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Hardware de una Computadora.
El hardware son todos aquellos dispositivos con los que cuenta una computadora para realizar
sus funciones. Día con día las computadoras ganan terreno en las actividades humanas, ya
sea como una herramienta para quien las construye o como una herramienta para realizar
cálculos, procesar datos, generar información e incluso simular procesos y eventos naturales o
artificiales, las convierten en herramientas universales únicamente limitadas por su propia
capacidad. Este límite es el principal impulsor de la creciente demanda sobre computadoras
cada vez más poderosas y de mayores alcances.
El diseño y construcción de computadoras es frecuentemente visto como labor de un ingeniero
más que de un científico. Sin embargo, las demandantes necesidades de equipos de cómputo
cada vez más veloces y poderosos requieren de la aplicación práctica de diversos conceptos
teóricos. Tales necesidades, involucran computadoras individuales (uní procesadores),
computadoras compuestas (multiprocesadores) y supercomputadoras.
En el diseño de una computadora existen varios elementos que se toman en cuenta, 22
principalmente en términos de desempeño y costo. Métricas secundarias son la tolerancia a
fallas, funcionalidad, y factores ambientales (tamaño, enfriamiento y ruidos). Por supuesto, esto
sin perder de vista los objetivos principales como son el diseño de computadoras potentes y de
costo razonable, permitir la realización de programas eficientes que resolver un problema
computacional y ofrecer las interfaces adecuadas para el usuario.
Las computadoras en realidad tienen cuatro funciones:
1. Recibir entradas: aceptan información del mundo exterior.
2. Producir salidas: dar información al mundo exterior.
3. Procesar información: llevan a cabo operaciones aritméticas lógicas (toma de
decisiones) con la información.
4. Almacenar información: mueve y almacena información en la memoria.
Partes Principales De Una Computadora
Motherboard.
La “tarjeta madre” (motherboard)" o “placa base” (mainboard), es el elemento principal de
cualquier computadora, en el que se encuentran y/o al que se conectan todas las demás
tarjetas y dispositivos.
Físicamente, se trata de una “oblea” de material sintético, sobre la cual existe un circuito
electrónico que conecta diversos circuitos y elementos que se encuentran soldados sobre ella;
los principales son:




El microprocesador, montado en un elemento llamado zócalo.
La memoria, generalmente en forma de módulos.
Las ranuras de expansión (slots), donde se conectan las tarjetas.
Diversos chips de control, (Chipset, BIOS).
Una tarjeta madre típica ofrece un aspecto similar al siguiente:
Fig. Error! No text of specified style in document.-1 Aspecto de una Tarjeta Madre típica
Formas y estándares
Las tarjetas madre existen en diferentes formas y con diversos conectores para periféricos.
Para abaratar costos permitiendo la ínter cambiabilidad entre tarjetas madre, los fabricantes
han ido definiendo varios estándares que agrupan recomendaciones sobre su tamaño y la
disposición de los elementos sobre ellas.
ATX
La imagen anterior pertenece a este estándar. Actualmente son el único tipo que se
comercializa en el mercado.
Se les supone de más fácil ventilación y menos maraña de cables que las AT, debido a la
colocación de los conectores. Para ello, el microprocesador suele colocarse cerca del
ventilador de la fuente de alimentación y los conectores para discos cerca de los extremos de
la placa.
La diferencia respecto a las AT, se encuentra en sus conectores, que vienen incorporados en la
tarjeta y suelen ser más (por ejemplo, con USB o con FireWire), están agrupados y tienen el
teclado y ratón en conectores mini-DIN como el que se muestra en la figura siguiente. Además,
reciben la electricidad mediante un conector formado por una sola pieza.
Fig. Error! No text of specified style in document.-2 Conector min-DIN
AT
Fue el estándar absoluto durante años. Estas tarjetas madre son las típicas de las
computadoras denominadas “clones”, desde el 286 hasta los primeros Pentium. Con el auge de
los periféricos (tarjeta de sonido, CD-ROM, discos extraíbles...) salieron a la luz sus
principales carencias: mala circulación del aire en las cajas (uno de los motivos de la aparición
de disipadores y ventiladores de chip) y, sobre todo, una maraña enorme de cables que impide
acceder a la placa sin desmontar al menos alguno.
Para identificar una tarjeta madre AT, observe el conector del teclado, que casi seguro que es
una clavija DIN ancha, o bien mirar el conector que suministra la electricidad a la placa, que
deberá estar dividido en dos piezas, cada una con 6 cables, con 4 cables negros (2 de cada
una) en el centro.
Fig. Error! No text of specified style in document.-3 Clavija DIN ancha
Diseños propietarios.
Pese a la existencia de estos estándares, los grandes fabricantes de computadoras (IBM,
Compaq, Hewlett-Packard) suelen sacar al mercado tarjetas madre de tamaños y formas
peculiares, bien porque estos diseños no se adaptan a sus necesidades o por motivos
especiales.
Al actualizar una computadora de marca, se deberá tener en cuenta que quizá tenga que
adquirir un gabinete nuevo, ya que los orificios para sujetarla no coinciden con los estándares.
Desde la llegada de las tarjetas madre ATX, cada vez se usan menos los diseños propietarios,
ya que resulta mas barato adquirir la primera.
Componentes de la tarjeta madre.
La tarjeta madre es dónde se montan todos los chips, condensadores, resistencias, slots y
demás componentes de la misma. A continuación veremos con más detalle cada uno de ellos:
 Zócalo del microprocesador .
 Ranuras de memoria (Simm, Dimm).
 Chipset de control.
 Bios.
 Ranuras de expansión (ISA, PCI, AGP).
 Memoria caché.
 Conectores internos.
 Conectores externos.
 Conector eléctrico.
 Pila.
 Elementos integrados variados.
Zócalo del microprocesador.
Es el lugar donde se inserta el “cerebro” de la computadora. Durante
más de 10 años consistió en un rectángulo o cuadrado donde el
"micro", una pastilla de plástico negro con patitas, se introducía con
mayor o menor facilidad; la aparición de los Pentium II cambió un poco
este panorama, introduciendo
los conectores en forma de
ranura (slot).
Fig. Error! No text of specified
style in document.-4 Zócalo del microprocesador
Fig. Error! No text of specified style in document.-5
Ranura (slot).
Ranuras de memoria.
Son los conectores de la memoria principal de la computadora, (RAM).
Fig. Error! No text of specified style in document.-6 Ranuras de memoria RAM
Antiguamente, los chips de memoria RAM se colocaban uno a uno sobre la tarjeta madre, de la
forma en que aún se hace en las tarjetas de vídeo, lo cual no era una buena idea debido al
número de chips que podía llegar a ser necesario y a la delicadeza de los mismos; por ello, se
agruparon varios chips de memoria soldados a una plaquita, dando lugar a lo que se conoce
como módulo.
Estos módulos han ido variando en tamaño, capacidad y forma de conectarse; anteriormente
se conectaban a la tarjeta madre mediante unas patitas muy delicadas, lo cual se desechó
hacia la época del 386 por los llamados módulos SIMM, que tienen los conectores sobre el
borde del módulo.
Los SIMM’s originales tenían 30 conectores, (contactos), y medían unos 8.5 cm. Hacia finales
de la época del 486 aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10.5 cm. Este proceso
ha seguido hasta desembocar en los actuales módulos DIMM, de 168 contactos y 13 cm.
Chipset de control.
El "chipset" es el conjunto (set) de chips que se encargan de controlar determinadas funciones
de la computadora, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la
caché, o el control de puertos PCI, AGP, USB.
Fig. Error! No text of specified style in document.-7 Chipsets de Intel
Antiguamente estas funciones eran relativamente sencillas de realizar, por lo que el chipset era
el último elemento al que se concedía importancia a la hora de comprar una tarjeta madre. Sin
embargo, la llegada de micros más complejos como los Pentium o los K6, además de nuevas
tecnologías en memorias y caché, le ha hecho cobrar protagonismo, en ocasiones incluso
exagerado.
La BIOS
La BIOS realmente es un programa que se encarga de dar soporte para manejar ciertos
dispositivos denominados de entrada-salida (Input-Output). Físicamente se localiza en un chip
que suele tener forma rectangular, como el de la imagen.
Fig. Error! No text of specified style in document.-8 La BIOS
Además, la BIOS conserva ciertos parámetros como el tipo de disco duro, la fecha y hora del
sistema, etc., los cuales guarda en una memoria del tipo CMOS, de muy bajo consumo y que
es mantenida con una pila cuando la computadora está desconectada.
Las BIOS pueden actualizarse bien mediante la extracción y sustitución del chip (método muy
delicado) o bien mediante software, aunque sólo en el caso de las llamadas Flash-BIOS.
Slots para tarjetas de expansión.
Son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas
de expansión (tarjeta de vídeo, de sonido, de red, etc.). Según la tecnología en que se basen
presentan un aspecto externo diferente, con diferente tamaño y a veces incluso en distinto
color.

Ranuras ISA: son las primeras que existieron, un legado de los primeros tiempos de
las computadoras. Pueden ser de 8 o 16 bits. Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un
máximo de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero
muy poco para una tarjeta de vídeo. Miden unos 14 cm y su color suele ser negro;
existe una versión aún más antigua que mide sólo 8.5 cm.
Fig. Error! No text of specified style in document.-9 Ranura ISA.

Ranuras Vesa Local Bus: se empezó a usar en los 486 y se dejó de usar en los
primeros tiempos del Pentium. Son un desarrollo a partir de ISA, que puede ofrecer
unos 160 MB/s a un máximo de 40 MHz. Son larguísimas, unos 22 cm, y su color suele
ser negro, a veces con el final del conector en café u otro color. Son de 32 bits.

Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar hasta 132 MB/s a 33 MHz, lo que es
suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos
8.5 cm. y generalmente son blancas. Son de 32 bits.

Ranuras AGP: o más bien ranura, ya que se dedica exclusivamente a conectar tarjetas
de vídeo 3D, por lo que sólo suele haber una; además, su propia estructura impide que
se utilice para todos los propósitos, por lo que se utiliza como una ayuda para el PCI.
Según el modo de funcionamiento puede ofrecer 264 MB/s o incluso 528 MB/s. Mide
unos 8 cm. y se encuentra bastante separada del borde de la tarjeta madre.
Las tarjetas madre actuales tienden a tener los más conectores PCI posibles, manteniendo uno
o dos conectores ISA (o ninguno) por motivos de compatibilidad con tarjetas antiguas y usando
AGP para el vídeo.
Memoria caché.
Se trata de un tipo de memoria muy rápida que se utiliza de puente entre el microprocesador y
la memoria principal o RAM, de tal forma que los datos más utilizados puedan encontrarse
antes, acelerando el rendimiento de la computadora, especialmente en aplicaciones de oficina.
Fig. Error! No text of specified style in document.-10 Chips de Memoria Cache
Se empezó a implantar en la época del procesador 386, no siendo de uso general hasta la
llegada de los procesadores 486. Su tamaño ha sido siempre relativamente reducido (como
máximo 1 MB), tanto por cuestiones de diseño como por su alto precio, consecuencia directa
de su gran velocidad.
También se la conoce como caché externa, secundaria o de segundo nivel (L2, level 2), para
diferenciarla de la caché interna o de primer nivel que llevan todos los microprocesadores
desde el 486 (excepto el 486SX y los primeros Celeron). Su presentación varía mucho: puede
venir en varios chips o en un único chip, soldada a la tarjeta madre o en un zócalo especial (por
ejemplo del tipo CELP) e incluso puede no estar en la tarjeta madre sino pertenecer al
microprocesador, como en los Pentium II y los modernos Celeron Mendocino.
Conectores externos.
Se trata de los conectores para periféricos externos: teclado, ratón, impresora. En las tarjetas
madre AT lo único que está en contacto con la tarjeta madre son unos cables que la unen con
los conectores en sí, que se sitúan en el gabinete, excepto el de teclado que sí está adherido a
la propia tarjeta madre. En las ATX los conectores están todos agrupados entornos al de
teclado y soldados a la tarjeta madre.
Fig. Error! No text of specified style in document.-11 Conectores externos.
Los principales conectores son:
Teclado
Puerto
paralelo
(LPT1)
Puertos
serie
(COM o
RS232)
Puerto
para
ratón
Conector DIN ancho, propio de las tarjetas
madre AT, o mini-DIN en tarjetas madre
ATX y muchos diseños propietarios.
En caso de existir más de uno, el segundo
sería LPT2. Es un conector hembra de
unos 38 mm, con 25 pines agrupados en 2
hileras.
Suelen ser dos, uno estrecho de unos 17
mm, con 9 pines (habitualmente "COM1"),
y otro ancho de unos 38 mm, con 25 pines
(generalmente "COM2"), como el paralelo
pero macho, con los pines hacia fuera.
Internamente son iguales, sólo cambia el
conector exterior; en las tarjetas madre
ATX suelen ser ambos de 9 pines.
Conector mini-DIN como el del teclado; el
nombre proviene de su uso en las
computadoras PS/2 de IBM.
PS/2
Puerto de
juegos
Puerto
VGA
USB
Puerto para joystick o teclado midi. De
tamaño algo mayor que el puerto serie
estrecho, de unos 25 mm, con 15 pines
agrupados en 2 hileras.
Incluyendo las modernas SVGA, XGA,
pero no las CGA o EGA. Aunque lo normal
es que no esté integrada en la placa base
sino en una tarjeta de expansión, de unos
17 mm, con 15 pines agrupados en 3
hileras.
En las placas más modernas (ni siquiera
en todas las ATX); de forma estrecha y
rectangular, inconfundible y de gran
utilidad.
Tabla 1.4 Principales conectores de un computador.
Actualmente los teclados y ratones tienden hacia el conector USB, y dentro de unos años
puede que ya no se utilicen los conectores mini-DIN o PS/2.
Conectores internos.
Bajo esta denominación englobamos a los conectores para dispositivos internos, como puedan
ser el drive, el disco duro, el CD-ROM o la bocina interna, e incluso para los puertos serie,
paralelo y de joystick si la tarjeta madre no es de formato ATX.
Fig. Error! No text of specified style in document.-12 Conectores internos
En las tarjetas madre antiguas el soporte para estos elementos se realizaba mediante una
tarjeta controladora, llamada de Input/Output (puertos de entrada / puertos de salida) o
simplemente de I/O; pero ya desde la época de los 486 se hizo común integrar los chips
controladores de estos dispositivos en la tarjeta madre, o al menos los correspondientes a
discos duros y drive.
Siguiendo la imagen, el primer conector es el correspondiente a el drive; tiene 34 pines, y
equivale al de menor tamaño, el siguiente es el de disco duro, que en las tarjetas madre
actuales es doble (uno para cada canal IDE); tiene 40 pines (a veces sólo 39, ya que el pin 20
carece de utilidad) y equivale a uno cualquiera de los otros dos que aparecen.
El resto de conectores (para puertos serie, paralelo y joystick) pueden ser directamente
externos (caso de las tarjetas madre ATX) o bien internos para conectar un cable que termina
en el adaptador correspondiente, que es el que asoma al exterior (caso de las tarjetas madre
AT o aquellas que usan tarjetas controladoras).
En esta clase de conectores, resulta de vital importancia conocer la posición del pin número 1,
que vendrá indicada mediante un pequeño 1, una flecha o una marca blanca, y que
corresponderá al extremo del cable marcado por una línea roja.
Por último, la bocina interna, los leds (los foquitos) para el disco duro, el indicador de
encendido, y los interruptores de reset o stand-by se conectan todos ellos con finos cables de
colores a una serie de jumpers cuya posición y características de voltaje vendrán indicadas en
el manual de la tarjeta madre y/o en el serigrafiado de la misma.
Fig. Error! No text of specified style in document.-13 Jumpers
Conector eléctrico.
Es donde se conectan los cables para que la tarjeta madre reciba la alimentación
proporcionada por la fuente. En las tarjetas madre AT los conectores son dos, si bien están uno
junto al otro, mientras que en las ATX es único.
Fig. Error! No text of specified style in document.-14 Conectores eléctricos.
Cuando se trata de conectores AT, deben disponerse de forma que los cuatro cables negros (2
de cada conector), que son las tierras, queden en el centro. El conector ATX suele tener formas
rectangulares y trapezoidales alternadas en algunos de los pines de tal forma que sea
imposible equivocar su orientación.
Una de las ventajas de las fuentes ATX es que permiten el apagado del sistema por software;
es decir, que al pulsar "Apagar el sistema" en Windows 95 el sistema realmente se apaga.
Pila.
La pila de la computadora, o más correctamente el acumulador, se encarga de conservar los
parámetros de la BIOS cuando la computadora está apagada. Sin ella, cada vez que
encendiéramos tendríamos que introducir las características del disco duro, del chipset, la
fecha y la hora.
Fig. Error! No text of specified style in document.-15 Pila para computadora
Se trata de un acumulador, pues se recarga cuando la computadora está encendida. Sin
embargo, con el paso de los años pierde poco a poco esta capacidad (como todas las baterías
recargables) y llega un momento en que hay que cambiarla. Esto puede ocurrir entre 2 y 5
años después de la compra de la computadora, puede predecirse observando si la hora de la
computadora "se retrasa" más de lo normal.
Para cambiarla, apunte todos los parámetros de la BIOS para rescribirlos luego, saque la pila
(usualmente del tipo de botón grande o bien cilíndrico (como la de la imagen), llévela a una
tienda de electrónica y pida una exactamente igual. O bien lea el manual de la tarjeta madre
para ver si tiene unos conectores para enchufar pilas externas; si es así, apunte de qué modelo
se trata y cómprelas.
Elementos integrados.
En las tarjetas Madre modernas resulta muy común que ciertos componentes se incluyan en la
propia tarjeta madre, en vez de ir en forma de tarjetas de expansión. Los más comunes son:



Controladoras de dispositivos: en general todas las tarjetas madre Pentium, y
algunas 486, disponen de unos chips en la tarjeta madre que se encargan de
manejar los discos duros, drives y puertos serie (puertos COM); algunas de gama
alta incluso tienen controladoras SCSI integradas.
Tarjeta de sonido: actualmente, una tarjeta de sonido de16 bits suele consistir en un
único chip y los conectores, normalmente las tarjetas madre la incorporan.
Controladora de vídeo: lo que suele llamarse "tarjeta de vídeo". Las que incorporan
las tarjetas madre no suelen ser de una potencia excepcional, pero sí suficiente para
trabajos de oficina, como por ejemplo una Intel 740.
Sobre la conveniencia o no de que las tarjetas madre tengan un alto grado de integración de
componentes hay opiniones para todos los gustos. Indudablemente, salen más baratas y es
más cómodo, ya que el interior del gabinete está limpio de cables y tarjetas; sin embargo, no
siempre son componentes de alta gama (sobre todo en tarjetas de sonido y vídeo), además de
que cualquier fallo importante en la tarjeta madre nos deja sin casi nada que poder aprovechar
de la computadora.1
1.1.
Componentes
1.4.1 Circuitos lógicos, procesador, memoria, reloj.
Circuitos Lógicos.
Un circuito lógico es aquel que maneja la información en forma de "1" y "0", dos niveles de
voltaje fijos. "1" nivel alto y "0" nivel bajo. Estos circuitos están compuestos por elementos
digitales como las compuertas: AND (Y), OR (O), NOT (NO) y combinaciones poco o muy
complejas de estos. Estas combinaciones dan lugar a otros tipos de elementos digitales como
los compuertas, entre otros:












Nand (No Y)
Nor (No O)
Or exclusiva (O exclusiva)
Multiplexores o multiplexadores
Demultiplexores o demultiplexadores
Decodificadores
Codificadores
Memorias
Flip-flops
Microprocesadores
Microcontroladores
etc.
La electrónica moderna usa electrónica digital para realizar muchas funciones. Aunque los
circuitos electrónicos pueden resultar muy complejos, en realidad se construyen de un número
muy grande de circuitos muy simples. En un circuito digital se transmite información binaria
(ceros y unos) entre estos circuitos y se consigue un circuito complejo con la combinación de
bloques de circuitos simples.
La información binaria se representa en la forma de "0" y "1", un interruptor "abierto" o
"cerrado", "On" y "Off", "falso" o "verdadero", en donde "0" representa falso y "1" verdadero.
1
Curso de Mantenimiento Preventivo, Instituto de Capacitación para el Trabajo del Estado de Nayarit
Los circuitos lógicos se pueden representar de muchas maneras. En los circuitos siguientes la
lámpara puede estar encendida o apagada ("on" o "off"), dependiendo de la posición del
interruptor (apagado o encendido).
Fig. Error! No text of specified style in document.-16 Ejemplo de Interruptor encendido y apagado.
Los posibles estados del interruptor o interruptores que afectan un circuito se pueden
representar en una tabla de verdad. Las tablas de verdad pueden tener muchas columnas,
pero todas las tablas funcionan de igual forma. Hay siempre una columna de salida que
representa el resultado de todas las posibles combinaciones de las entradas.
Tabla de verdad
Columna(s) de entrada
Columna de salida
Entrada (interruptor)
Salida (lámpara)
Abierto
Apagado
Cerrado
Encendido
Tabla 1.5 posibles estados del interruptor que afectan un circuito.
El número de columnas en una tabla de verdad depende de cuantas entradas hay + 1 (la
columna de la salida), el número de filas representa la cantidad de combinaciones en las
entradas. Número de combinaciones = 2n, donde n es el número de columnas de la tabla de
verdad (menos la columna de salida).
Ejemplo: en la siguiente tabla hay 3 columnas de entrada, entonces habrán: 2 3 = 8
combinaciones (8 filas).Un circuito con 3 interruptores de entrada (con estados binarios "0" o
"1"), tendrá 8 posibles combinaciones. Siendo el resultado (la columna salida) determinado por
el estado de los interruptores de entrada.
Tabla de verdad
Switch
Switch 2 Switch 3 Salida
1
0
0
0
?
0
0
1
?
0
1
0
?
0
1
1
?
1
0
0
?
1
0
1
?
1
1
0
?
1
1
1
?
Tabla 1.6 Posibles combinaciones de 3 interruptores de entrada
Los circuitos lógicos son básicamente un arreglo de interruptores, conocidos como "compuertas
lógicas" (compuertas AND, NAND, OR, NOR, NOT, etc.). Cada compuerta lógica tiene su tabla
de verdad. Y, si pudiéramos ver en más detalle la construcción de éstas, veríamos que es un
circuito comprendido por transistores, resistencias, diodos, etc. conectados de manera que se
obtienen salidas específicas para entradas específicas. 2
El Procesador.
El chip más importante de cualquier tarjeta madre es sin duda el procesador, también llamado
CPU (Central Processing Unit, Unidad Central de Procesamiento) sin él, la computadora no
pudiera funcionar pues es el elemento central en el procesamiento de datos.
Fig. Error! No text of specified style in document.-17 Procesador Intel Pentium III.
El procesador verifica cada paso en el proceso de los datos, está unido directa o
indirectamente a todos los demás componentes de la tarjeta madre así, la mayoría de estos
componentes reciben órdenes y son activados directamente por el procesador, también
supervisa todos y cada uno de los componentes de hardware de la computadora.
Fig. Error! No text of specified style in document.-18 Procesador
Cualquier computadora típica tiene varios buses y cualquier procesador tiene dos importantes.
Uno para llevar datos y otro para direccionar información en la memoria, el procesador en si
esta compuesto por: bus de datos, registros internos, bus de direcciones y velocidad, los cuales
le permiten ejecutar sus tareas.3
Elementos internos de un procesador.
La figura 1.20 muestra algunos detalles internos del procesador, que son de gran importancia.
La interconexión entre estos elementos no se explica completamente ya que depende de la
computadora concreta.
2
Circuitos logicos, ”Electronica Unicrom”, Fecha de creación: 2002, Fecha de última modificación: 2006, Dirección Web:
http://www.unicrom.com/Tut_circuitoslogicos.asp
3
Facultad de Ciencias, UASLP. “Tipos de Procesadores y sus Especificaciones”, San Luis Potosí, S:L:P:, México. Dirección Web:
http://galia.fc.uaslp.mx/~ortega/CAPITULO%203.htm
Fig. Error! No text of specified style in document.-19 Elementos básicos de un procesador
El procesador dispone de un conjunto de registros, denominados registros de uso general (r0
a rD, en el ejemplo de la figura 1.20), que suelen estar integrados en un banco de registros
(RF, Register File). Estos registros utilizan como almacén temporal de los datos. La longitud
estos registros suele ser la de una palabra, así, en una computadora de 32 bits, es habitual que
se puedan utilizar registros de media palabra (16 bits), de palabra (32 bits) y de doble palabra
(64 bits).
Hay un registro, denominado registro temporal (RT), para almacenar en el uno de los
operandos de la ALU. En definitiva, el esquema de la figura se deduce que la ALU opera con el
contenido de uno de los registros de RF y el contenido de RT, guardando el resultado en uno
de los registros de RF. Asociado a la ALU hay unos biestables indicadores o biestables de
condición (en inglés, flag flip-flops; FF, en la figura 1-21), que se ponen a 1 o 0 dependiendo
de la última operación realizada en la ALU.
El procesador dispone un registro de dirección (AR, Address Register), donde deberá
ubicarse la dirección del dato/instrucción a leer o escribir, y un registro de datos (DR, Data
Register), donde se almacenará en dato a escribir en la memoria o puertos de salida, o la
información leída de la memoria o puerto de entrada, dependiendo del caso (figura 1-21 ).
Fig. Error! No text of specified style in document.-20 Interconexión unibus del procesador con la
memoria y los puertos de E/S
El procesador está formado por lo unidad de Control y la unidad de Tratamiento (figura 1-21).
La unidad de control, contiene la lógica de control, que está constituida por lo circuitos que
generan las distintas señales de control, y el reloj, que es un generador de pulsos, con los que
se sintonizan todas las micro operaciones. También en la unidad de control se encuentra el
Registro de Instrucción (IR, Instruction Register), está dedicado a memorizar temporalmente
la instrucción del programa que la unidad de control esté interpretando o ejecutando. El
contador del programa (PC, Program Counter), que es un registro-contador, que actúa como
contador ascendente binario, con posibilidad de carga paralela y que contiene en todo
momento la dirección de memoria donde se encuentra la instrucción siguiente a ejecutar.
El último elemento que queda por describir es el puntero de pila (SP, Stack Pointer). Es como
el contador del programa, como contador binaria ascendente con la opción de carga en
paralelo su cometido está relacionado con una estructura pila (LIFO) que se mantiene en la
memoria principal relacionada con las llamadas a subrutinas.
Microprocesadores
Con microprocesador es un procesador (CPU) implantado en un circuito integrado (o en un
conjunto reducido de ellos).
Las funciones que realiza un microprocesador son las típicas de un procesador; es decir:
1. Almacena temporalmente las instrucciones.
2. Decodifica los códigos de operación de las destrucciones, y generan las señales de
control, tanto para los circuitos internos del propio microprocesador como para los
circuitos y dispositivos externos a él.
3. Genera la secuencia de tiempo que sincronizan los intercambios información entre
microprocesador y su exterior, y que temporizan globalmente al sistema de qué forma
parte.
4. Contiene un conjunto de registros para el almacenamiento temporal de datos y
direcciones.
5. Efectuar las operaciones aritméticas y lógicas típicas de una ALU.
Un microcontrolador es un circuito integrado que contiene, total o parcialmente, los cinco
elementos básicos de una computadora completa (unidad de control, unidad de tratamiento,
memoria y puerto de entrada/salida), estando proyectados para aplicaciones de supervisión,
monitorización, gestión y control en sistemas tales como aparatos telefónicos,
electrodomésticos, instrumentación médica, control de robots, líneas de ensamblado, etc.
Velocidad del Procesador.
La velocidad de reloj de una computadora es medida como frecuencia, expresada en un
número de ciclos por segundo. Un oscilador de cristal controla la velocidad de reloj; usando
una pequeñísima parte de un cuarzo en una pequeña y delgada caparazón, un voltaje es
aplicado al cuarzo y este empieza a vibrar u oscilar a una velocidad armónica o constante
originada por la forma y tamaño del cristal. Las oscilaciones salen del cristal en forma de una
corriente alterna a la velocidad del cristal, esta corriente alterna es la señal de reloj.
Una computadora típica maneja millones de ciclos por segundo, esta velocidad es medida en
Megahertz. Un ciclo es el elemento de tiempo más pequeño para el procesador, cada acción
del procesador requiere por lo menos un ciclo de reloj para llevarse a cabo. Usualmente
requieren de múltiples ciclos. Por ejemplo para transferir datos de y hacia la memoria el
procesador 8086 requiere de 4 ciclos más los estados de espera (un estado de espera es una
señal de reloj en la cual no sucede nada para asegurarse que el procesador no se esta
adelantando al resto de las componentes involucradas en la operación). ¿Cómo pueden dos
procesadores que corren a la misma velocidad de reloj tener un funcionamiento tan diferente?
La respuesta es sencilla ‘eficiencia’.
El tiempo requerido para ejecutar una instrucción varía de acuerdo a la capacidad del
procesador, un 8086 y el 8088 se llevan un promedio de 12 ciclos para ejecutar una
instrucción, el procesador 286 y 386 mejoraron esta velocidad a cerca de 4.5 ciclos por
instrucción, el procesador 486 la bajo aun más aproximadamente 2 ciclos por instrucción, el
Pentium incluye dos conductos para instrucciones y otras mejoras que permiten que opere a
una velocidad de un ciclo por instrucción en promedio.
Tipos De Memorias
Memoria RAM (Random Access Memory)
En una computadora hay dos tipos de memoria: la RAM (Random Access Memory) también
llamada memoria de trabajo y la ROM (Read Only Memory).
La RAM es fundamental para la operación de la computadora, incluyendo al sistema operativo
el cual necesita esta memoria para cargarse. Una memoria es un conjunto de registros de
almacenamiento, cada uno de los cuales, se identifica por una dirección, que es habilitada por
la unidad de control, para leer o escribir un registro en particular.
Una unidad de memoria almacena información en forma binaria, en grupos llamados palabras,
cada palabra esta formada por “n” bits y puede representar un operando, una instrucción, un
grupo de caracteres alfanuméricos o bien cualquier información que este codificada en forma
binaria, la cual se almacena en un registro de memoria.
La RAM actúa como una especie de almacenamiento provisional, el contenido de ésta se
cambia y se actualiza según se requiera (mientras el procesador está trabajando); también aquí
se cargan datos o instrucciones de algún programa residente, por ejeRAM es provisional, al
desconectarse la computadora y dejar de pasar energía todos los datos aquí guardados se
pierden.
Existen dos tipos de memoria RAM:
 RAM Dinámica (DRAM)
 RAM Estática (SRAM)
Memoria DRAM.
Representa la abreviatura de Dinamic Random Access Memory. Entre sus ventajas más
importantes, encontramos el bajo coste en comparación con otras tecnologías mucho más
caras y complejas. Además, sus prestaciones son suficientemente rápidas como para cubrir las
necesidades de los procesadores que hasta hace poco se estaban utilizando. Entre sus
mayores desventajas encontramos la necesidad de refrescar la memoria cientos de veces por
segundo, ya que sólo un momento sin energía hará que todos los datos se pierdan. Por ello,
estos chips consumen una gran cantidad de energía y requieren de un control constante. Así
mismo, existen diversas tecnologías entre las que cabe destacar:
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DRAM (Dinamic RAM): memoria asíncrona, su tiempo de refresco era de 80 ó
70 ns (nanosegundos). Se utilizó en la época de los i386, en forma de módulos
SIMM o DIMM.
FPM-RAM (Fast Page RAM): memoria asíncrona, más rápida que la anterior
(modo de Página Rápida) y con tiempos de acceso de 70 ó 60 ns. Fue utilizada
hasta los primeros Pentium.
EDO-RAM (Extended Data Output RAM): memoria asíncrona, esta memoria
permite a la CPU acceder más rápido porque envía bloques enteros de datos;
con tiempos de acceso de 40 ó 30 ns.
BEDO-RAM (Burst Extended Data Output RAM): memoria asíncrona,
variante de la anterior, es sensiblemente más rápida debido a que manda los
datos en ráfagas (burst).
SDRAM (Sinchronous Dinamic RAM): memoria síncrona (misma velocidad
que el sistema), con tiempos acceso de entre 25 y 10 ns y que se presentan en
módulos DIMM de 168 contactos. Fue utilizada en los Pentium 2. Dependiendo
de la frecuencia de trabajo se dividen en:
 PC66: la velocidad de bus de memoria es de 66 Mhz y ofrece tasas de
transferencia de hasta 533 Mb/s.
 PC100: la velocidad de bus de memoria es de 100 Mhz y ofrece tasas
de transferencia de hasta 800 Mb/s.
 PC133: la velocidad de bus de memoria es de 133 Mhz y ofrece tasas
de transferencia de hasta 1066 Mb/s.
Nota: a veces a la memoria SDRAM también se la denomina SDR SDRAM (Single Data Rate
SDRAM) para diferenciarla de la memoria DDR.
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DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM): memoria síncrona, envía los datos
dos veces por cada ciclo de reloj. De este modo trabaja al doble de velocidad
del bus del sistema, sin necesidad de aumentar la frecuencia de reloj. Se
presenta en módulos DIMM de 184 contactos. Del mismo modo que la
SDRAM, en función de la frecuencia del sistema se clasifican en (según
JEDEC):
 PC 1600 ó DDR200: funciona a 2,5 V, trabaja a 200 MHz, es decir
100M Hz de bus de memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta
1,6 Gb/s (de ahí el nombre PC1600). Este tipo de memoria la utilizan
los Athlon de AMD, y los últimos Pentium 4.
 PC 2100 ó DDR266: funciona a 3,3 V, trabaja a 266 MHz, es decir 133
MHz de bus de memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 2,16
Gb/s (de ahí el nombre PC2100).
 PC 2700 ó DDR333: funciona a 5 V, trabaja a 333 MHz, es decir 166
MHz de bus de memoria y ofrece tasas de transferencia de hasta 2,7
Gb/s (de ahí el nombre PC2700).
También existen las especificaciones DDR400, DDR466, DDR533 y DDR600 pero según
muchos ensambladores es poco práctico utilizar DDR a más de 400 MHz, por lo que está
siendo sustituida por la revisión DDR2 de la cual sólo se comercializan las versiones DDR2-400
y DDR2-533.
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RDRAM (Rambus DRAM): memoria de gama alta basada en un protocolo
propietario creado por la empresa Rambus, lo cual obliga a sus compradores a
pagar royalties en concepto de uso. Esto ha hecho que el mercado se decante
por la memoria DDR de uso libre, excepto algunos servidores de grandes
prestaciones (Cray) y la famosa PlayStation 2. Se clasifica en:
 Rambus PC600: se caracteriza por utilizar dos canales en vez de uno
y ofrece unas tasas de transferencia de 1,06 Gb/s por canal => 2,12
Gb/s a una frecuencia de 266 MHz.
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Rambus PC700: igual que el anterior, trabaja a una frecuencia de 356
MHz y ofrece unas tasas de transferencia de 1,42 Gb/s por canal =>
2,84 Gb/s.
 Rambus PC800: del mismo modo, trabaja a 400 MHz y ofrece unas
tasas de transferencia de 1,6 Gb/s por canal => 3,2 Gb/s.
ESDRAM (Enhanced SDRAM): esta memoria incluye una pequeña memoria
estática en el interior del chip SDRAM. Con ello, las peticiones de ciertos
accesos pueden ser resueltas por esta rápida memoria, aumentando las
prestaciones. Se basa en un principio muy similar al de la memoria caché
utilizada en los procesadores.
Memoria SRAM.
Representa la abreviatura de Static Random Access Memory y es la alternativa a la DRAM. No
precisa de tanta electricidad como la anterior para su refresco y movimiento de las direcciones
de memoria, por lo que, en resumidas cuentas, funciona más rápida. Sin embargo, tiene un
elevado precio, por lo que de momento se reserva para ser utilizada en la memoria caché de
procesadores y placas base, cuyo tamaño suele ser muy reducido, comparado con la RAM del
sistema. Así, y atendiendo a la utilización de la SRAM como memoria caché de nuestros
sistemas informáticos, tenemos tres tipos:
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Async SRAM: la memoria caché de los antiguos i386, i486 y primeros Pentium,
asíncrona y con tiempos de acceso entre 20 y 12 nanosegundos.
Sync SRAM: es la siguiente generación, capaz de sincronizarse con el
procesador y con un tiempo de acceso entre 12 y 8,5 nanosegundos. Muy
utilizada en sistemas a 66 MHz de bus.
Pipelined SRAM: se sincroniza igualmente con el procesador. Tarda en cargar
los datos más que la anterior, aunque una vez cargados, accede a ellos con
más rapidez. Opera con tiempos entre 8 y 4,5 nanosegundos.
Memoria VRAM.
Esta es la memoria que utiliza nuestro controlador gráfico para poder manejar toda la
información visual que le manda la CPU del sistema, y podría ser incluida dentro de la
categoría de Peripheral RAM. La principal característica de esta clase de memoria es que es
accesible de forma simultánea por dos dispositivos. De esta manera, es posible que la CPU
grabe información en ella, mientras se leen los datos que serán visualizados en el monitor en
cada momento. Por esta razón también se clasifica como Dual-Ported.
Fig. Error! No text of specified style in document.-21 Módulos RAM. De arriba abajo: DIP, SIPP,
SIMM (30 pins), SIMM (72 pins), DIMM (168 pins), DDR DIMM (184 pins)
Memoria Caché.
La memoria que recibe este nombre realmente es una pequeña cantidad de memoria SRAM
que normalmente tiene un valor de 8 KB a 512KB en las computadoras más actuales. La
memoria caché está situada en la tarjeta madre entre el procesador y la memoria de trabajo y
opera como una memoria intermedia. Cuando el microprocesador lee datos o los almacena en
la memoria principal también se guardan en la caché. Si el procesador requiere nuevamente
esos datos los lee de la memoria caché en vez de leerlos de la lenta memoria principal, esto
ahorra tiempo.
Memoria ROM (Read Only Memory).
ROM son las siglas de Read Only Memory (memoria de solo lectura), la ROM no es memoria
volátil y siempre retiene su contenido incluso cuando la computadora está apagada. Por ésta
razón la ROM se usa para almacenar instrucciones especiales (sobre como cargar el sistema
operativo o como controlar un dispositivo de hardware) u otro tipo de programación importante,
las instrucciones en la ROM son completamente transparentes y el sistema las encuentra y
utiliza sin ningún problema.
Todas las computadoras tienen un juego de instrucciones llamado sistema básico de entradasalida mejor conocido como BIOS (Basic Input-Output System), el BIOS está almacenado en
una memoria ROM. El ROM BIOS controla al sistema durante el proceso de arranque y retiene
los manejadores (drivers) para el control de otros dispositivos durante la operación normal de la
máquina
1.5 Estructura Modular De Una Computadora
También llamados sistemas monolíticos. La estructura consiste en que no existe estructura
alguna. El sistema operativo se escribe como una colección de procedimientos, cada uno de
los cuales puede llamar a los demás cada vez que así lo requiera. Cuando se usa esta técnica,
cada procedimiento del sistema tiene una interfaz bien definida en términos de parámetros y
resultados y cada uno de ellos es libre de llamar a cualquier otro, si este ultimo proporciona
cierto cálculo útil para el primero.
Sin embargo incluso en este tipo de sistemas es
posible tener al menos algo de estructura. Los
servicios (llamadas al sistema) que proporciona el
sistema operativo se solicitan colocando los
parámetros en lugares bien definidos, como en los
registros o en la pila, para después ejecutar una
instrucción especial de trampa de nombre "llamada al
núcleo" o "llamada al supervisor".
La estructura modular de una computadora se divide
en tres:
Dispositivos de Entrada: son los que proporcionan
información al sistema es un medio de interacción
entre el usuario y la computadora como es el teclado y
el mouse.
Dispositivos de Salida: son los que transfieren la
información ya procesada por el CPU al usuario final
uno de ellos es la impresora y también los dispositivos
de sonido comprende a los de salida.
Sistema: Dentro del sistema incluye la mayoría de los componentes electrónicos dominantes.
La placa base donde se encuentra el microprocesador, la memoria, la ROM y la mayoría de
otros componentes.