciertos tipos de
aplicación general las cuales se proveen con todo el software apropiado para su manejo.
2.7.2.7 Puertos USB
Hoy día resulta muy interesante observar como los avances tecnológicos nos sorprenden por la
evolución tan rápida que presentan y algo que gusta es que cada vez son más fáciles de usar
para cualquier persona, es decir, se están volviendo muy amigables y no necesitas ser un
experto para poder comprender su funcionamiento, usarlos o instalarlos, este es el caso de
Universal Serial Bus, mejor conocido como USB.
En un principio teníamos la interfaz serie y paralelo, pero era necesario unificar todos los
conectores creando uno más sencillo y de mayores prestaciones. Así nació el USB (Universal
Serial Bus) con una velocidad de 12Mb/seg. y como su evolución, USB 2.0, apodado USB de
alta velocidad, con velocidades en este momento de hasta 480Mb/seg, es decir, 40 veces más
rápido que las conexiones mediante cables USB 1.1. USB es una nueva arquitectura de bus o
un nuevo tipo de bus desarrollado por un grupo de siete empresas (Compaq, Digital Equipment
Corp, IBM PC Co., Intel, Microsoft, NEC y Northern Telecom) que forma parte de los avances
plug-and-play y permite instalar periféricos sin tener que abrir la máquina para instalarle
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COMPUTACIÓN I (ELO) - INFORMÁTICA I (BIO)
Arquitectura de Computadoras
hardware, es decir, basta con que se conecte dicho periférico en la parte posterior del
computador.
La interfase USB (Universal Serial Bus) es una interfase plug&play entre la PC y ciertos
dispositivos tales como teclados, mouses, scanner, impresoras, módems, placas de sonido,
cámaras, pen drives, etc) .
Una característica importante es que permite a los dispositivos trabajar a velocidades mayores,
en promedio a unos 12 Mbps, esto es más o menos de 3 a 5 veces más rápido que un
dispositivo de puerto paralelo y de 20 a 40 veces más rápido que un dispositivo de puerto serie.
Trabaja como interfaz para transmisión de datos y distribución de energía, que ha sido
introducida en el mercado de PC´s y periféricos para mejorar las lentas interfaces serie (RS232) y paralelo. Esta interfaz de 4 hilos, 12 Mbps y "plug and play", distribuye 5V para
alimentación, transmite datos y está siendo adoptada rápidamente por la industria informática.
El sistema de bus serie universal USB consta de tres componentes:
• Controlador
• Hubs o Concentradores
• Periféricos
El funcionamiento como controlador reside dentro del PC y es responsable de las
comunicaciones entre los periféricos USB y la CPU del PC . Es también responsable de la
admisión de los periféricos dentro del bus, tanto si se detecta una conexión como una
desconexión.
El funcionamiento como concentrador, sería un distribuidor inteligente de datos y alimentación,
ya que hace posible la conexión a un único puerto USB de 127 dispositivos. De una forma
selectiva reparten datos y alimentación hacia sus puertas descendentes y permiten la
comunicación hacia su puerta de retorno o ascendente.
La interfase USB soporta periféricos de baja y media velocidad. Empleando dos velocidades
para la transmisión de datos de 1, 5 y 12Mbps se consigue una utilización más eficiente de sus
recursos. Los periféricos de baja velocidad tales como teclados, ratones, joysticks, y otros
periféricos para juegos, no requieren 12 Mbps . Empleando para ellos 1,5 Mbps, se puede
dedicar más recursos del sistema a periféricos tales como monitores, impresoras, módems,
scanner, equipos de audio, que precisan de velocidades más altas para transmitir mayor
volumen de datos o datos cuya dependencia temporal es más estricta. La Figura 2-17 muestra
la estructura de un conector USB.
Figura 2-17 - Conector USB
USB transfiere señales y energía a los periféricos utilizando un cable de 4 hilos, apantallado
para transmisiones a 12 Mbps y no apantallado para transmisiones a 1. 5 Mbps . En la figura
se muestra un esquema del cable, con dos conductores para alimentación y los otros dos para
señal, debiendo estos últimos ser trenzados o no según la velocidad de transmisión.
40
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El calibre de los conductores destinados a alimentación de los periféricos varía desde
20(0.519mm2) AWG a 26 AWG (0.128mm2), mientras que el de los conductores de señal es
de 28 AWG (0.0804mm2). La longitud máxima de los cables es de 5 metros. La unidad AWG
(American Wire Gauge) es inversamente proporcional a los mm2.
2.7.2.8 Terminales interactivas.
A la combinación de un monitor de vídeo con su correspondiente teclado se le llama
frecuentemente terminal y es normal acoplar varios terminales a un computadora que se
encarga de procesar las distintas tareas que cada usuario (desde su terminal) le ordena.
Podemos distinguir dos tipos de terminales:
a) Terminales no inteligentes: Sólo son capaces de ejecutar operaciones de E/S simples.
b) Terminales inteligentes: Capaces de ejecutar ciertos procesos tales como manipulación
de texto, posibilidades gráficas o programas simples dirigidos por menús para ayudar a
la entrada de datos. Esto es posible al incluir microprocesadores en los terminales.
2.7.2.9 Módem
El módem es un dispositivo que permite conectar dos computadoras remotas utilizando la línea
telefónica de forma que puedan intercambiar información entre sí.
El módem es uno de los métodos mas extendidos para la interconexión de computadoras por
su sencillez y bajo costo.
La gran cobertura de la red telefónica convencional posibilita la casi inmediata conexión de dos
computadoras si se utiliza módem. El módem es por todas estas razones el método mas
popular de acceso a la Internet por parte de los usuarios privados y también de muchas
empresas.
La información que maneja la computadora es digital, es decir esta compuesta por un conjunto
discreto de dos valores el 1 y el 0. Sin embargo, por las limitaciones físicas de las líneas de
transmisión no es posible enviar información digital a través de un circuito telefónico.
Para poder utilizar las líneas de teléfono (y en general cualquier línea de transmisión) para el
envío de información entre computadoras digitales, es necesario un proceso de transformación
de la información. Durante este proceso la información se adecua para ser transportada por el
canal de comunicación. Este proceso se conoce como modulación-demodulación y es el que se
realiza en el módem.
Un módem es un dispositivo que convierte las señales digitales dla computadora en señales
analógicas que pueden transmitirse a través del canal telefónico.
Existen distintos sistemas de modular una señal analógica para que transporte información
digital. En la siguiente figura se muestran los dos métodos mas sencillos la modulación de
amplitud (a) y la modulación de frecuencia (b).
Otros mecanismos como la modulación de fase o los métodos combinados permiten transportar
mas información por el mismo canal.
Baudios: Número de veces de cambio en el voltaje de la señal por segundo en la línea de
transmisión. Los módem envían datos como una serie de tonos a través de la línea telefónica.
Los tonos se "encienden"(ON) o apagan(OFF) para indicar un 1 o un 0 digital. El baudio es el
numero de veces que esos tonos se ponen a ON o a OFF. Los módem modernos pueden
enviar 4 o mas bits por baudio.
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Bits por segundo(BPS): s el número efectivo de bits/seg que se transmiten en una línea por
segundo. Como hemos visto un módem de 600 baudios puede transmitir a 1200, 2400 o,
incluso a 9600 BPS. La señal esta formada por diferentes tonos que viajan hasta el otro
extremo de la línea telefónica, donde se vuelven a convertir a datos digitales.
2.7.3 Periféricos de Almacenamiento
2.7.3.1 Memoria Auxiliar
Una característica que distingue un soporte de almacenamiento de los soportes de entrada o
los de salida (aparte de la posibilidad de realizar operaciones de entrada/salida indistintamente)
es que en el soporte de almacenamiento los datos son legibles sólo por la máquina, pero no lo
son directamente por el hombre.
Mientras los dispositivos de memoria permiten un acceso inmediato del programa a la
información que contienen, los dispositivos de almacenamiento guardan la información en un
soporte que no permite el acceso inmediato desde el programa y se requiere un paso previo de
lectura (o entrada) que recupera dicha información desde el almacenamiento y lo coloca en la
memoria.
Si la memoria de las computadoras tuviera capacidad infinita y no fuera volátil no haría ninguna
falta disponer de almacenamientos externos. Si se han inventado distintos tipos de dispositivos
de almacenamiento de los datos es por la imposibilidad de disponer de memoria con capacidad
suficientes a precios convenientes.
Sacrificando la inmediatez del acceso se obtienen capacidades muchísimo mayores a precios
muy inferiores y con tiempos de respuesta soportables para cada tipo de aplicación. Los
soportes magnéticos son el medio más usual de almacenar la información en un sistema
informático. Entre la variedad existente, podemos destacar: cinta, disco, disquete y tambor.
Las principales características de estos soportes son:
• Reutilizabilidad (salvo en los más antiguos).
• Elevada capacidad de almacenamiento.
• No volátiles.
• Más económicos que la memoria central (RAM).
Dentro de los dispositivos de almacenamiento secundario hay que tener en cuenta a la hora de
su elección las siguientes características:
• Tiempo de acceso a los datos.
• Velocidad de transferencia de los datos.
• Capacidad total de almacenamiento.
• Tipo de acceso del dispositivo (secuencial o directo).
• Costo/bit del dispositivo.
• Densidad de almacenamiento.
Recientemente se han desarrollado soportes de almacenamiento de tecnología óptica que
tienen mayores densidades de grabación que las magnéticas convencionales.
Se distinguen los siguientes tipos de dispositivos de almacenamiento:
• Discos magnéticos.
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• Cintas magnéticas.
• Discos ópticos.
2.7.3.2 Superficies Magnéticas y Memorias Opticas
En los primeros tiempos de la informática se consideraba memoria masiva a prácticamente
cualquier soporte capaz de almacenar información con persistencia (incluso medios
perforables). Posteriormente se exigieron otras características, referidas básicamente al
volumen y a la posibilidad de acceso inmediato a la información; estas propiedades sólo las
cumplían ciertos tipos de soportes magnéticos como los tambores, cintas y discos.
Actualmente, se están realizando investigaciones para llegar a nuevas memorias de masa que
resulten más productivas que las actuales. En algunos casos el estado de las investigaciones
está produciendo resultados importantes que permiten predecir cómo serán las memorias de
masa del futuro.
La grabación y lectura de información binaria en cintas y discos usa los mismos principios
básicos. La Figura 2-18 ilustra el concepto fundamental de la grabación en una superficie
magnética móvil. La cabeza de lectura/escritura (cabezal) es un núcleo de hierro de alta
permeabilidad magnética con una bobina enrollada y un pequeño entrehierro. Al escribir,
circula una corriente a través de la bobina, estableciendo un flujo magnético en el núcleo. Estas
líneas de flujo están concentradas en el, excepto en la zona no magnética del entrehierro en
donde se desvían hacia la superficie magnética móvil. Por lo tanto, las pulsaciones de corriente
en la bobina, originan zonas magnetizadas sobre la superficie. Luego del paso del cabezal,
estas zonas quedan magnetizadas en forma permanente hasta una nueva escritura.
Figura 2-18- Unidad de disco cabeza móvil y fija.
La operación de lectura es inversa a la operación de escritura. Durante una operación de
lectura, la bobina se usa como línea sensora. Conforme la superficie magnética se desplaza
debajo del cabezal, las zonas que han sido magnetizadas producen un flujo a través del
entrehierro y en el núcleo. Esta variación en el flujo del núcleo induce una señal de voltaje en la
bobina sensora que después se amplifica e interpreta.
La bobina que envuelve al núcleo, generalmente tiene una derivación central, de manera que la
mitad de la bobina se utiliza como sensora y la otra mitad es de alambre más grueso para
suministrar corriente en operación de escritura.
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2.7.3.3 Cintas Magnéticas
Las cintas magnéticas constituyen un soporte de información algo desactualizado. Aunque
suelen ser manejadas por unidades directamente asociadas al computador que explota la
información, hay ocasiones en las que las cintas magnéticas se graban y reproducen en forma
autónoma mediante equipos auxiliares. La capacidad de almacenamiento de una cinta
magnética se mide por dos variables:
• Longitud física de la cinta, que suele venir expresada en pies.
• Densidad de grabación, que representa la cantidad de caracteres que se pueden
almacenar en una unidad de longitud. Las más usuales son: 800, 1600 y 3200 b.p.i. (bits
por pulgada).
Figura 2-19 - Imagen de una clásica unidad de cinta magnética
Por lo tanto la capacidad de la cinta magnética será mayor cuanto más larga sea físicamente, y
cuanto más alta sea la densidad de grabación.
El funcionamiento general de una cinta magnética es muy similar al de una banda de papel
perforado; al igual que las cintas de papel, existen cintas magnéticas de distinto número de
canales longitudinales (en este caso se denominan pistas).
También es importante destacar que el acceso a la información en una cinta magnética es
estrictamente secuencial, es decir: para llegar a grabar o reproducir un carácter en una posición
concreta es necesario avanzar o retroceder la cinta desde el lugar en que se encuentre hasta la
posición deseada.
Tipos de cintas magnéticas
Atendiendo a su presentación externa, se pueden distinguir dos tipos de cintas magnéticas.
1-Cinta magnética para minis y grandes equipos.
Se presenta en cartuchos de tamaños mediano y grande. Se emplea principalmente para el
almacenamiento de archivos de datos de los que no se requiere una localización rápida, o para
obtener copias de seguridad (backups) de archivos maestros de acceso directo grabados en
discos magnéticos. Su empleo se reserva a grandes computadores y minicomputadores.
2-Cartucho de cinta "streamer"
Estos soportes secuenciales se utilizan ampliamente en minicomputadores y computadores
personales y profesionales para la obtención de copias de seguridad de la información
almacenada en discos rígidos.
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2.7.3.4 Discos Magnéticos
Los discos magnéticos ofrecen una gran capacidad de almacenamiento con una velocidad de
operación moderada.
Los discos magnéticos actualizan la idea del disco de audio de pasta negra. En los tocadiscos
tradicionales, una púa recorre el surco en forma de espiral, leyendo la información que
codifican sus ondulaciones. En los discos magnéticos, un cabezal genera pequeñas zonas
imanadas sobre la superficie del disco. El movimiento circular del disco y los diferentes radios
en los que se ubica el cabezal determinan círculos concéntricos imaginarios, sobre los cuales la
cabeza magnética graba y lee información. Cada uno de los círculos se denomina pista o track,
y a su vez cada pista se subdivide en sectores.
Los discos magnéticos presentan una forma combinada de acceso a la información: acceso
directo o aleatorio para ubicar la pista y acceso secuencial para localizar un sector
determinado. Esta forma permite a los discos tener acceso a la información mucho más rápido
que la cinta magnética.
A diferencia de las cintas, los discos no son directamente utilizables en su estado "virgen".
Antes de que la información pueda ser grabada en el disco, este debe ser preparado para
aceptarla. A este proceso de inicialización se le denomina "Formateo" del disco.
Afortunadamente, esta operación no precisa de ningún elemento adicional y es el propio
computador en conjunción con la unidad de disco y la placa controladora los que se encargan
de realizarlo. Este proceso define el lugar físico de los tracks (pistas) y los subdivide en
sectores a fin de tener unidades de menor capacidad de almacenamiento. Los sectores y las
pistas se enumeran secuencialmente, de forma tal que se puede localizar la información
deseada especificando el numero de cara, la pista y el sector correspondiente. Existen cuatro
áreas de especial interés, el sector de arranque (Boot), el directorio raíz, la FAT (File Allocation
Table), y el área de archivos; como se observa en la Figura 2-20.
Debido a que varios archivos, con distinta información, pueden estar almacenados en un
mismo disco, se crea siempre un directorio que especifica la información contenida en el disco.
En el directorio figuran datos tales como el nombre de los archivos, la posición del disco en la
que se encuentra cada uno, la fecha en que fueron creados o actualizados por última vez, las
características de la información que contienen, etc.
Cuando un programa requiere la intervención de un archivo concreto, se realiza primero una
búsqueda en el directorio y tras ello se accede directamente a la posición del disco en la que se
encuentra el archivo buscado.
Figura 2-20 –Formato de disco
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Tipos de discos magnéticos
Cabe distinguir varios tipos de discos magnéticos; los principales son los que se mencionan a
continuación:
1. Disco magnético elemental: Este tipo de disco esta compuesto de un soporte
magnético protegido mediante una carcaza que lo recubre. Se utilizan exclusivamente
en minicomputadores evolucionados y grandes computadores.
2. Diskpack: Es un dispositivo de acceso directo que dispone de varios discos circulares.
Cada disco posee ambas superficies revestidas por una capa de material magnético.
Cada superficie tiene un determinado número de pistas. La lectura o escritura se realiza
mediante cabezas situadas entre cada par de discos. Se utilizaba principalmente con
minicomputadores.
Figura 2-21 –Estructura de un Disckpack
2.7.3.5 Disco Rígido
Por dentro, los discos rígidos son un conjunto de platos que giran alrededor de un mismo eje,
separados entre si una distancia que permite colocar una cabeza para cada superficie
disponible. Por una cuestión de simplicidad, todas las cabezas se mueven al mismo tiempo y
quedan separadas de las superficies de los discos una distancia suficientemente pequeña
(inferior a un micrón) como para poder leer los cambios de campo magnético, pero sin llegar a
rozarla. En el caso de una caída, la vibración puede hacer raspar la superficie de algún plato.
Las partículas desprendidas a raíz de esta colisión (mucho mayores que el micrón) obstruyen el
movimiento de la cabeza. Estas partículas al interponerse entre la cabeza y el plato, raspan
aún más la superficie. Así se desprenden más partículas y se origina una reacción en cadena.
Puesto que el aire contiene partículas en suspensión los discos rígidos se construyen dentro de
carcazas herméticas.
La superficie de los platos se encuentra recubierta por un material magnético, que puede ser
óxido de hierro (marrón) o aluminio cubierto por una finísima capa de aleación metálica
inoxidable (plateado).
En el primer caso, los procesos de fabricación permiten controlar fácilmente el espesor de la
capa, y la tecnología es esencialmente la misma que la de las cintas de audio; es la más usada
y económica.
En el segundo caso, la tecnología de fabricación es cara y complicada, por lo que se reserva
para las unidades más sofisticadas. Una de las ventajas de esta última es la gran densidad
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magnética; actualmente se ha llegado a compactar más de cinco veces la información,
comparada con las superficies de óxido, aunque no se han alcanzado aún los límites
permisibles por la tecnología.
En cualquier caso, el recubrimiento puede ser imaginado como un conjunto de dipolos
magnéticos orientables por fuerzas externas. La cabeza grabadora es capaz de orientar los
dipolos magnéticos en dos sentidos posibles (norte y sur) y de leer un cambio de sentido de
magnetización entre dos zonas adyacentes. Este principio es usado tanto para los drivers de
diskettes como por grabadores de cassettes.
Dado que la cabeza tiene un único lector/escritor (un electroimán capaz de generar campos
magnéticos fuertes y de leer campos magnéticos débiles), los bytes tendrán que ser
construidos en el disco según una seguidilla de 8 bits (a diferencia de las cintas donde la
palabra es grabada en forma transversal). La cabeza tampoco puede percibir el sentido de la
polaridad de los dominios magnéticos, pero sí detectar el cambio de sentido de la
magnetización de dos dominios adyacentes. En vista de esto cada bit en 1 se identifica con un
cambio de polaridad entre dos dominios sucesivos, mientras que un bit en 0 corresponde a que
no existe cambio de polaridad.
Con el objeto de aumentar la densidad de datos en los discos, los fabricantes trabajan en el
diseño de cabezas más pequeñas y ligeras.
Si se considera que los platos de un disco rígido giran a razón de 3600 revoluciones por minuto
y que existen alrededor de 10.000 dominios por pulgada en una pista común, la cabeza
magnética debería estar en condiciones de leer varios millones de bits por segundo. Esto está
limitado en gran medida por la imposibilidad de los microprocesadores de captar los datos a
semejante velocidad; en tales casos, se utilizan procesadores especializados que acceden
directamente a la memoria, sin la intervención de la CPU (Direc Memory Access - DMA).
Figura 2-22 -Esquema general de un disco rígido
Cilindros
Como los mecanismos que permitirían el movimiento independiente de las cabezas tienen
costo prohibitivo, los fabricantes han optado por mover todas las cabezas juntas. Esto hace
que, en un momento determinado, todas las cabezas apunten a la misma pista de cada
superficie. Al conjunto de las pistas homólogas de cada cara de los platos se le llama cilindro.
Un concepto muy importante es la densidad de los cilindros. Al contrario que la densidad de las
pistas, la cual indica cuántas pistas concéntricas caben en una pulgada del radio del disco, la
densidad de los cilindros proporciona el número de sectores contenidos en un cilindro. Esto es
el número de sectores por pista multiplicado por el número de caras de los platos. Los discos
con cilindros de alta densidad son más convenientes, puesto que éstos pueden contener un
archivo muy grande en menor número de cilindros. Si ocurre esto, la cabeza no tiene que
cambiar de posición y la lectura es mucho más rápida.
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Aumentando la cantidad de platos, no sólo se aumenta la capacidad del disco sino también la
posibilidad de que un archivo entero pueda almacenarse en un solo cilindro. Por todo esto, un
disco de 80 Mb no sólo tiene más capacidad que uno de 40 Mb, sino que también es más
eficiente.
Intercalado y Velocidad de Transferencia de Datos
La velocidad a la que los datos pasan por debajo de un cabezal no es necesariamente igual a
la velocidad a la que la computadora puede leer o escribir datos. Hay ciertos límites en cuanto
a la rapidez con que los distintos circuitos pueden mover los datos. El controlador de disco
transfiere datos entre la superficie del disco y un buffer intermedio interno y después la CPU o
el DMA (Direct Memory Access) mueven los datos entre el buffer del controlador y la memoria
RAM del sistema. Los platos giran a 3600 rpm, lo cual mueve 17 sectores (por ejemplo) por
debajo de las cabezas de lectura/escritura en cada revolución. Con 512 bytes de datos por
sector, resulta que en 1 segundo pasan 522240 bytes por debajo de una cabeza. Actualmente
en un disco típico, se pueden almacenar 625000 bytes por pista, cuando la pista no está
dividida en sectores. Puesto que cada byte está compuesto de 8 bits, durante 1 segundo pasan
aproximadamente 5 millones de bits por debajo de una cabeza.
Existe una situación de compromiso, ya que si se empieza la lectura de un nuevo sector, se
perderá la información del anterior; si se saltean algunos sectores, se pierde la oportunidad de
leerlos en el mismo giro, hay que calcular cuál es la mínima cantidad de sectores que hay que
dejar pasar para dar tiempo a que el buffer de la controladora se descargue y el sistema esté
en condiciones de comenzar el ciclo de lectura de un nuevo sector. En una PC-XT, esa
cantidad de sectores es de tres o cuatro, mientras que en una PC-AT esa cantidad baja a dos o
uno.
Si bien físicamente el "próximo" sector a leer está n sectores más adelante en la pista, se
puede acceder al archivo en forma continua; para ello, se coloca el próximo sector del archivo n
sectores físicos más adelante. Cuando un sistema tiene que saltear n sectores, se dice que
tiene un intercalado (interleave) de n+1. Este factor también significa que son necesarias n+1
vueltas del plato para leer completamente la información de toda la pista.
Cuando se efectúa el formateo, además de establecer el comienzo de cada sector, se le asigna
el número a cada uno de ellos, en el cual se tiene en cuenta el interleave.
Motores, cabezas y tiempos de acceso.
Aunque un Disco rígido posee varias cabezas sólo una de ellas puede estar activa a la vez. El
sistema electrónico y mecánico necesario para otorgarle independencia a las cabezas no
solucionaría el problema de transferencia de datos de la controladora a los buffers del Sistema
Operativo, por lo que la elevación de costo involucrada no se justifica. Es más factible conseguir el aumento de velocidad a través de una correcta ingeniería de las cabezas, más
pequeñas, más livianas y nuevos materiales para recubrir los platos.
Hay dos clases de dispositivos que controlan la posición de las cabezas: los motores paso a
paso y los sistemas de bobina móvil o voice coil.
Los motores paso a paso están diseñados para efectuar un pequeño giro, preciso de hasta una
fracción de grado. Convirtiendo estos pasos en movimiento lineal por medio de una banda o
correa, el motor puede mover hacia adelante y atrás los cabezales. Cada paso del mecanismo
mueve las cabezas una pista. Los sistemas voice coil, en cambio, trabajan en forma muy
similar a un parlante de audio. Una bobina electromagnética fija mueve un núcleo unido tanto a
la cabeza magnética como a un resorte que restituye el sistema a su posición original. La gran
ventaja de este sistema radica en que la ubicación de las cabezas se lleva a cabo mediante
una sola operación, mientras que en el motor paso a paso hacen falta tantos ciclos de
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movimientos como pistas se salteen. Esto significa que las unidades de bobina móvil funcionan
a casi el doble de la velocidad que las unidades con motor paso a paso.
Por otra parte, existen pistas adyacentes con señales de ubicación que pueden ser leídas por
la cabeza, e indican qué tan correctamente se ubicó el mecanismo. Si la señal de esta pista no
es la adecuada, la controladora modifica la fuerza magnética de la bobina y se cambia
levemente la ubicación de la cabeza hasta que la señal se convierte en satisfactoria. En
algunos casos, se dedica un plato entero a esa tarea.
El tiempo de acceso no depende solamente del posicionamiento de la cabeza. Después de un
cambio de pista, las cabezas vibran, imposibilitando la lectura por un lapso que se suma al de
posicionamiento. Finalmente, nadie garantiza que cuando las cabezas cambien de pista se
encontrarán siempre justo sobre el sector adecuado; la mayoría de las veces se deberá girar un
poco. Ese tiempo, llamado de latencia, también se suma y es, estadísticamente, medio período
de rotación; dado que casi todos los discos giran a 60 vueltas por segundo, este tiempo
contribuye en 1/120 de segundo.
Figura 2-23 - Estructura interior de un Disco Rígido.
La tema tiempos es bastante engañosa en discos magnéticos; hay que tener en cuenta que
normalmente un disco rápido no será eficiente de por sí, sino que dependerá del uso que haga
el programa de él y del mantenimiento que realice el usuario.
Figura 2-24 - Esquema de la estructura de un disco rígido
Zona de Estacionamiento de las Cabezas.
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La mejor manera de resguardar la información de posibles deterioros producidos por el
contacto físico entre una cabeza y el disco en forma accidental, consiste simplemente en
sacarlas del lugar donde se graba la información. Así, si ocurriera algún problema a lo sumo se
dañaría una zona del disco no accesible por el Sistema Operativo, y la información quedaría
resguardada.
Este "estacionamiento" (parking) puede efectuarse en forma automática o manual. El
autoparking (estacionamiento automático) se convirtió en estándar hace poco tiempo. No es
una tarea sencilla. El sistema movilizador de las cabezas debe responder con niveles de
electricidad mínimos (propios del momento posterior a haber apagado la máquina), cosa
bastante fácil de conseguir con los sistemas voice-coil, pero difícil con los motores paso a paso.
El auto-estacionamiento se realiza cada vez que se deja de usar la máquina; está pensado
para utilizarlo cuando se efectúan traslados físicos de la máquina, por lo cual es muy común
verlo en las laptops.
El estacionamiento manual se refiere a la necesidad de correr un programa que mueve las
cabezas a la zona segura. Recién después de esta operación se apaga la máquina y el disco
está resguardado. Luego la rutina de inicialización coloca la cabeza en el cilindro más externo,
donde se encuentra la zona de arranque. Otra opción ingeniosa es el estacionamiento en lo
que se conoce como zona de seguridad. Esto consiste en seleccionar como zona segura una
sección del disco sin información, sobre la cual se colocará la cabeza si ha pasado mucho
tiempo (algunos segundos) sin acceder al disco. Con esto se reduce el tiempo que la cabeza
pasa peligrosamente sobre la zona de datos, minimizando las posibilidades de "destrucción
dinámica" del disco rígido. Puesto que esa zona se encuentra bastante alejada de los lugares
normales frecuentados por las cabezas, el tiempo medio de acceso aumenta en la primera
búsqueda.
Figura 2-25 -Esquema y partes de un disco rígido
Inicialización de los discos.
Los sectores cobran existencia cuando el disco es formateado. Este procedimiento consiste en
la creación de un conjunto de señales que le dicen a la cabeza cuándo comienza un sector de
la pista. La controladora sabe en qué pista se encuentra porque la precisión de su mecanismo
le permite enviar la cabeza a un lugar exacto. En cierta forma, podría decirse que los sectores
se formatean y que las pistas no necesitan definirse.
Es importante definir la ubicación de los sectores con una marca, porque no hay control sobre
la posición de giro de los platos del disco rígido. En el caso de las pistas esto es más sencillo,
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porque el sistema de posicionamiento definió por sí solo el "círculo" de la pista. La solución
consiste en marcar al momento de formateo el lugar donde comienzan los sectores, por medio
de un código que se escribe a intervalos iguales de tiempo, tantas veces como sectores haya
en la pista. Es de resaltar que buena parte del espacio superficial de los platos está
desperdiciado, porque se mantiene la misma cantidad de sectores en los cilindros internos que
en los externos. Resulta intuitivo que cerca del eje de giro la información estará más
compactada que en el exterior. Sin embargo, y a pesar de este desperdicio de lugar, en un
mismo disco todas las pistas suelen tener la misma cantidad de sectores.
Buffers
Esquemáticamente, el recorrido de la información en la lectura comienza en la cabeza
detectando la magnetización de dipolos sobre el disco; pasa por la controladora, donde se convierte la señal a bytes; se hospeda temporariamente en el buffer de la misma y pasa al del
Sistema Operativo. Con la llegada de la información al buffer del Sistema Operativo culmina la
responsabilidad de la controladora.
Cada buffer del Sistema Operativo soporta la presencia de un único sector de disco. Cuando se
lee un nuevo sector y los buffers están ocupados, se borra el contenido del que posee
información que se ha dejado de usar y se lo carga con el nuevo sector.
En el proceso de escritura al disco se cumplen las mismas instancias que en la lectura, pero en
sentido inverso. El Sistema Operativo coloca la información en un buffer, que es transmitido a
la controladora del disco rígido, donde se lo codifica y se ordena al dispositivo escribir la
información en el disco.
Problemas con los discos
Si existe daño físico en algún sector del disco que impide la correcta grabación y lectura de
información, se dice que el disco tiene un sector malo (bad sector). Si los sectores malos
abundan en el disco, se hace conveniente (previo backup) reformatear el disco para que, en el
proceso, el SO descarte esos sectores de la lista de accesibles. Existen programas que
detectan la presencia de estos sectores defectuosos y los convierten en inaccesibles. Esto
reviste especial gravedad cuando se trata de los sectores del directorio raíz y la FAT (Tabla de
Asignación de Archivos); en este caso, se pierde el índice del disco y por lo tanto es imposible
reconstruirlo. Cuando se presenta un problema de lectura, el sistema debe detectarlo y, de ser
posible, corregirlo. En la mayoría de los sistemas operativos, el control de integridad de la
información se realiza mediante el chequeo de paridad, el cual consiste en aplicar una
operación matemática a todos los datos del sector, cuyo resultado se graba; al momento de la
lectura, se aplica la misma operación y se compara el resultado con el grabado: si hubo algún
problema, el valor será diferente. Pese a que un segundo error puede compensar el efecto del
primero, la probabilidad que esto ocurra es tan remota que el riesgo es despreciable. Para dar
una idea de números, un error de lectura recuperable ocurre alrededor de una vez en un billón
de lecturas de un byte.
Conclusión
Para la gran mayoría de los programas de hoy, un disco rígido es imprescindible, se trate de
compiladores, bases de datos, entornos gráficos o sistemas de autoedición. Inclusive, las
mismas planillas de cálculo y los procesadores de texto han crecido de tal manera que no basta
con simples diskettes de 360Kb para su manejo.
Teniendo en cuenta que la tecnología progresa en forma vertiginosa, es difícil prever cuál será
el futuro de estos dispositivos. En este marco, por ejemplo, los discos removibles pueden llegar
a ser alternativas mucho más válidas de lo que son hoy.
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Por último, y recordando la fábula de la liebre y la tortuga, si un disco ultrarrápido no es
mantenido como corresponde, su performance puede ser paradójicamente menos satisfactoria
que la de un disco más pequeño, más lento, más modesto y más económico.
Controladores de disco
Los discos rígidos requieren de una controladora de dispositivo, en la mayoría de los casos
incluida en una plaqueta adicional. Esta Tarjeta Controladora hace de intermediaria entre el
disco y la memoria RAM de la computadora durante la transferencia de datos.
La Tarjeta Controladora tiene un circuito integrado especialmente diseñado para comandar el
disco enviando órdenes a la unidad para realizar distintas operaciones (mover cabezales, leer,
escribir, etc.). Esta Tarjeta también es la encargada de la codificación de la información y de la
detección de errores.
Las Controladoras se diferencian en la forma en que codifican los datos para almacenarlos en
el disco. Los dos formatos de codificación más utilizados son el MFM y el RLL.
La codificación de la información es necesaria para que la controladora sepa qué parte del
disco esta debajo de las cabezas. Esto es muy importante dado que un error en una posición
significa que los datos leídos serán equivocados. Para orientarse utiliza una información
especial grabada al principio de todos los sectores en el momento del formateo del disco; sin
embargo, una vez que el cabezal pasa por los datos que identifican al sector el controlador
debe transferir miles de campos magnéticos antes de encontrar la información de formateo del
sector siguiente.
Si las inversiones de flujo se produjeran en forma regular, sería fácil para el controlador
manejar la posición de los cabezales. Sin embargo podría suceder que un sector estuviese
lleno de ceros y en este caso pasarían miles de campos magnéticos por debajo del cabezal sin
producirse un cambio de flujo, con lo que es posible que la controladora pierda la ubicación.
Los datos deben ser codificados de manera que no hayan demasiados ceros seguidos. La
primer solución aportada al sistema consistió en intercalar un bit de control entre cada bit de
dato.
Con este sistema llamado "Modulación de Frecuencia" (FM), utilizado en los antiguos diskettes
de simple densidad, se perdía la mitad de la capacidad de almacenamiento del disco.
Con el objeto de aprovechar mejor el espacio del disco el sistema evolucionó y se eliminaron
los bits de control mediante una operación lógica sencilla que codifica la información en función
de los bits previos del sector. Con esta codificación aún cuando hubieran muchos ceros
seguidos de información, la operación lógica siempre deja un bit con el cual la cabeza puede
sincronizarse nuevamente. Este sistema denominado "Frecuencia Modulada Modificada"
(MFM), duplica la densidad de información y es uno de los mas difundidos.
Otro sistema de codificación, es el denominado RLL, muy común en los diskettes de 3.5
pulgadas. Este sistema limita la cantidad total de ceros consecutivos mediante una complicada
operación lógica que compacta la información y evita la ausencia prolongada de señal. El
formato RLL(1.7) limita la cantidad de ceros consecutivos a un máximo de 7 y aumenta en un
25% la densidad de información con respecto al sistema MFM. Este formato nunca se
generalizó por la rápida aparición del RLL(2.7), que aumenta la densidad de información en un
50%. El último sistema de este tipo, el RLL(3.9) permite aumentar la densidad en un 100% pero
exige una electrónica cara y complicada.
Los frecuentes errores de lectura obligan a implementar un sistema de detección de errores.
Las controladoras de discos utilizan una operación matemática aplicada a todos los datos del
sector; esa operación da como resultado un valor representativo de los datos almacenados que
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se graba en un lugar preseleccionado del sector para verificaciones posteriores. En el momento
de la lectura se vuelve a ejecutar la operación matemática con los datos leídos y se compara el
resultado con el valor anterior. Si es diferente se repite la operación de lectura un determinado
número de veces hasta que coincida; si esto no ocurre se informa el error.
Interfases
Las velocidades de transferencia de datos varían con el tipo de interfase que usa la unidad de
disco. La interfase es el sistema por medio del cual la unidad se comunica con el computador.
Comprende el circuito electrónico incorporado en la unidad de disco, el de la tarjeta
controladora y los cables necesarios.
Una de las primeras interfases estándar fue introducida por Seagate Technology, la ST-506,
junto con un disco rígido de 5 Mb que llevaba el mismo nombre. Esta interfase fue utilizada en
las PC-XT y PS/2, eran lentas, con una velocidad de transferencia baja dado que trabajaban en
serie, transmitiendo un bit por vez.
Cuando aparecieron los modelos de computadoras AT-286 y AT- 386, más rápidas permitían
mayores velocidades de transferencia. Es así que un consorcio de 22 fabricantes de discos
rígidos desarrolló una nueva interfase, también serie, pero que permitía velocidades de hasta
10 Mbits por segundo. A esta interfase se la llamó ESDI (Enhanced Small Disk Interface o
Interfase a Discos Pequeños Mejorada). La oportunidad de cambio de estándar fue
aprovechada para agregar como soporte cintas de backup e integrar discos duros y flexibles en
una sola controladora.
En 1982 apareció una nueva interfase llamada SCSI (Small Computer System Interface). Esta
norma transmite 8 bits en paralelo, permitiendo una velocidad de transmisión de hasta 32 Mbits
por segundo. La controladora está incorporada en la electrónica del disco.
La SCSI tiene varias ventajas adicionales además de su velocidad, entre las que se destacan
la versatilidad y flexibilidad ya que puede ser usada para conectar simultáneamente cierto
número de periféricos, como por ejemplo scanners, discos rígidos, discos ópticos, impresoras,
etc.
La última interfase que se difundió es la IDE (Integrated Disk Electronic). Esta interfase sigue el
estándar de conexión AT de ANSI, que usa una variación del bus de expansión de la PC-AT
para conectar una unidad de disco a la CPU, con una velocidad de transferencia de 32 Mbits
por segundo.
La IDE es una interfase de sistema, también llamada de alto nivel, esto es, no se comunica con
el disco en términos de movimientos de cabezales o bits de encabezamiento; el procesador se
comunica con el disco para pedirle directamente sectores, permitiendo que los fabricantes se
ingenien para obtener la información de la manera más eficiente. Desde afuera del disco los
mecanismos internos del disco (geometría) son desconocidos e inclusive la controladora es
capaz de emular un determinado número de cabezas o platos que en realidad no posee, solo
para implementar una organización interna más eficiente.
Las memorias ópticas
Estas memorias se basan en la utilización de un láser, tanto para almacenar como para
recuperar la información.
Los sistemas ópticos se asemejan en muchos aspectos a los magnéticos. En ambos casos se
utilizan discos y se emplea una cabeza para "escribir" o "leer" en la superficie de
almacenamiento. Si bien, en el caso de los discos magnéticos, la cabeza es un mecanismo
electromagnético similar al cabezal de un plato para discos musicales, mientras que en los
disco ópticos es un láser con su óptica asociada.
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También, en ambos casos, es necesario utilizar mecanismos que sitúen la cabeza en la
posición del disco donde se desea realizar la operación.
A pesar de los muchos avances realizados, es inevitable en las memorias magnéticas que la
energía que servirá para la lectura esté contenida en el propio medio; es decir, la intensidad de
la señal de lectura depende de la intensidad de la magnetización en el disco. En cambio, en las
memorias ópticas, el mismo haz de la radiación proporciona toda la energía, actuando los datos
almacenados tan sólo como "puertas" para el haz. Con esta característica aumenta la fiabilidad
del medio, ya que la probabilidad de que el disco se estropee físicamente disminuye en gran
medida.
Funcionamiento de las memorias ópticas
La forma más simple de funcionamiento de una memoria a la que se accede mediante un haz
de rayos, es realizando pequeños agujeritos en el revestimiento del disco por efecto de la
quemadura producida por el láser. Este es el método utilizado habitualmente para escribir
información el los discos ópticos, comúnmente denominados CD-ROM (Compact disc ROM) .
El sistema empleado para leer la información previamente escrita se fundamenta en que el
revestimiento del disco consiste en una lámina metálica sobre un sustrato transparente; al
utilizar un láser de menor potencia, cada agujero transmitirá luz que servirá para la lectura de
los datos.
Para un láser cuya energía quede en la región del rojo del espectro electromagnético, se puede
conseguir que el diámetro de los agujeros sea aproximadamente de una micra. Por lo tanto, en
un disco de 35 centímetros de diámetro se pueden producir casi diez mil millones de agujeros.
Esta técnica de funcionamiento asegura además que la información grabada en un disco óptico
sea prácticamente imborrable. Esta última característica puede ser positiva o negativa según el
tipo de aplicación para la que se utilicen los discos ópticos. Por un lado, garantiza que la
información no se borrará accidentalmente, pero por otro imposibilita la reutilización del disco
para contener otra información distinta a la grabada inicialmente. Hoy día el problema está
resuelto y los primeros discos ópticos de lectura/escritura (los CD_WORM) están ya en el
mercado, dispuestos a operar incluso asociados a computadores personales compatibles con
la línea IBM-PC.
Figura 2-26 - Grabación y lectura láser de un disco óptico
El DVD (a veces conocido como "Digital Versatile Disc") es un formato de almacenamiento
multimedia en disco óptico que puede ser usado para guardar datos, incluyendo películas con
alta calidad de vídeo y sonido. Los DVD se asemejan a los discos compactos: sus dimensiones
físicas son las mismas - 12 cm o el mini de 8 cm - pero están codificados en un formato distinto
y a una densidad mucho mayor. A diferencia de los CDs, todos los DVDs deben contener un
sistema de archivos. Este sistema de archivos se llama UDF, y es una extensión del Estándar
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ISO 9660, usado para CDs de Datos. Las especificaciones oficiales del DVD son mantenidas
por el DVD Forum.
Un DVD de capa simple puede guardar 4.7 GB (gigabytes) (formato DVD-5), alrededor de siete
veces más que un CD-ROM estándar. Un DVD puede contener:
• DVD-video (películas (vídeo y audio))
• DVD-Audio (audio de alta definición)
• DVD-Data (contiene datos)
El medio del disco puede ser:
• DVD-ROM (solo lectura, manufacturado con prensa).
• DVD-R (R=Grabable una sola vez)
• DVD-RW (RW=Regrabable)
• DVD-RAM (regrabable de acceso aleatorio; chequeo de la integridad de datos postescritura siempre activa)
• DVD+R (R=Grabable una sola vez)
• DVD+RW (RW=Regrabable)
El disco puede tener uno o dos lados, y uno o dos capas de datos por lado; el número de lados
y capas determina la capacidad del disco. Hasta el 2004, los formatos de dos lados casi han
desaparecido del mercado.
• DVD-5: un lado, capa simple, 4.7 o 4.38 GigaBytes (GiB)
• DVD-9: un lado, capa doble, 8.5 GB (7.92 GiB)
• DVD-10: dos lados, capa simple en ambos lados, 9.4 GB (8.75 GiB)
• DVD-14: dos lados, capa doble en un lado, capa simple en el otro, 13.3 GB (12.3 GiB)
• DVD-18: dos lados, capa doble en ambos lados, 17.1 GB (15.9 GiB)
La capacidad de un DVD-ROM puede ser determinada visualmente por el número de lados de
datos, y viendo cada lado. Las capas dobles son usualmente de color dorado, mientras que las
capas simples son plateadas.
La velocidad de transferencia de datos de una unidad DVD está dado en múltiplos de 1350
kB/s, lo que significa que una unidad lectora de 16X permite una transferencia de datos de 16 x
1350 = 21600 kB/s (21.09 MB/s). Como las velocidades de las unidades de CD se dan en
múltiplos de 150 kB/s, una "velocidad" DVD equivale a nueve "velocidades" de CD, por ej. una
unidad de DVD 8x debería tener una velocidad de transferencia de datos similar a una unidad
de CD 72x.
Pen-drive USB
Un pen-drive USB (Universal Serial Bus, en inglés USB flash drive) es un pequeño dispositivo
de almacenamiento que utiliza la memoria flash para guardar la información sin necesidad de
pilas. Los pen-drives son resistentes a los rasguños y al polvo que han afectado a las formas
previas de almacenamiento portable, como los CD y los disquetes.
Los sistemas operativos más modernos pueden leer y escribir en los pen-drives sin necesidad
de controladores especiales. En los sistemas operativos antiguos (como por ejemplo Windows
98) era necesario instalar un controlador de dispositivo específico.
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Características
Los actuales pen-drives son USB 2.0, lo que les permite alcanzar velocidades de
escritura/lectura de hasta 480 Mbit/s teóricos (aunque en la práctica, como mucho, alcanzan
unos 20 Mbytes/s, es decir 160 Mbit/s). Tienen una capacidad de almacenamiento que va
desde algunos Megabytes hasta 64 Gigabytes
Algunos pen-drives en vez de incluir la memoria flash integrada, incorporan un mini lector de
tarjeta de memoria. Esto permite reutilizar la memoria de, por ejemplo, una cámara digital.
De todos modos cualquier tarjeta de memoria es más cara que un pen-drive USB, por lo que la
combinación de tarjeta y lector USB no es lo más barato.
Otro formato de memoria USB es un Reproductor MP3 con conexión USB y una memoria flash
interna.
La mayoría de los pen-drives USB son pequeños y ligeros. Son populares entre personas que
necesitan transportar datos entre la casa, escuela o lugar de trabajo. Teóricamente, la memoria
flash puede retener los datos durante unos 10 años y escribirse un millón de veces.
Otra utilidad de estos pen-drives es que si la BIOS lo admite, pueden arrancar un sistema
operativo sin necesidad de otro disquete o CD.
Figura 2-27 - Forma de un pen-drive USB
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