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Unidad 1. Sistemas Computacionales
Los Sistemas Computacionales están habilitados por muchos subsistemas, conocidos
como: el subsistema de hardware, el subsistema de software, y el subsistema de redes.
Entender la forma en que estos subsistemas trabajan juntos te ayudará a entender la
manera en que un sistema computacional trabaja como un todo. En esta unidad tendrás
una visión de alto-nivel de un sistema computacional dividido en estos subcomponentes, y
aprenderás sobre el rol primario que juega cada subsistema. Posteriormente, en unidades
subsiguientes, profundizarás a detalle sobre cada subsistema.
Para adentrarnos en el siguiente paso de los avances computacionales, es importante
conocer cómo surgieron las computadoras y la forma en que han evolucionado. A menos
que sepas cómo pueden ser usadas las computadoras, su poder puede no ser aparente.
Para ampliar tu perspectiva en relación al uso de los sistemas computacionales, incluimos
algunos interesantes ejemplos de cómo pueden ser usadas las computadoras. Tal vez
descubras una carrera que sea de tu interés.
Después de obtener una "imagen general" de cómo trabajan las computadoras, y cómo
pueden ser usadas, debes leer en tu libro de texto acerca del desarrollo de la industria
computacional y la búsqueda de trabajo en este campo. Antes de pasar a la siguiente
unidad, que se adentra en los detalles de los sistemas de hardware, revisaremos los
conceptos fundamentales de los sistemas computacionales, haciendo uso de una
codificación numérica para representar los datos.
Secuencia de Lecturas:
1.1 Introducción a los Sistemas Computacionales
1.2 Evolución de los Sistemas Computacionales
1.3 Representación de Datos en un Sistema Computacional
1.1 Introducción a los Sistemas Computacionales
Esta sección ofrece una visión de alto nivel de los diferentes componentes que forman
parte de un sistema computacional. También obtendrás un entendimiento básico de
cómo trabaja una computadora usando sus subcomponentes.
Secuencia de Lecturas:
1.1.1 Componentes de un Sistema Computacional. Objetivo de Aprendizaje: Obtener
una visión general de los componentes de un sistema computacional, el sistema de
hardware, el sistema de software, y el sistema de redes.
Libro Parsons/Oja, Capítulo 1-Sección B (páginas 14-21). Objetivo de Aprendizaje:
Conocimiento de las operaciones básicas de una computadora (entrada,
procesamiento, y salida). Preguntas para tu lectura: Una vez completada esta lectura,
prueba tu entendimiento tratando de contestar las siguientes preguntas:
-¿Qué tipos
diferentes de computadoras existen?
-¿Cómo puedes agregar equipamiento opcional a
una computadora?
-¿Por qué es útil que las computadoras se comuniquen unas con
otras?
-¿Por qué crees que los dispositivos como monitores, impresoras, y teclados sean
llamados "periféricos"?
1.1.1 Componentes de un Sistema Computacional
Sistema de Hardware
Sistema de Software —Software del Sistema Operativo y Software de Aplicación
Sistema de Redes
Una computadora es una máquina electrónica que realiza la entrada, procesamiento,
almacenamiento, y salida, de acuerdo a instrucciones programadas para desarrollar
tareas específicas. Anteriormente, las computadoras eran usadas principalmente para
realizar cálculos aritméticos, de aquí el término, computadora. Considera la forma
primitiva de una computadora, una calculadora. Tu introduces los números y la operación
aritmética que deseas que realice la calculadora, por ejemplo, “3+5=”, y luego la
calculadora procesa la expresión aritmética sumando 3 y 5, almacena el resultado de 8, y
despliega el resultado en la pantalla.
La computadora moderna opera en una forma similar. Una entrada a la computadora
puede ser enviada a través del teclado o del ratón. Luego la computadora procesa la
entrada, almacena el resultado, y lo despliega a través del monitor, bocinas, impresora, u
otros dispositivos de salida. Por ejemplo, cuando solicitas una página Web tecleando su
URL (Dirección Uniforme de Localización de Recursos -Uniform Resource Locator),
"http://www.icarnegie.com", la computadora procesa la entrada buscando la página
solicitada en Internet. Luego, como salida, despliega la página solicitada en el monitor.
En general, un sistema computacional puede descomponerse en el sistema de hardware,
el sistema de software, y el sistema de redes. Cada uno de estos subsistemas será
discutido con mayor detalle en unidades subsiguientes de este curso. La siguiente figura
muestra los principales subsistemas en un sistema computacional, con algunos ejemplos.
Figura 1Componentes de un sistema computacional
Veamos ahora cada subsistema y su funcionalidad principal.
Sistema de Hardware
El sistema de hardware consiste de componentes físicos externos e internos que permiten
que una computadora acepte entradas, las procese, almacene datos, y produzca
salidas. Cada uno de los componentes de hardware será discutido con mayor detalle en
la Unidad 2. Sistema de Hardware.
Las siguientes figuras muestran algunos componentes externos de hardware de una
computadora.
Figura 2 Componentes de hardware
El siguiente diagrama indica los componentes de hardware dentro de la unidad del
sistema. Cada uno de estos componentes juega un rol esencial en la operación de un
sistema computacional.
Figura 3 Componentes dentro de la unidad del sistema
Los componentes de hardware brindan la interfaz física a un sistema computacional. Sin
embargo, no pueden funcionar sin las instrucciones para operarlos. Estas instrucciones son
los programas de software.
Sistema de Software —Software del Sistema Operativo y Software de Aplicación
Los dos diferentes tipos de programas de software son (1) software del sistema operativo y
(2) software de aplicaciones. El siguiente diagrama muestra los niveles de interacción
entre usuarios, software de aplicaciones, software del sistema operativo, y el sistema de
hardware.
Figura 4Interacción entre el sistema de hardware, software del sistema operativo, software
de aplicaciones, y los usuarios
El software del sistema operativo funciona como la interfaz entre el software de
aplicaciones y los componentes de hardware. El software de aplicaciones es la interfaz
con los usuarios del sistema computacional.
El software del sistema operativo provee instrucciones a los componentes del sistema de
hardware. Como ejemplo podemos mencionar el sistema operativo Windows de Microsoft
y el sistema operativo de Macintosh. Cuando se introduce una entrada, el sistema
operativo da instrucciones para enviar la entrada a los componentes apropiados de
hardware para que la procesen. Luego, provee instrucciones para que el resultado sea
enviado al dispositivo de salida apropiado. Por ejemplo, cuando un usuario escribe a
través del teclado, el sistema operativo Windows de Microsoft toma la entrada enviada a
través de éste y despliega las letras en el monitor. Aprenderás más sobre el
funcionamiento del sistema operativo en la Unidad 3. Software del Sistema Operativo.
El software de aplicaciones brinda instrucciones que le permiten al usuario desarrollar
tareas específicas, como crear presentaciones, realizar documentos escritos, y editar
imágenes. Ejemplos de programas de software de aplicaciones son Microsoft Word y el
Bloc de Notas. Las instrucciones del software de aplicaciones son manejadas por el
sistema operativo. Por ejemplo, cuando abres un archivo usando Microsoft Word, primero
la aplicación brinda la interfaz al usuario para que puedas especificar qué archivo deseas
abrir (por ejemplo, la barra de menú). Una vez que seleccionas el archivo, la aplicación
notifica al sistema operativo que se requiere cierto archivo. El sistema operativo solicita el
archivo al disco duro de la computadora. Puedes ver el software de aplicaciones de tu
computadora en este momento pulsando el botón de Inicio y luego seleccionando
Programas. Si estás leyendo esta página en línea, probablemente estés usando Internet
Explorer o el programa de navegación de Netscape. Discutiremos más acerca de cómo
trabaja el software de aplicaciones en la Unidad 4. Software de Aplicación.
Sistema de Redes
El sistema mundial de redes de computadoras es Internet, una red de redes. A través de
Internet, las computadoras conectadas en red pueden acceder otras computadoras en
la red. El Internet permite transmitir datos de una computadora a otra.
El sistema de redes administra la forma en que los datos se transfieren de una
computadora a otra y la manera en que los diferentes componentes de un sistema de
redes trabajan juntos. El siguiente diagrama muestra los componentes del sistema de
redes requeridos para que una computadora se pueda comunicar con otra a través de
Internet.
Figura 5Componentes de Conexión de Redes
Una NIC (tarjeta de interfaz de red -Network Interface Card-) envía datos desde una
computadora a la red, y recolecta los datos entrantes enviados por otras computadoras.
Un módem es un dispositivo que permite que los datos sean transmitidos desde una
computadora a través de líneas telefónicas, o líneas de televisión por cable, a otras
computadoras en Internet. Además de estos componentes de hardware de red, una
computadora también necesita un proveedor de servicios de Internet como América
Online para permitir la conexión a Internet. Software de aplicaciones como navegadores
de red (por ejemplo, Internet Explorer y Netscape) y correo electrónico (por ejemplo,
Outlook y Netscape mail) también mejoran la utilidad de un sistema de redes.
Profundizaremos más sobre cómo trabaja un sistema de redes en la Unidad 5. Sistemas de
Redes.
1.2 Evolución de los Sistemas Computacionales
En esta sección, aprenderás sobre los orígenes y los avances de la tecnología
computacional. Luego explorarás algunos usos innovadores de las computadoras para
mejorar diferentes aspectos de nuestras vidas. También descubrirás la forma en que las
computadoras pueden ser de gran ayuda en tu campo de interés, ya sea en el área de
servicios educativos, investigación médica, administración de negocios, o el
entretenimiento. Al final de esta sección, puedes leer sobre la industria de la
computación, la cual se ha convertido en un segmento principal de la economía
mundial, generando muchos tipos de carreras y oportunidades de negocio.
Secuencia de Lecturas:
1.2.1 Breve Historia. Objetivo de Aprendizaje: Entender los orígenes y los avances la
tecnología computacional.
Parsons/Oja, Capítulo 9-Sección A (páginas 470-480). Objetivo de Aprendizaje: Conocer
la historia de la computación y las computadoras.
1.2.2 Aplicaciones de los Sistemas Computacionales. Objetivo de Aprendizaje: Obtener
una visión general de cómo pueden ser usadas las computadoras para mejorar diferentes
aspectos de nuestras vidas.
Parsons/Oja, Capítulo 9-Sección B (páginas 481-493). Objetivo de Aprendizaje: Conocer
la industria computacional y de IT (tecnología de información), y su impacto en los
mercados mundiales actuales y ciclos de vida del producto.
Parsons/Oja, Capítulo 9-Sección C (páginas 494-506). Objetivo de Aprendizaje: Conocer
las diferentes carreras disponibles en la industria computacional.
Además: Existen muchos sitios Web populares para las personas que desean buscar
trabajo. Después de terminar esta lectura, visita Monster.com y presiona sobre Search Jobs
para buscar trabajos relacionados con la computación en tu área. Primero, en la sección
Location Search box, selecciona un lugar cerca de ti, y luego teclea palabras como
"programmer" o "database" en la sección Keyword Search box.
1.2.1 Breve Historia
1200s—Dispositivos de Cálculo Manual
1600s—Calculadoras Mecánicas
1800s—Tarjetas Perforadas
1940s—Tubos de Vacío
1950s—Transistores
1960s—Circuitos Integrados (IC)
1970s a la Actualidad—Microprocesador
Ritmo de Avance
Con el desarrollo del comercio en las sociedades antiguas, la gente empezó a notar la
necesidad de tener un sistema de registro que le permitiera sumar, restar y guardar
transacciones sencillas. Para facilitar el proceso de registro, se desarrollaron los dispositivos
para contar. Al principio, la gente usaba sus dedos, piedras, y varas para contar.
Posteriormente emergieron las calculadoras mecánicas, pero éstas eran lentas y
abultadas. Cuando se descubrió la electricidad, los componentes electrónicos
reemplazaron las partes mecánicas abultadas, y permitieron la creación de dispositivos de
cálculo más pequeños y rápidos. Las computadoras están continuamente evolucionando
hacia la realización de cálculos más rápidos, más capacidad de almacenamiento, y
menor tamaño, tratando de mantener un precio razonable.
Con los avances en los dispositivos computacionales, los usos de las computadoras han
ido más allá del alcance del comercio y se han integrado a muchos aspectos de nuestras
vidas. Las compras son procesadas a través de computadoras. Los productos son
diseñados usando computadoras. Las películas son hechas con simulaciones hechas por
computadora. El crecimiento de la industria computacional está dirigido por las
numerosas formas en que la tecnología computacional puede ser aplicada en áreas
como el comercio, las comunicaciones, la banca, y la educación. En la siguiente sección
discutiremos cómo puede ser usada la tecnología computacional.
Comenzaremos nuestra discusión sobre cómo se desarrollaron las computadoras,
examinando periodos en el tiempo caracterizados por su investigación pionera para
utilizar la computación para solucionar problemas de datos intensivos o de cálculos
intensivos. Verás cómo avanzaron los métodos computacionales hasta la forma en que los
conocemos actualmente.
1200s—Dispositivos de Cálculo Manual
Los dispositivos de cálculo manual requerían el uso de las manos para mover
componentes del dispositivo.
El primer dispositivo de cálculo, el ábaco, fue usado en China. Este involucraba el
movimiento manual de cuentas para hacer cálculos. A continuación se muestra la foto
de un ábaco.
Figura 1 ?baco
1600s—Calculadoras Mecánicas
Las calculadoras mecánicas usaban ruedas, engranes y cuentas.
1642: Blaise Pascal inventó la Pascalina, que es una calculadora mecánica. La máquina
usaba algunos principios del ábaco, pero usaba ruedas para mover las cuentas.
1800s—Tarjetas Perforadas
Las tarjetas perforadas usaban agujeros que seguían un patrón específico para
representar las instrucciones proporcionadas a una máquina o a los datos almacenados.
La idea de almacenar datos e instrucciones de programas en tarjetas perforadas vino del
telar de Jacquard. Este usaba tarjetas con patrones de agujeros perforados para producir
cantidades masivas de telas tejidas en una variedad de patrones. Cada tarjeta perforada
representa un patrón y la tarjeta perforada puede ser alimentada a través del telar de
Jacquard para producir telas tejidas del mismo patrón de manera repetida. De manera
similar, instrucciones diferentes de un programa pueden ser almacenadas en tarjetas
perforadas separadas, que pueden ser alimentadas en la máquina de cómputo repetidas
veces. Usando tarjetas perforadas, se pueden almacenar instrucciones de programas y
datos.
1834: Charles Babbage diseñó un nuevo dispositivo de cálculo de propósito general, el
Motor Analítico, el cual es el ancestro de las computadoras modernas. Este incluía los
componentes esenciales de las computadoras de hoy en día, es decir, la entrada,
procesamiento, almacenamiento y salida de datos.
La asistente de Babbage, Augusta Ada King, Condesa de Lovelace e hija del poeta Inglés
Lord Byron, creó las rutinas de instrucción almacenadas en las tarjetas perforadas para
decirle a la máquina qué debía hacer. Las rutinas de instrucciones usadas por la
computadora son conocidas como "programas computacionales". Ella es por lo tanto, la
primera mujer programadora de computadoras, y en su honor, el Departamento de
Defensa de los Estados Unidos nombró al lenguaje de programación ADA.
A continuación se muestra una imagen de un motor analítico.
Figura 2Motor analítico
1890: Herman Hollerith diseñó una dispositivo electrónico de tabulación de tarjetas
perforadas que permitió al Buró de Censo de los Estados Unidos tabular el censo de 1890
en seis meses, lo que de otra forma les hubiera tomado más de siete años. La máquina de
Hollerith usaba tarjetas perforadas para almacenar datos, en lugar de rutinas de
instrucciones.
1896: Hollerith pensó que el mundo de negocios se podía beneficiar con el dispositivo
electrónico de tabulación de tarjetas perforadas, y fundó la Compañía de Máquinas de
Tabulación (Tabulating Machine Company), que después se convirtió en la compañía
denominada Máquinas Internacionales de Negocios (International Business Machines),
mejor conocida como IBM, en 1924.
1940s—Tubos de Vacío
Los tubos de vacío son usados para controlar el flujo de electrones. Debido a que los tubos
de vacío responden más rápido que los componentes mecánicos, fue posible hacer
cálculos más rápidos. Pero, los tubos consumían mucho poder, y se quemaban
rápidamente.
A continuación se muestra una foto de unos tubos de vacío.
Figura 3Tubos de vacío
1945: El primer prototipo de computadora que usó tubos de vacío, fue ENIAC (Electronic
Numerical Integrator and Computer, por sus siglas en inglés). Fue diseñado para calcular
las tablas de trayectoria para la Armada de los Estados Unidos durante la Segunda Guerra
Mundial, pero no fue terminado, sino hasta tres meses después de la guerra.
La máquina tenía 100 pies de largo y 10 pies de alto y pesaba 30 toneladas. Tenía arriba
de 18,000 tubos de vacío. Pero en el primer año, un total de 19,000 tubos se quemaron y
fueron reemplazados. La ENIAC podía desarrollar 5,000 sumas por segundo, pero su
operación tenía que ser programada manualmente conectando cables y colocando
6,000 interruptores.
La primera computadora comercializada exitosamente, llamada UNIVAC, fue
desarrollada por la Corporación de Computadoras Eckert-Mauchly (después adquirida
por Remington Rand). La máquina tenía 14.5 pies de largo, 7.5 pies de alto, y 9 pies de
ancho. Podía leer 7,200 caracteres por segundo. Tenía un precio de $930,000 dólares. Otro
desarrollo importante, fue la invención del compilador, por Admiral Grace Hopper quien
estaba trabajando en Eckert-Mauchly en ese tiempo. Un compilador permite que las
instrucciones de un programa sean escritas en inglés y luego traducidas a un lenguaje que
la máquina puede entender. Esta invención hizo la tarea de programación más fácil y
rápida.
1950s—Transistores
Los transistores desarrollaban funciones similares a los tubos de vacío, pero eran más
pequeños, económicos y confiables. Además, consumían menos poder. La capacidad de
los transistores de reemplazar a los tubos de vacío fue demostrada por vez primera por los
Laboratorios Bell de AT&T. Las computadoras basadas en transistores podían desarrollar
entre 200,000 y 250,000 cálculos por segundo.
Los transistores también son usados en otros dispositivos eléctricos como el radio. A
continuación se muestra la foto de un radio y unos transistores.
Figura 4 Transistores
1960s—Circuitos Integrados
Un circuito integrado, también llamado "microchip" o "chip" es una lámina delgada de
silicón empacada con elementos de circuitos microscópicos, como cables, transistores,
capacitores, y resistores. Fue desarrollado en 1958 por Jack Kilby en Texas Instruments y de
manera independiente por Robert Noyce en Fairchild Semiconductor. Los circuitos
integrados permitieron que el equivalente a miles de tubos de vacío o transistores se
empacaran en un sólo chip miniatura, del tamaño de la uña de tu dedo, reduciendo el
espacio físico, peso, y requerimientos de poder para dispositivos como las computadoras.
Las computadoras se volvieron más pequeñas, conforme más componentes pudieron
acomodarse en el chip. Puedes encontrar más información sobre el IC chip en el Instituto
Smithsonian de Jerome y Dorothy Lemelson, Centro para el Estudio de Inventos e
Innovaciones.
1970s a la Actualidad—Microprocesador
El microprocesador combina varios componentes de una computadora en un microchip.
Antes de que se desarrollara el microprocesador, cada circuito integrado tenía que ser
producido para un propósito particular, pero ahora, un microprocesador puede ser
producido y luego programado para varios propósitos, para diferentes necesidades. A
continuación se muestra la foto de un microprocesador. Observa que millones de cables
están colocados en un área del tamaño de la uña de tu dedo.
Figura 6 Chip de un microprocesador
El primer microprocesador de propósito general fue el Intel 4004. Este fue desarrollado en
1971 por Ted Hoff. El Intel 4004 permitió que los sistemas computacionales basados en
microprocesadores fueran más rápidos, pequeños y menos caros que antes.
Ritmo de Avance
Los transistores siguen disminuyendo su tamaño. Conforme los transistores se vuelven cada
vez más pequeños, más transistores pueden ser colocados en un chip. Esto implica
velocidades de procesamiento más rápidas, y mayor capacidad de almacenamiento. En
1965, Gordon Moore, un fundador de Intel, uno de los manufactureros más grandes de
microchips, hizo la observación de que existe un crecimiento exponencial en el número
de transistores por circuito integrado. El predijo que el número de transistores que pueden
colocarse en un microchip se doblaría cada 12 meses, hasta que fueran alcanzadas las
limitaciones físicas. Esta observación se conoce como la "Ley de Moore". Actualmente, el
crecimiento exponencial ha disminuido a duplicarse cada 18 meses, sin embargo, la tasa
de crecimiento sigue siendo exponencial. La siguiente figura muestra el número de
transistores en un microchip creciendo exponencialmente. Se explicará más sobre la Ley
de Moore en la página 2.5.1 La Ley de Moore.
Figura 7La ley de Moore aplicada a los procesadores Intel[Moore's Law, The Future Technology & Research at Intel]
Año de Introducción
Transistores
4004
1971
2,250
8008
1972
2,500
8080
1974
5,000
8086
1978
29,000
286
1982
120,000
procesador 386TM
1985
275,000
procesador486TM DX
1989
1,180,000
procesador Pentium®
1993
3,100,000
procesador Pentium II
1997
7,500,000
procesador Pentium III
1999
24,000,000
procesador Pentium 4
2000
42,000,000
procesador Itanium 2
2002
220,000,000
Tabla 1Número de transistores usados en procesadores Intel a través de los años [Sitio de
Investigación Intel]
1.2.2 Aplicaciones de los Sistemas Computacionales
En la Educación
Aprendizaje Facilitado a través de Multimedia
Educación Basada en Simulación
Entrenamiento Basado en Máquinas Inteligentes
Aprendizaje Interactivo
En los Negocios
Administración de la Cadena de Suministro
Administración de Proyectos
Administración de las Relaciones con el Cliente
Ventas y Mercadotecnia a través del Comercio Electrónico
Investigación en el Área de Manufactura
En el Entretenimiento
Películas
Videojuegos
Música
Fotografía Digital
Viajes
Sistemas Computacionales Portátiles
Los sistemas computacionales han mejorado nuestra vida de muchas maneras. En los
siguientes ejemplos verás cómo el uso innovador de las computadoras puede enaltecer la
forma en que aprendemos, realizamos negocios, y disfrutamos la vida. Conforme vayas
explorando las diferentes aplicaciones de los sistemas computacionales, piensa cómo
podrías usar o desarrollar tecnologías computacionales en tu campo de interés.
En la Educación
Aprendizaje Facilitado a través de Multimedia
Webopedia define multimedia como "el uso de computadoras para presentar texto,
gráficos, video, animación, y sonido de manera integrada". Las aplicaciones de software
como Microsoft PowerPoint permiten que la lectura sea conducida con apoyos visuales
animados. Las aplicaciones de software educativo pueden ser usadas para mejorar el
aprendizaje del estudiante a través de un ambiente interactivo, multimedia, que puede
ser más atractivo. Los estudiantes pueden pulsar botones en la pantalla de la
computadora para acceder a diferentes secciones del material de aprendizaje. Un
ejemplo de esto lo puedes observar en el Sitio Educativo de Intel (requiere Flash Player).
Las computadoras pueden ayudar a enriquecer la experiencia de aprendizaje del
estudiante.
Educación Basada en Simulación
Las computadoras pueden ser programadas para generar imágenes y animaciones que
modelen otros sistemas. Estos sistemas pueden existir en el mundo físico en el que vivimos
(por ejemplo, gente y objetos), o bien pueden ser producto de la imaginación (por
ejemplo la vida en la luna y los seres mitológicos). Por ejemplo, el programa del Parque
Temático de los Sim (Sim Theme Park program) permite a los usuarios diseñar sus propias
montañas rusas, y brinda la opción desactivar la gravedad. Las simulaciones también
pueden usarse para emular escenarios que pueden ser demasiado peligrosos de practicar
con gente real. Los pilotos frecuentemente usan simuladores cuando aprenden sobre
equipos nuevos. Además, las computadoras pueden ser usadas para modelar elementos
que son difíciles de observar, como las estructuras moleculares. En los siguientes ejemplos
verás la manera en que las simulaciones pueden ayudar en el aprendizaje.
La cabeza parlante que se muestra a continuación, demuestra cómo ésta puede usarse
en la capacitación de lenguajes. La cabeza parlante simula de manera realista la cabeza
de un ser humano, con una voz sintetizada por computadora que suena como la voz de
un humano. Pulsa sobre la siguiente imagen para ver una demostración de cómo la
simulación en 3-D de imagen y sonido puede ayudar en el aprendizaje del lenguaje, en
formas que no pueden ser alcanzadas en el mundo real.
http://trestle.icarnegie.com/content/SSD/SSD2/4.4-Mx/normal/pgcomputer-sys/pg-evolution-of-computer-sys/pg-applications/baldisays.avi
Figura 1La cabeza parlante
Cortesía de Dominic Asarco, Profesor de Psicología, Universidad de California- en Santa
Cruz
Otros ejemplos de entrenamiento basado en simulación que se discuten a continuación
son el entrenamiento médico, modelación molecular, y entrenamiento militar.
•Entrenamiento Médico
En la Armada de los Estados Unidos, un software de realidad virtual (VR) en 3-D es usado
para ayudar a medir y mejorar la efectividad del entrenamiento médico en el campo. El
software permite practicar a los estudiantes en su propia computadora, el apoyo y
tratamiento de traumas en soldados heridos. Esto podría eliminar la necesidad de enviar
estudiantes al campo y agilizar el proceso de entrenamiento. Puedes encontrar más
detalles sobre el software de entrenamiento en el artículo, "Software de Entrenamiento 3-D
Ayuda a la Armada a Comparar Metodologías de Entrenamiento Médico".
El grupo de investigación Haptics de Millersville University y el Colegio de Medicina de
Penn State University realizaron un proyecto de investigación conjunta en simulación
quirúrgica. El proyecto tuvo como objetivo el desarrollar un software pudiera ser usado
para simular un cuarto de procedimientos quirúrgicos. Usando un simulador quirúrgico en
realidad virtual que ofrece retroalimentación sensible al tacto junto con imágenes reales
en 3-D (realidad virtual), los estudiantes de medicina y los cirujanos pueden practicar y
probar sus habilidades quirúrgicas. Esto podría reducir el consumo de recursos como
órganos y espacios físicos para la realización de cirugías.
A continuación se muestra la imagen de una estudiante de medicina en la estación de
simulación de órganos deformables, usando un par de tijeras.
Figura 2Estudiante utilizando una herramienta de simulación
El estudiante ve la siguiente imagen -un estómago deformable y las tijeras que el
estudiante usa para interactuar con la simulación visual.
Figura 3Estómago deformable siendo manipulado por unas tijeras virtuales
© Copyright 2002 Departamento de Ciencias Computacionales, Millersville University
Reproducido con permiso.
• Modelación Molecular
Investigadores del departamento de Bioquímica y Biofísica Molecular en Columbia
University y el Instituto Médico Howard Hughes, usan una herramienta de visualización de
software llamada Representación Gráfica y Análisis de Propiedades Estructurales GRASP,
por sus siglas en inglés (Graphical Representation and Analysis of Structural Propierties),
para crear modelos en 3-D de moléculas químicas y explorar sus propiedades.
A continuación se muestra la pantalla que aparece en una simulación de ADN.
Figura 4 Modelación de ADN
© Copyright 2002 grupo de Barry Honig del Departamento de Bioquímica y Biofísica
Molecular de Columbia University y el Instituto Médico Howard Hughes.
Reproducido con
permiso.
La simulación visual de moléculas también puede ser animada, para mostrar cómo
cambian a través del tiempo. Revisa grabaciones de simulaciones de moléculas. Puedes
revisar más simulaciones de estudios en química en http://www.csc.fi/chem/gallery.phtml.
Un centro interdisciplinario de investigación aplicada, CRS4 (Centro de Estudios
Avanzados, Investigación y Desarrollo en Sardinia), está desarrollando técnicas de
simulación para crear modelos visuales en varios campos, incluyendo imágenes médicas,
dinámica de fluidos, modelación ambiental, y más. Revisa la Galería de Animación de
CRS4.
• Entrenamiento Militar
Se pueden usar simulaciones en 3-D para construir ambientes virtuales que sean una
réplica del interior de naves militares, que sirvan para entrenar a los oficiales de
ingeniería.Usando simulaciones, las naves físicas no requieren ser usadas durante el
entrenamiento, y el número de gente que puede ser entrenada a la vez no está limitada.
Además, el entrenamiento puede ser provisto a personas en diferentes localizaciones
geográficas. Puedes aprender más sobre los beneficios de simulaciones en realidad virtual
para entrenamiento en la página Tecnología para la Educación y Entrenamiento del
Research Triangle Institute (RTI).
A continuación se muestra la pantalla de un ambiente virtual construido por el Research
Triangle Institute (RTI) usando software de simulación en 3-D de Sense8. Puedes encontrar
más imágenes de otros ambientes virtuales en la galería de Sense8.
Figura 5 Entrenamiento virtual para personal militar
© Copyright 2001 Research Triangle Institute.
Reproducido con permiso.
Entrenamiento Basado en Máquinas Inteligentes
Los sistemas computacionales pueden programarse para reaccionar basados en el
comportamiento del usuario. Por ejemplo, para facilitar el aprendizaje de una lengua
extranjera, los investigadores de Carnegie Mellon University desarrollaron el software
Fluency: Automatic Foreign Language Pronunciation Training software, el cual puede
interpretar pronunciaciones y dar retroalimentación sobre cómo pronunciamos una
palabra y cómo corregir la pronunciación.
Figura 6 Software de entrenamiento de lenguaje
© Copyright 2002 Language Technology Institute, Carnegie Mellon University
Reproducido
con permiso. (Nota: Este software tiene la patente pendiente y ha sido permitido su uso a
través de la Oficina de Transferencia Tecnológica de CMU exclusivamente a Carnegie
Speech Company, una subsidiaria de Carnegie Mellon University.)
Aprendizaje Interactivo
El compositor de música e inventor Tod Machover del MIT Media Lab y el Media Lab
Europe comenzó la Sinfonía a los Juguetes (Toy Symphony), una interpretación
internacional de música y a la vez proyecto educativo con el objetivo de introducir a los
niños nuevas formas de hacer música. El proyecto involucra el uso de Juguetes Musicales
para interesar a los niños a escuchar, desarrollar, y componer música. Los niños pueden
tocar junto con algunos de los músicos que han alcanzado más logros a nivel mundial,
que están participando en este proyecto.
A continuación se muestra la imagen de uno de los juguetes. Lee acerca de lo que este
juguete realiza.
Figura 7 Juguete musical "Beatbug"
© Copyright 2002-2003 MIT Media Lab
Reproducido con permiso.
En los Negocios
Administración de la Cadena de Suministro
La administración de la cadena de suministro trata de administrar y dar seguimiento al
abasto de materias primas, su uso en el proceso de manufactura, y la entrega de
productos terminados a los clientes. Algunas aplicaciones para la administración de la
cadena de suministro usan algoritmos matemáticos para mejorar el flujo de la cadena de
abasto y minimizar inventarios. En esta liga puedes leer más sobre el tema de
Administración de la Cadena de Suministro.
Administración de Proyectos
La información sobre el desarrollo de productos, que incluye los requerimientos del
producto, horarios de trabajo, problemas del proyecto, presupuestos, y diseño de
productos, requiere ser organizada y rastreada para monitorear el progreso del proyecto.
Las aplicaciones de software son capaces de mantener un registro de la base de datos
del producto, horarios de trabajo, y el presupuesto del proyecto, para ayudarte a sortear
barreras potenciales para completar a tiempo el proyecto. En la siguiente página puedes
revisar una demostración de un software de administración de proyectos provista por
Microsoft.
Administración de las Relaciones con el Cliente
La administración de las relaciones con el cliente (CRM por sus siglas en inglés) es un
proceso que recolecta información sobre la base de clientes, la efectividad de la
mercadotecnia, y las tendencias del mercado, para aprender más sobre el
comportamiento de los clientes. Un software de CRM puede recolectar información sobre
datos demográficos del cliente, e investigar su comportamiento de compra, con el
objetivo de predecir las necesidades del cliente e incrementar los ingresos.
Un sistema de CRM puede involucrar el uso de un "Agente Inteligente", que es un
programa que recolecta información sobre el comportamiento del usuario, y adapta el
contenido en un sitio Web. Por ejemplo, cuando vas a Amazon.com, el sitio puede
generar una página personalizada para ti, que contiene publicidad de productos que
pueden interesarte en base a tu historial de compra. Si compraste una novela de la serie
de ficción infantil de Harry Potter, la página de Amazon puede anunciar otros volúmenes
de Harry Potter, u otros libros sobre aventuras de adolescentes, que aún no hayas
adquirido.
Puedes aprender más sobre CRM leyendo una introducción a CRM.
Ventas y Mercadotecnia a través del Comercio Electrónico
Utilizando Internet, se pueden realizar transacciones comerciales en línea a través de la
red. Para permitir la realización de transacciones electrónicas, una compañía requiere
software para generar órdenes de compra, requisiciones, procesar facturas, realizar
material de mercadotecnia, contar con un mecanismo para responder a los clientes y
procesar órdenes, así como mantener un registro del comportamiento de compra de los
clientes. Además, algunos sitios Web comerciales permiten que el usuario adapte a sus
necesidades un producto. Por ejemplo, la página de Nike permite que compres tenis
diseñados por ti. Puedes seleccionar entre diferentes combinaciones de colores, e incluso
puedes personalizar texto para que sea colocado en tus tenis.
Investigación en el Área de Manufactura
Las herramientas de simulación por computadora pueden ser usadas para diseñar
productos. Por ejemplo, en una investigación sobre neumático para automóvil, una
herramientas de simulación visual pueden ser utilizados para estimar las distancias de
frenado de las llantas bajo diferentes condiciones de las carreteras y los patrones de
rodadura del neumático. Investigadores de Pusan National University (J.R. Cho, H.W. Lee y
W.S. Yoo) han utilizado simulaciones de computadora y publicado sus resultados en el
artículo A wet-road braking distance estimate utilizing the hydroplaning analysis of
patterned tire publicado en International Journal for Numerical Methods in Engineering.
Volumen 69 Número 7.
Encuentra más sobre las aplicaciones de software para negocios.
En el Entretenimiento
Películas
Efectos especiales generados por computadora han hecho posible la creación de
películas ganadoras de premios como Star Wars: Episodio II, Jurassic Park, Hombres de
Negro, Jumanji, Forrest Gump, y Una Tormenta Perfecta.
En particular, Star Wars: Episodio II fue la primera película grabada totalmente con
cámaras digitales. El equipo de producción ahorró tiempo y dinero usualmente invertido
en rollos y procesamiento fotoquímico, utilizando cámaras digitales. Tradicionalmente, las
imágenes grabadas en rollo tenían que ser digitalizadas y transformadas en formato
digital para poder incorporarle efectos visuales. Las cámaras digitales facilitaron el
proceso de transferencia de imágenes de la película en diferentes etapas de producción.
Puedes leer más acerca de la forma en que los efectos de las películas son incorporados
utilizando tecnología computacional por Industrial Light & Magic, la compañía que creó
los efectos visuales para la primer película de Star Wars.
Videojuegos
La industria de los juegos de video ha avanzado mucho desde las imágenes "pixeladas"
en blanco y negro de los personajes de videojuego de los años 70's, a las simulaciones en
3-D actuales que parecen reales. Los videojuegos son sistemas computacionales,
integrados con sofisticada tecnología de video, para dar vida a un mundo de fantasía en
la pantalla de tu computadora. Puedes navegar en el sitio videojuego de muestra.
Música
La distribución de música en el siglo 20 ha pasado de ser de forma análoga a digital. La
música puede descargarse de sitios de Internet y almacenarse en reproductores de MP3
del tamaño de la palma de tu mano. Esto sistemas ampliaron el volumen de música que
puede ser almacenado y reproducido. Puedes leer más acerca de cómo trabajan los
reproductores de MP3.
Fotografía Digital
Cada vez más gente está utilizando cámaras digitales en lugar de las cámaras
convencionales de película. Todas las cámaras digitales tienen una computadora
integrada que almacena imágenes de manera electrónica. Las imágenes pueden verse
inmediatamente después de haber sido capturadas, y puede ser cargadas a una
computadora o intercambiadas a través de Internet. En este sitio puedes leer cómo
trabajan las cámaras digitales.
Viajes
Investigadores de la Escuela de Ciencias Computacionales, de la Carnegie Mellon
University; han desarrollado un software que lee símbolos chinos y los traduce a inglés
usando solamente una computadora del tamaño de la palma de la mano, que está
equipada con una pequeña cámara. Encuentra más sobre la tecnología de traducción
de símbolos.
Figura 9Dispositivo de traducción de símbolos
© Copyright 2002 interACT, Carnegie Mellon University
Reproducido con permiso.
Sistemas Computacionales Portátiles
Los sistemas computacionales también pueden agregarse a dispositivos que son más
portátiles como un reloj de mano o un audífono. Por ejemplo, un Sistema de
Posicionamiento Global (GPS por sus siglas en inglés -Global Positioning System-) puede
agregarse en tu reloj de mano para ayudarte a encontrar el camino a un destino
específico. Puedes leer más sobre accesorios de moda que incorporan tecnología que
están siendo desarrollados por Carnegie Mellon University, y tecnología portátil
desarrollada por MIT Media Lab.
Para consultar aplicaciones adicionales de los sistemas computacionales que
actualmente están siendo investigados, puedes leer sobre la investigación en Carnegie
Mellon University e investigación en el Laboratorio de medios de MIT.
1.3 Representación de Datos en un Sistema Computacional
Las computadoras representan datos utilizando 0's y 1's, también conocidos como
números binarios. ¿Por qué las computadoras usan notación binaria en lugar de la
notación decimal (usando dígitos del 0-9), que familiarmente la gente utiliza? Cada dígito,
sea binario o decimal, debe ser representado por un voltaje en los circuitos de la
computadora. Es fácil construir circuitos que discriminan entre dos voltajes. Podemos
llamar a estos voltajes "encendido" y "apagado". Es mucho más difícil, si no es que
imposible, construir circuitos que discriminen de manera confiable entre diez voltajes
diferentes.
Secuencia de Lecturas:
Parsons/Oja, Capítulo 1-Sección C (páginas 22-28). Objetivo de Aprendizaje: Conocer
los principios básicos del hardware de la computadora y la notación binaria.
1.3.1 Bits y Bytes. Objetivo de Aprendizaje: Conocer la forma en que los datos están
representados usando dígitos binarios de 0's y 1's. También, aprender sobre cómo se
describe la capacidad de almacenamiento usando unidades típicas de medida, usadas
a través de los años.
1.3.2 Sistemas Numéricos. Objetivo de Aprendizaje: Conocer los sistemas numéricos
usados en computación para representar datos.
1.3.1 Bits y Bytes
Representación de Datos Usando Dígitos Binarios
Necesidad Creciente de Bytes
Representación de Datos Usando Dígitos Binarios
Una pieza de dato, como una letra del alfabeto, puede representarse usando una
secuencia de dígitos binarios - 0's y 1's. Existen muchos tipos de códigos usados para
representar datos de caracteres. Por ejemplo, al usar el código ASCII extendido (Código
Estándar de América para el Intercambio de Información - America Standard Code for
Information Interchange-), la letra "a" del alfabeto, puede representarse usando una serie
de ocho dígitos binarios, "01100001." Cada dígito binario es llamado un bit. Y, ocho bits
forman un byte. El código ASCII extendido usa ocho bits (o un byte) para representar la
entrada de caracteres. A continuación se muestran representaciones binarias de
caracteres en el código ASCII extendido.
Figura 1 Código ASCII
Todos los datos, incluyendo datos de audio, datos visuales e instrucciones de programas,
pueden ser representados y almacenados usando una secuencia de dígitos binarios, o
una secuencia de bytes. Recuerda que un archivo es un conjunto de datos. En algunos
archivos, los bits de datos directamente codifican letras, números y símbolos de
puntuación que forman las palabras y enunciados. En otros archivos como un archivo de
imagen, los bits de datos requieren ser calculados para transformarlos en imágenes que
podamos interpretar.
La mayoría de las aplicaciones como Microsoft Word o PowerPoint codifican información
en formas especializadas que no son legibles para los seres humanos. Así, aunque
Microsoft Word es generalmente usado para editar texto, un documento de Word no
puede ser desplegado adecuadamente por un editor de texto simple como el Bloc de
Notas, debido a que el documento incluye información en un formato específico para
Microsoft Word. Por lo tanto, el documento debe ser abierto en Microsoft Word para
poder ser leído. Algunos archivos tienen una sección de encabezado que indica qué
formato fue usado para codificar los datos, de manera que permita que la computadora
re-ensamble los datos binarios en una forma legible para los humanos.
Necesidad Creciente de Bytes
Desde finales de la década de 1970 hasta el principio de la década de 1980, se
empezaron a producir computadoras personales relativamente económicas. En poco
tiempo se desarrolló un enorme mercado de consumidores. Al principio pequeñas
cantidades de memoria, como miles de bytes, era todo lo que se requería para manejar
una hoja de cálculo sencilla o tareas de procesamiento de palabras. Con el tiempo, los
usuarios necesitaron sistemas más complejos para hacer dibujos, gráficas y cálculos
complicados. Al ir creciendo la demanda de los consumidores, los requerimientos de
cómputo crecieron también. Las demandas del consumidor causaron nuevos desarrollos
que ampliaron la capacidad de memoria de las computadoras. Para mediados de los
80's, la memoria se había incrementado a millones de bytes. En la actualidad, las
computadoras de oficina y casa tienen comúnmente billones de bytes de capacidad de
memoria. La memoria para sistemas intensivos de datos, como el Sistema de Información
Geográfica (GIS por sus siglas en inglés), requiere trillones de bytes. A continuación se
muestra una tabla que ilustra la capacidad de memoria a través de los años, desde los
70's, con su abreviación y prefijo asociado.
Década
1970s
1980s
1990s
2000s
Orden de magnitud en capacidad de
memoria
Miles
Millones
Billones
Trillones
Prefijo
Kilo
(103)
Mega
(106)
Giga
(109)
Tera
(1012)
Abreviación
K
M
G
T
En términos de almacenamiento, mientras más capacidad de memoria exista, mejor. Esto
quiere decir que se puede almacenar más información ya sean datos o programas. La
tendencia en cuanto a capacidad de memoria es a ser cada vez más grande. Al mismo
tiempo, la tecnología física de almacenamiento de memoria se ha hecho cada vez más
pequeña, ligera y rápida, por casi el mismo precio. Aprenderás más sobre tecnologías de
almacenamiento y memoria en la siguiente unidad de este curso.
1.3.2 Sistemas Numéricos
Decimal
Binario
Hexadecimal
Ejercicio de Aprendizaje
El mundo de la computación utiliza muchos sistemas numéricos para representar datos. Así
como el sistema decimal, también conocido como base10, es conocido para la gente,
de manera similar los sistemas numéricos binario (base 2) y hexadecimal (base 16) son
sistemas de numeración comunes usados actualmente en computación.
Decimal
Comenzaremos nuestra discusión sobre los sistemas numéricos examinando como ejemplo
el sistema decimal. El sistema numérico decimal contiene diez valores - 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7,
8, y 9. Cada número en el sistema numérico decimal puede ser descompuesto en dígitos
por su "lugar" en el número. Usando el número 43,872 como ejemplo, 2 está en el lugar 0,
el 7 está en el primer lugar, 8 en el segundo, 3 en el tercero, y 4 en el cuarto. Cada lugar
tiene un valor que puede ser representado ya sea exponencialmente o por sus valores
decimales. La siguiente tabla muestra la representación exponencial y decimal para
cada lugar en el número 43,872.
Lugar
4to
3ero 2do 1ero 0
Dígito
4
3
8
7
2
Valor exponencial del lugar 104
103
102
101
100
Valor decimal del lugar
10,000 1,000 100 10
1
Tabla 1Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número
Observa que los valores exponenciales están elevados a una potencia correspondiente al
lugar del dígito. Por ejemplo, el valor exponencial del 4to lugar es 104.
Para determinar el valor del número, multiplica el dígito contenido en la columna, por el
valor que esa columna representa. El siguiente es un cálculo de muestra para el ejemplo
anterior.
4 × 104 + 3 × 103 + 8 × 102 + 7 × 101 + 2 × 100 =
4 × 10,000 + 3 × 1000 + 8 × 100 + 7 × 10 + 2 × 1
=
40,000 + 3000 + 800 + 70 + 2 =
43,872
Mientras que los cálculos para realizar la conversión parecen complejos, estos demuestran
un patrón que puede ser utilizado para convertir cualquier número a un sistema de
numeración decimal.
dp(b)p + dp-1(b)p-1 + . . . + d0(b)0
Donde p es el lugar, b es la base, dp es el dígito en el lugar más alto del número, y dp-1 es
el siguiente lugar más alto del número, etc.
Usando el ejemplo del número anterior, dp = 4, dp-1 = 3, b = 10, y p = 4.
4 × 104 + 3 × 103 + 8 × 102 + 7 × 101 + 2 × 100 =43,872
La fórmula anterior puede ser usada para calcular el valor decimal de cualquier número
en una base determinada. A continuación se muestra el cálculo para convertir 21 4 a su
valor decimal:
Lugar
1ero
0
Dígito
2
1
Valor exponencial del lugar
41
40
Valor decimal del lugar
4
1
Tabla 2Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número
2(4)1 + 1(4)0 =
2× 4 + 1 × 1 =
8 + 1 =
9
Hasta ahora, hemos discutido solamente la conversión de números al sistema decimal.
También es importante ser capaces de convertir números del sistema decimal, a otros
sistemas de numeración. Continuando con el sistema en base 4, vamos a convertir el
número 89 de decimal a base4.
Primero, encuentra el valor p, donde 4p< = 89 < 4p+1. En este caso p = 3. p es el valor del
lugar más alto.
Ahora, procedamos a llenar la siguiente tabla:
Lugar
3
2
Valor exponencial del lugar 43
42
Valor decimal del lugar
64
16
Cálculo
89 ÷ 64 25 ÷ 16
Resultado
1
1
Restante
25
9
1
41
4
9÷4
2
1
0
40
1
1÷1
1
0
Tabla 3Conversión de números de base 10 a base 4
Por lo tanto, 8910 = 11214.
Enseguida vamos a estudiar la numeración binaria y hexadecimal.
Binaria
Como todos los sistemas de numeración se tratan de la misma forma, ya tienes las
herramientas necesarias para convertir a y desde el sistema binario. Revisemos la
conversión del número 101101102 al sistema decimal.
El lugar más alto, p, se obtiene contando el número de lugares en el número binario,
comenzando desde cero. En este caso, p = 7.
1 × 27 + 0 × 26 + 1 × 25 + 1 × 24 + 0 × 23 + 1 × 22 + 1 × 21 + 0 × 20 =
1 × 128 + 0 × 64 + 1 × 32 + 1
× 16 + 0 × 8 + 1 × 4 + 1 × 2 + 0 × 1 =
128 + 0 + 32 + 16 + 0 + 4 + 2 + 0 =
182
Por ejemplo, en 1001102 el lugar más grande es 2p, donde p = 5. Debido a que el sistema
binario, es el sistema de numeración más fácil de convertir a decimal, esto nos ayudará
más adelante, cuando tratemos de convertir números hexadecimales.
Hexadecimal
Debes haber notado que al expresar valores en notación binaria se utilizan más dígitos
que en la notación decimal. Por ejemplo, el número 99 en decimal, es 1100011 en
notación binaria. Los informáticos han adoptado la notación hexadecimal como una
abreviación de la notación binaria, de manera que ellos puedan expresar los valores
binarios de una forma más concisa.
La notación hexadecimal (base16), o"hex," es el sistema numérico más grande con el que
trabajarás. En el sistema decimal moderno, el conjunto de números Arábigos establecidos
del 0-9 tienen que ser complementados por valores adicionales para representar los
equivalentes decimales de 10, 11, 12, 13, 14, y 15. En lugar de inventar símbolos nuevos
para representar estos números, se usan las letras A-F. La notación hexadecimal está
representada por el conjunto de números 0-F. Se pueden utilizar letras mayúsculas o
minúsculas en la notación hexadecimal para A-F, en este curso, usaremos las letras
mayúsculas A-F. Por lo general, la notación hexadecimal no se representa agregando un
16 como subíndice al número. Existen dos formatos diferentes para representar números
hexadecimales: anteponer un 0x o bien agregar al final una h. Usaremos 0x para denotar
los números hexadecimales.
Lugar
4
3
2
1
0
4
3
2
1
Valor exponencial del lugar 16
16
16
16 160
Valor decimal del lugar
65,536 4096 256 16 1
Tabla 4Valor exponencial y decimal correspondiente al lugar de un dígito en un número
Existen dos métodos para convertir números hexadecimales a decimales. Existe el enfoque
directo usando la fórmula:
p(b)p
+ dp-1(b)p-1 + . . . + d0(b)0
Donde dp es el dígito en el lugar más alto del número, y dp-1 es el siguiente lugar más alto
en el número, y así sucesivamente. b es la base y p es el valor del lugar más alto.
La conversión se muestra a continuación:
4 × 163 + A × 162 + 3 × 161 + F × 160 =
4 × 4096 + 10 × 256 + 3 × 16 + 15 × 1 =
16,384 + 2560 +
48 + 15 =
19,007
Este método es particularmente útil para números hexadecimales grandes. Sin embargo,
para números más pequeños de uno o dos dígitos, es por lo general más rápido convertir
el número hexadecimal a binario antes de convertirlo a decimal. La notación
hexadecimal mantiene una relación con la binaria, ya que está derivada del sistema en
base2. Cada dígito hexadecimal representa cuatro lugares binarios. La siguiente tabla
muestra la relación entre la notación binaria, hexadecimal, y decimal para 0x0-0xF.
Decimal Binaria
Hexadecimal
0
0000
0x0
1
0001
0x1
2
0010
0x2
3
0011
0x3
4
0100
0x4
5
0101
0x5
6
0110
0x6
7
0111
0x7
8
1000
0x8
9
1001
0x9
10
1010
0xA
11
1011
0xB
12
1100
0xC
13
1101
0xD
14
1110
0xE
15
1111
0xF
Tabla 5Conversiones decimal, binaria, y hexadecimal
Vamos a convertir 0x3B a decimal pasándolo primero a notación binaria. El primer paso es
encontrar lo que representa en notación binaria el número hexadecimal. Reemplaza el
número hexadecimal con el número binario. Por lo tanto, 0x3B se convierte en 00111011 2.
Como recordarás de la sección anterior de la notación binaria, convertir números de
binario a decimal es mucho más fácil que con otros sistemas, ya que multiplicar por dígitos
binarios de 0 y 1 es trivial.
0x3B=
001110112=
32 + 16 + 8 + 2 + 1 =
59
Un byte de datos (ocho bits) puede escribirse con solo dos dígitos hexadecimales. Por
ejemplo, el carácter "N" en el código ASCII extendido tiene la representación binaria
01001110. Si lo escribimos como dos grupos de cuatro bits cada uno, tenemos 0100.1110.
Usando la tabla 5, encontramos que 0100 es 0x4 y 1110 es 0xE. Por lo tanto, el código
hexadecimal correspondiente para 0100.1110. es 0x4E.
Cuando instales o des mantenimiento a sistemas computacionales, algunas veces
encontrarás números hexadecimales, como representaciones de direcciones de
memoria, direcciones de red, u otras cualidades relacionadas con el hardware de la
máquina. También las puedes encontrar en contextos relacionados con el sistema
operativo, como cuando una máquina se "cae" y despliega un reporte de falla.
Ejercicio de Aprendizaje
Puedes practicar conversiones entre notación binaria, decimal, y hexadecimal, usando el
accesorio Calculadora de Microsoft.
Usando el sistema operativo de Windows, pulsa el botón de Inicio, selecciona
Programas, luego entra en Accesorios, y finalmente selecciona Calculadora. Para poder
usar las funciones requeridas en este ejercicio debes entrar en el menú Ver y seleccionar
Científica.
Para usar la calculadora para la conversión de datos, pulsa sobre el botón Dec para
poner la calculadora en modo decimal, teclea un número, y luego pulsa el botón Hex
para convertir el número a hexadecimal. También puedes convertir de hexadecimal a
decimal. Las teclas A-F están habilitadas cuando estás en el modo hexadecimal.
¿Cuál es la representación hexadecimal del número 255? ¿Cuál es el equivalente
decimal de 0x4D2?
Unidad 2. Sistemas de Hardware
Esta unidad cubre el tema del hardware de una computadora—los componentes que
forman un sistema computacional y la forma en qué trabajan juntos. Primero, aprenderás
sobre la forma en que la computadora procesa información y cómo trabaja la memoria.
Luego aprenderás sobre la forma en que pueden moverse los datos entre los diferentes
componentes dentro y fuera de la unidad del sistema. También te familiarizarás con
diferentes medios para el almacenamiento de datos. Al final de esta unidad, debes tener
un entendimiento básico de cómo trabaja una computadora. Entender esta unidad te
ayudará a ser un consumidor informado de equipos computacionales.
Secuencia de Lecturas:
2.1 Procesador y Memoria
2.2 Periféricos
2.3 Dispositivos de Almacenamiento
2.4 Juntando los Componentes de Hardware
2.5 Mejorando el Desempeño de la Computadora
Actividades:
Ejercicio 2
Para guiarte a través de los componentes de hardware que serán cubiertos en esta
unidad, el siguiente diagrama ilustra a grandes rasgos los componentes de un sistema
computacional.
Figura 1 Descripción de los componentes
El microprocesador, también llamado el procesador, es el componente principal que
ejecuta instrucciones almacenadas en la memoria principal. El microprocesador es
conocido algunas veces como el "cerebro" del sistema computacional, ya que toma
decisiones y envía comandos a otros componentes para completar un conjunto de
instrucciones. La memoria principal almacena instrucciones a ser ejecutadas por el
microprocesador. Los datos almacenados en la memoria principal se pierden cuando la
computadora se apaga. En contraste a la memoria principal, los dispositivos de
almacenamiento como las unidades de CD-ROM y de disquete (también llamada unidad
de disco flexible) almacenan datos de forma permanente, aún cundo la computadora se
encuentra apagada.
Los periféricos permiten la entrada y salida de datos. Ejemplos de dispositivos periféricos
incluyen el monitor, la impresora, el teclado, y el ratón. Los periféricos también incluyen
mecanismos que permiten que los datos sean transferidos dentro y fuera de un sistema
computacional.
El conjunto de chips (chipset) actúa como un policía de tránsito que controla el flujo de
datos y coordina la interacción entre los componentes del sistema. Los componentes
pasan los datos a través del conjunto de chips, y el conjunto de chips monitorea el flujo de
datos y pasa los datos a otros componentes.
Ahora veremos un ejemplo de cómo estos componentes trabajan juntos. En este ejemplo,
el sistema computacional completa una solicitud para abrir un archivo y despliega el
archivo abierto en el monitor. Se siguen los siguientes cuatro pasos para completar la
tarea:
El microprocesador envía instrucciones a los dispositivos de almacenamiento (a través
del conjunto de chips) solicitando que el archivo especificado sea cargado en la
memoria principal.
Los dispositivos de almacenamiento envían el archivo a través del conjunto de chips, a
la memoria principal.
El microprocesador trae de la memoria principal el contenido del archivo.
El microprocesador envía al monitor los datos a ser desplegados, a través del conjunto
de chips.
A continuación se muestra un diagrama del flujo de datos entre los componentes.
Figura 2Flujo de datos en un sistema computacional
En cada sección de esta unidad aprenderá más sobre los principales componentes
ilustrados en el siguiente diagrama y obtendrás un entendimiento más profundo de cómo
trabajan juntos estos componentes. Para ayudar a que te familiarices con la apariencia
física de los componentes de hardware, la siguiente imagen muestra los principales
componentes que se encuentran dentro de la unidad del sistema. También se incluye una
breve descripción de los componentes etiquetados en la imagen.
Figura 3 Componentes dentro de una computadora
A. Tarjeta Principal (Motherboard)
Proporciona los sockets para el microprocesador y los chips de memoria, ranuras para las
tarjetas de circuitos, y los circuitos que permiten que las señales eléctricas viajen de
componente a componente. La mayoría de los componentes de hardware dentro de la
unidad del sistema están ligados a la tarjeta principal.
B. Fuente de Poder
Proporciona poder eléctrico al sistema computacional.
C. Microprocesador
Procesa las instrucciones almacenadas en la memoria principal. Algunas veces, el
microprocesador se encuentra bajo un abanico enfriador que previene que éste se
sobrecaliente.
D. Ranura de Expansión
Funciona como un socket en la tarjeta principal sobre la cual se podría insertar una tarjeta
de expansión.
E. Tarjeta de Expansión
Permite a la computadora controlar dispositivos periféricos como el monitor y el
micrófono.
F. Conjunto de Chips (Chipset)
Controla el flujo de datos entre los componentes.
G. Cable de la Electrónica de Unidades de Disco Integradas (IDE -Integrated Drive
Electronics)
Transfiere datos desde los dispositivos de almacenamiento a la tarjeta principal.
H. Unidades de Disco
Almacenan datos de manera permanente (aún cuando la computadora se encuentra
apagada). Pueden incluir varias unidades como la unidad de disco flexible, CD-ROM/CDRW , DVD-ROM/DVD+/-RW y la unidad de disco duro.
2.1 Procesador y Memoria
El procesador y la memoria son los componentes esenciales que permiten que una
computadora pueda procesar comandos. El procesador ejecuta las instrucciones dadas
a la computadora. Estas instrucciones se encuentran almacenadas en la memoria de la
computadora. En esta sección, aprenderás cómo ejecuta instrucciones el procesador y
los diferentes tipos de memoria con los que cuenta la computadora.
Secuencia de Lecturas:
2.1.1 Fundamentos de un Procesador. Objetivo de Aprendizaje: Obtener un
conocimiento general de la forma en que trabaja un microprocesador en una
computadora, y conocer los diferentes tipos de microprocesadores. Aprender acerca del
desempeño de los microprocesadores y sobre las herramientas llamadas en inglés
"benchmarks" que son pruebas usadas para comparar el desempeño de diferentes
microprocesadores.
Parsons/Oja, Capítulo 2-Sección B (páginas 65-73). Objetivo de Aprendizaje: Conocer la
unidad central de procesamiento (conocida también como "CPU" o como "procesador")
y los diferentes tipos de memoria de la computadora. El CPU ejecuta los programas
desarrollando operaciones numéricas y lógicas. El CPU también controla la operación de
la memoria de la computadora y los dispositivos periféricos.
Parsons/Oja, Capítulo 2-Computadoras en contexto: Milicia o las actividades militares
(páginas 106-107).
2.1.2 Tipos de Memoria. Objetivo de Aprendizaje: Conocer los diferentes tipos de
memoria usados en una computadora.
2.1.3 Laboratorio: Benchmarking (Opcional). Objetivo de Aprendizaje: Obtener un
entendimiento práctico del software y pruebas "benchmarking".
2.1.1 Fundamentos de un Procesador
Procesador
Ejecución de Instrucciones con el CPU
Desempeño: Factores y Medidas
Tipos de Procesadores
Procesador
Al procesador de una computadora comúnmente se le conoce como microprocesador,
debido a su tamaño, que es aproximadamente del tamaño de la uña de tu dedo.
Figura 1 Chip de un microprocesador
Un microprocesador procesa todas las instrucciones dadas a la computadora (por
ejemplo, sumar dos números, ejecutar las instrucciones de un programa, o imprimir
documentos). Físicamente, el microprocesador es un chip conocido como un circuito
integrado (IC). Cada chip está fabricado de silicón y contiene millones de transistores
empacados en el chip.
El Procesador M Intel Pentium, introducido el 12 de Marzo de 2003, tiene 77 millones de
transistores, y el ancho del cable más pequeño del chip es de 0.13 micrones, o 0.00000013
metros. Como referencia, 0.13 micrones es aproximadamente 1/800 del ancho de un
cabello humano.
Al microprocesador se le conoce también como la Unidad Central de Procesamiento
(CPU, por sus siglas en inglés). El trabajo de un microprocesador es ejecutar una serie de
instrucciones de la máquina. Estas instrucciones son procedimientos para realizar una
tarea, escrita en un formato que la computadora puede entender.
Ejecución de Instrucciones con el CPU
Las instrucciones se almacenan en la memoria RAM de la computadora (Memoria de
Acceso Aleatorio, conocida en inglés como Random Access Memory), la cual será
cubierta en la sección 2.1.2 Tipos de Memoria.
Existen dos componentes principales en el CPU. Uno es la unidad de control, que accede
instrucciones almacenadas en la RAM, interpreta su significado, y luego las dirige al lugar
apropiado. La otra es la Unidad Aritmética/Lógica (ALU) que desarrolla operaciones
aritméticas (por ejemplo, suma, resta, multiplicación y división) y lógicas (por ejemplo,
mayor que, menor que, igual que) requeridas para procesar las instrucciones.
Al ejecutar una instrucción, el CPU desarrolla cuatro pasos, que son llamados el ciclo de
instrucción (fetch-execute-cycle). A continuación se muestran los cuatro pasos:
1. Extraer - La unidad de control obtiene la instrucción de la memoria.
2. Interpretar- La unidad de control decodifica el significado de la instrucción y mueve los
datos necesarios de la memoria a la ALU.
3. Ejecutar- La unidad de control solicita a la ALU que desarrolle las operaciones
aritméticas y lógicas necesarias.
4. Almacenar- El resultado del cálculo se guarda en la memoria.
El siguiente diagrama ilustra los pasos realizados por el CPU para ejecutar una instrucción
que suma dos números. La instrucción es: Permite que R = X + Y.
Figura 2 Ciclo de Instrucción
Otro componente del microprocesador es la caché, una memoria especial de altavelocidad que almacena los datos usados más recientemente, para acelerar el proceso
de ejecución de instrucciones. La caché puede acelerar la recuperación de datos
porque los datos usados más recientemente podrían sean usados de nuevo por la
computadora.
La memoria caché de Nivel 1 (L1) o memoria caché principal se localiza en el CPU para
proporcionarle el acceso más rápido a los datos. También existe una caché más lenta, la
memoria caché de Nivel 2 (L2) o caché secundaria, localizada entre la RAM y el CPU
(algunas veces en el CPU). Si los datos no pueden ser encontrados en alguna de las dos
cachés, serán recuperados de la RAM. En relación a la distancia entre el CPU y las áreas
de almacenamiento de los datos e instrucciones, los datos se recuperan más rápido de la
caché L1, luego de la caché L2, y luego de la RAM.
La siguiente figura muestra cómo las partes de un microprocesador encajan dentro de los
otros componentes de una computadora.
Figura 3 Vista de un microprocesador
Desempeño: Factores y Medidas
La tasa a la cual se procesan las instrucciones es controlada por un reloj interno, también
conocido como el reloj del sistema. El reloj interno envía pulsos a una tasa fija para
sincronizar todas las operaciones de la computadora. La unidad de medida para los
ciclos por segundo es el hertz (Hz). Un Hz significa un ciclo por segundo, un kHz (kilohertz)
significa mil ciclos por segundo, y un MHz, significa un millón de ciclos por segundo. Los
ciclos del reloj de la computadora están muy relacionados con la ejecución de
instrucciones. Por lo tanto, una máquina Pentium 4 a 3 GHz puede ejecutar más
instrucciones por segundo que una máquina Pentium 4 a 2 GHz. Mientras más grande sea
el número de hertz, más rápida será la velocidad de ejecución.
Debido a que los procesadores se han vuelto más rápidos y se ha incrementado la
capacidad de almacenamiento, se ha vuelto factible desarrollar más tareas que antes.
Por ejemplo, actualmente se puede realizar una revisión de ortografía casi instantánea
cuando el usuario teclea una palabra, mientras que hace varios años esto no era
práctico. Debido a los recursos limitados de procesamiento, los viejos procesadores no
tenían la capacidad de verificar la ortografía mientras un usuario tecleaba.
Un ciclo de instrucción no necesariamente corresponde a la ejecución de un número fijo
de instrucciones. En algunas ocasiones se necesitan dos ciclos o más para ejecutar una
instrucción. Las computadoras actuales algunas veces ejecutan varias instrucciones en un
solo ciclo. El número de instrucciones completadas es independiente del número de ciclos
usados. Algunas veces las comparaciones entre computadoras se hacen basándose en el
número de instrucciones por segundo (IPS) en lugar del tiempo de ciclo; ésta medida
depende tanto del número de ciclos por segundo como de la mezcla de instrucciones.
Una computadora que es rápida para hacer cálculos financieros puede ser más lenta
para llevar a cabo aplicaciones gráficas debido a que la mezcla de instrucciones es
diferente.
Las instrucciones pueden ser muy diferentes. Algunas instrucciones complejas requieren
muchos ciclos y se toman comparativamente más tiempo en ser ejecutadas. Otras
instrucciones pueden ser muy sencillas y ejecutarse en poco tiempo. Por ejemplo, una
operación de división se toma más tiempo que una operación de suma. Aunque el
método de IPS no es el mejor método para comparar, puede ser útil cuando se comparan
chips similares.
Otra medida del desempeño de una computadora es su ancho de banda, que es el
volumen de datos que pueden ser transmitidos en un tiempo fijo entre los componentes
de un sistema computacional (como la velocidad de transferencia del disco a la tarjeta
principal) o a través de conexiones a otras computadoras. El ancho de banda se expresa
en bits por segundo (bps), o algunas veces bytes por segundo (Bps) (recuerda que 8 bits
equivalen a 1 byte).
De cualquier forma, cuando se trata de máquinas diferentes, éstas deben compararse
ejecutando un grupo estándar de instrucciones, con tiempos de ejecución
cuidadosamente medidos y registrados. Esta es una forma más cuidadosa de medir el
desempeño de una máquina, y es conocida como benchmarking– comparar sistemas o
componentes diferentes a través de un conjunto estandarizado de instrucciones o serie de
tareas. El benchmarking puede probar cualquier cosa, desde el procesador hasta la
ejecución de aplicaciones de oficina. La comparación se mide por el tiempo que toma
ejecutar estas instrucciones. Por ejemplo, Intel realiza un benchmarking con sus
procesadores Pentium III basándose en el desempeño del procesador en una variedad de
tareas, al igual que lo hace Advanced Micro Devices con sus procesadores. Puedes
revisar los resultados del benchmark comparando los procesadores AMD e Intel.
En general, es una buena práctica preguntar qué pruebas o benchmarks se usan en el
soporte al desempeño. Por ejemplo, un benchmark que pruebe la velocidad de gráficos
puede ser irrelevante si los tipos de aplicaciones gráficas que utilizas son diferentes de
aquellas usadas en la prueba. Es importante asegurar que las comparaciones o apoyos
estén basadas en los mismos benchmarks. Los benchmarks realizados por organizaciones
independientes e imparciales, son especialmente útiles.
Tipos de Procesadores
Intel es un conocido productor de microprocesadores. Los microprocesadores producidos
por Intel se hicieron populares con la altamente exitosa Computadora Personal (PC) de
IBM, introducida en 1981. La PC de IBM usaba los primeros miembros de la familia del
microprocesador x86 de Intel, y el Sistema Operativo de Disco de Microsoft (MS-DOS Microsoft Disk Operating System-), que le dieron a Intel y a Microsoft una rápida
participación de mercado y reconocimiento de sus productos. El progreso de los
procesadores Intel para PC, con algunas variaciones, ha ido desde el 8086, pasando por
el 80286 (o solo 286, ya que por lo general el 80 se elimina), el 386 y el 486. El 586 fue
renombrado como Pentium por razones legales y de mercadotecnia. Entre la familia
Pentium se encuentran el Pentium Pro, Celeron, Pentium II, III, IV, M, y Xeon. Lee más sobre
la historia de los microprocesadores Intel. Conoce los últimos procesadores desarrollados
por Intel.
Compañías como Advanced Micro Devices (AMD) ahora comercializan chips de
procesadores que son compatibles con la familia Pentium. Estos chips, llamados "clones
del Pentium" son por lo general menos caros y algunas veces incluso más rápidos que los
productos Intel. Existe una batalla constante entre los productores de chips para ofrecer
los procesadores más rápidos al costo más bajo. A pesar de que Intel sostiene la mayoría
de la participación de mercado para los procesadores de tipo Pentium, los chips de otros
productores están ganando aceptación, especialmente en sistemas más económicos
diseñados para el uso en casa. Lee más sobre los procesadores de AMD.
Otra arquitectura de procesadores ampliamente utilizada es la PowerPC utilizada por la
familia de computadoras Macintosh. La PowerPC está basada en la arquitectura de IBM
que posteriormente fue modificada por Motorola y Apple. Los servidores de bases de
datos que almacenan grandes cantidades de datos son construidos algunas veces
alrededor de la familia de procesadores SPARC, desarrollados por Sun Microsystems.
También existen muchas familias de chips para procesadores, creados para aplicaciones
embebidas, como automóviles o teléfonos celulares. Un teléfono celular es realmente una
computadora moderadamente poderosa, con un transmisor de radio como su principal
dispositivo periférico. Si estás interesado, puedes encontrar más sobre cómo trabaja un
teléfono celular.
También existen algunos sitios en la red que comparan especificaciones de un CPU y
precios de un CPU. Si te encuentras con términos que no te son familiares, existen recursos
de referencia en la red, como Geek.com o Webopedia. Al comparar procesadores,
recuerda que algunos procesadores con una etiqueta en su nombre que diga "móvil" o "M", indica que pueden ser usados por computadoras portátiles. Por ejemplo, los
procesadores: Mobile Duron y Mobile Athlon XP son para computadoras portátiles. Los
procesadores para computadoras portátiles por lo general tienen menor velocidad de
procesamiento, a cambio de un menor consumo de energía y mayor duración de la
batería. Los procesadores Intel "mobile" o"-M" son procesadores para computadoras
portátiles, y los procesadores Transmeta son principalmente para computadoras portátiles.
2.1.2 Tipos de Memoria
RAM
ROM
Memoria CMOS
Resumen
Los componentes de la memoria incluyen a la memoria principal, también conocida
como RAM, y a los componentes de memoria requeridos para iniciar una computadora,
que son ROM y CMOS. Cada uno de estos componentes de la memoria será discutido en
las siguientes páginas.
La siguiente figura muestra un diagrama de los diferentes tipos de memoria.
Figura 1 RAM, ROM, y CMOS
RAM
La memoria RAM (Memoria de Acceso Aleatorio - Random Access Memory) es un área de
retención temporal tanto para datos como para instrucciones. También se le conoce
como la memoria principal. La RAM almacena datos e instrucciones requeridas para
ejecutar programas. Los datos en RAM se pierden cuando la computadora se apaga. En
contraste a acceder los datos de manera serial, buscando secuencialmente los datos a
obtener, los datos en RAM pueden accederse directamente a través de su dirección. El
acceso aleatorio es similar a acceder una canción en un CD directamente a través de su
número, a diferencia de encontrar una canción secuencialmente en un casete.
La RAM se mide por su capacidad de memoria y su latencia.
Capacidad es número máximo de bits o bytes que puede almacenar. La capacidad de
RAM está por lo general medida en megabytes (MB). Muchas computadoras tienen una
capacidad de RAM de 128MB o más.
Latencia es el retraso entre el tiempo que pasa cuando el dispositivo de memoria recibe
una dirección, y el tiempo cuando el primer bit de datos está disponible del dispositivo de
memoria. A este retraso también se le conoce como tiempo de acceso. La latencia es
medida por lo general en nanosegundos (ns), un nanosegundo es una mil millonésima
parte de un segundo (10-9 seg). La latencia mide la velocidad de RAM.
Existen dos categorías principales de RAM, llamadas DRAM y SDRAM, que discutiremos a
continuación.
DRAM - RAM Dinámica (Dynamic RAM) es un tipo común de RAM. Está formada por un
circuito integrado (IC), compuesto por millones de transistores y capacitores. Un capacitor
puede contener electrones, de la misma forma que una taza puede contener agua. Un
capacitor vacío representa un cero, y un capacitor no-vacío representa un uno. Cada
capacitor puede registrar ya sea un cero o un uno para una celda de memoria,
almacenando un bit de datos. El transistor es como un interruptor que controla si el estado
del capacitor (cargado o no cargado, 1 o 0) será leído o cambiado. Cambiar el estado
de un capacitor es como escribir nuevos datos en la celda de memoria. De cualquier
forma, un capacitor es como una taza que gotea, para conservar su carga, el control de
la memoria necesita recargarse o refrescarse periódicamente. Por lo tanto, se le llama
RAM dinámica porque su estado no es constante. Refrescar capacitores también toma
tiempo y hace más lenta la memoria.
Existen muchos tipos de DRAM, uno es SDRAM (RAM Sincrónica Dinámica -Synchronous
Dynamic RAM-) usada en muchas computadoras personales. Es rápida y relativamente
económica. Está sincronizada al reloj para que los datos puedan ser enviados al CPU con
cada pulso del reloj, aumentando el número de instrucciones que el procesador puede
ejecutar dentro de un tiempo determinado. A continuación se muestra una foto de una
SDRAM configurada como una serie de DIP (Encapsulados con Doble Fila de Terminales Dual In-Line Packages), que tiene dos filas de terminales que conectan los circuitos del IC
a una tarjeta de circuitos. La tarjeta de circuitos es llamada DIMM (Módulo de Memoria
Dual en Línea -Dual In-Line Memory Module-).
Figura 2 Tarjeta de circuitos SDRAM
Una versión más rápida de la SDRAM es la DDR SDRAM (SDRAM del Doble de Datos-Double
Data Rate SDRAM), que transfiere el doble de datos por cada ciclo del reloj, comparada
con la SDRAM. Su capacidad es de arriba de 2 GB.
Otro tipo de DRAM es la RDRAM (RAM Dinámica de Rambus -Rambus Dynamic RAM-), que
tiene un ancho de banda mayor que la SDRAM, pero es más cara comparada con ésta.
El ancho de banda más grande mejora el desempeño de las aplicaciones que acceden
a grandes cantidades de datos a través de la memoria, por ejemplo, video en tiempo real
y edición de video. Puedes aprender más acerca de la RDRAM.
La SRAM (RAM Estática -Static RAM-) es un tipo de RAM que utiliza transistores para
almacenar datos. Debido a que la SRAM no utiliza capacitores, la lectura de datos de la
SRAM no requiere recargar los capacitores. Por lo tanto, es más rápida que la DRAM, pero
debido a que ésta está formada por más partes electrónicas, mantiene menos bits y es
más cara comparada con una DRAM del mismo tamaño. La SRAM es apropiada para
usarse en la caché debido a que es rápida y la caché no requiere de una gran
capacidad de memoria.
La siguiente tabla enlista la capacidad relativa y el precio de los tipos de RAM
mencionados anteriormente.
Tipo de RAM
SDRAM
DDR SDRAM
RDRAM
SRAM
Capacidad
@@
@@@
@@@
@
Precio
$
$
$$
$$$
Tabla 1 Comparando diferentes tipos de RAM
Puedes aprender más sobre la RAM en el documento, "A Basic Overview of Commonly
Encountered Types of Random Access Memory (RAM)." En la página 20 del documento
PDF puedes encontrar una tabla comparativa entre los diferentes tipos de RAM.
ROM
Cuando se produce, la memoria de sólo lectura (ROM) se programa con datos fijos. Los
datos e instrucciones en la ROM son permanentes, o no-volátiles, que significa que no se
pierden cuando se apaga la energía. ¿Por qué se requiere la ROM cuando la RAM
permite que se realicen todas las operaciones necesarias para una computadora?
Debido a que los datos en la RAM se pierden cuando la computadora se apaga, y
algunas instrucciones son requeridas para que el CPU inicie cuando la computadora se
prende. Por lo tanto, la ROM contiene un conjunto de instrucciones que se requieren para
arrancar la computadora. Estas instrucciones le dicen a la computadora cómo acceder
el disco duro, encontrar el sistema operativo, y cargarlo en la RAM. Luego la RAM
almacena todas las instrucciones subsiguientes que serán ejecutadas por el CPU.
Por lo general, la ROM es programada con instrucciones de inicio para la computadora.
Anteriormente, al cambiar las instrucciones de arranque en la ROM (por ejemplo, para
integrar una nueva tarjeta de video y retirar la anterior) se requería reemplazar el chip de
la ROM. Actualmente, un tipo de ROM (EEPROM Memoria de Sólo Lectura Programable
Borrable Eléctricamente -Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory-), puede
ser actualizado aplicando un campo eléctrico, cambiando instrucciones almacenadas
en el chip byte por byte. Esto puede hacer más lento el proceso de actualización.
Una alternativa a la EEPROM es la memoria flash. La memoria flash es un tipo de EEPROM
que re-escribe datos en bloques, usualmente de 512 bytes de tamaño, en lugar de un bit
a la vez.
Memoria CMOS
Los parámetros de configuración de una computadora, como la capacidad de
almacenamiento, la capacidad de memoria (RAM), y las configuraciones de la pantalla,
también deben ser almacenadas de manera permanente. Esta información se almacena
en la memoria CMOS (Semiconductor Complementario de �?cido de Metal Complementary Metal Oxide Semiconductor-). El chip de la CMOS requiere muy poca
energía eléctrica para mantener los datos. Puede alimentarse de energía con una
pequeña batería en la tarjeta principal, o empacada con el chip. La batería mantiene los
datos en la CMOS cuando la computadora está apagada.
Se discutirá con más detalle el papel de la BIOS y la CMOS en el sistema de arranque de
la computadora, en la Unidad 3: Software del Sistema Operativo.
Resumen
El siguiente diagrama de decisión indica bajo qué circunstancias es requerido cada
dispositivo de memoria.
Figura 3�?rbol de decisión de la memoria
La siguiente tabla muestra los diferentes dispositivos de memoria, incluyendo el registro, el
cual almacena los resultados de las operaciones del CPU. La tabla también muestra el
precio relativo, la capacidad de memoria, latencia y localización de cada dispositivo.
Memoria Costo Capacidad Latencia
Localización
Registro
$$$$
8-128 bits
casi instantánea En el CPU cerca del ALU
Caché L1 $$$
1-100 KB
~1 ns
En el CPU
Caché L2 $$
100-1000 KB ~1 ns
Entre la caché L1 y la RAM
DRAM
$
1-1000 MB
~10 ns
Fuera del CPU, en la tarjeta principal
Tabla 2 Comparando dispositivos de memoria
2.1.3 Lab: Benchmarking (Opcional)
Una prueba comparativa (benchmarking) es el proceso de realizar pruebas estándares en
configuraciones de sistemas distintos para determinar la velocidad de los componentes o
el software. El término se mencionó brevemente en la sección 2.1.1 Fundamentos de un
Procesador. Al hacer este laboratorio comprenderás mejor los benchmarks, descargando
el programa Fresh Diagnose, una aplicación que te permite analizar y realizar una prueba
comparativa de tu sistema computacional. Usarás el software para comparar los
resultados de la prueba comparativa de tu procesador, con los de tus compañeros de
clase.
Nota: Este laboratorio está diseñado para ser desarrollado en computadoras Intel con el
sistema operativo Windows 95/98/NT4/2000/XP/ME.
Ejercicio de Aprendizaje:
Descarga Fresh Diagnose e instálalo. (descarga a 1102 kb)
Ejecuta la aplicación.
Haz clic en la opción Benchmarks que aparece en el lado izquierdo del menú.
Selecciona Processor Benchmark y oprime la opción Inicio que se encuentra en la
esquina superior derecha de la pantalla de la aplicación.
Compara tus resultados con los de tus compañeros.
Intenta otro benchmark y compara tus resultados con los de tus compañeros.
Puedes explorar las propiedades de tu sistema a través de otras opciones que se
encuentran en el lado izquierdo del menú.
2.2 Periféricos
Además del microprocesador y la memoria, una computadora tiene otros dispositivos
como son el monitor, impresora, teclado, y bocinas. Estos dispositivos periféricos están
conectados a través de puertos a la computadora. Los buses dentro de la unidad del
sistema transportan datos entre los componentes de una computadora y conectan todos
los dispositivos periféricos al CPU y a la memoria. En esta sección, aprenderás sobre los
diferentes tipos de puertos y buses. También te familiarizarás con algunos dispositivos
periféricos importantes de la computadora.
Secuencia de Lecturas:
2.2.1 Cómo Conectar los Dispositivos Periféricos. Objetivo de Aprendizaje: Conocer de
qué forma los componentes como las ranuras de expansión, tarjetas de expansión, y los
tipos de conectores y puertos; son usados para transferir datos entre los periféricos y el
sistema computacional.
Parsons/Oja, Capítulo 2-Sección D (páginas 86-95). Objetivo de Aprendizaje: Conocer a
profundidad las ranuras de expansión, tarjetas y puertos de un sistema computacional.
2.2.2 Buses. Objetivo de Aprendizaje: Familiarizarse con los tipos de buses usados para
transferir datos dentro de una computadora.
2.2.3 Dispositivos de Entrada/Salida. Objetivo de Aprendizaje: Conocer los diferentes
tipos de dispositivos de entrada y salida. Algunos de los dispositivos discutidos son cámaras
digitales y cámaras Web (webcams). Algunos dispositivos de salida estudiados son los
monitores e impresoras.
Parsons/Oja, Capítulo 8-Secciónes A-D (páginas 408-449). Objetivo de Aprendizaje:
Conocer cómo trabajan los equipos digitales de audio y video.
2.2.1 Cómo Conectar Equipos Periféricos
Ranuras de Expansión y Tarjetas
Puertos
USB y Firewire
Comparando Diferentes Puertos
Una ranura de expansión es como un socket en la tarjeta principal, en la cual se puede
insertar una tarjeta de circuitos. La tarjeta de circuitos es llamada tarjeta de expansión; y
es usada para extender la capacidad de una computadora. Ejemplos de una tarjeta de
expansión incluyen las tarjetas de sonido y video. Una tarjeta de expansión también
proporciona uno o varios puertos, que son conectores entre la tarjeta de expansión y el
dispositivo periférico. Un puerto también puede ser construido en la unidad de sistema de
una computadora, como un puerto para el ratón.
Anteriormente se requería un número distinto de puertos para conectar diferentes
dispositivos periféricos, situación que prevaleció hasta el advenimiento de puertos
universales estandarizados como el puerto USB (Bus Serial Universal -Universal Serial Bus-) y
el puerto Firewire. Estos puertos universales están siendo ampliamente utilizados y están
reemplazando la necesidad de otros puertos.
Revisa el siguiente diagrama que muestra cómo los dispositivos periféricos y sus conectores
se conectan a otros componentes en una computadora.
Figura 1 Dispositivos periféricos y sus conectores
Ranuras de Expansión y Tarjetas
Una ranura de expansión es un socket en la tarjeta principal, donde las tarjetas de
expansión se conectan. Una tarjeta de expansión, también conocidas como
"adaptadores", es una pequeña tarjeta de circuitos que mejora la funcionalidad de una
computadora, permitiendo que ésta controle dispositivos de almacenamiento, dispositivos
de entrada, o dispositivos de salida. Ejemplos de tarjetas de expansión incluyen las tarjetas
gráficas (o tarjetas de video) y las tarjetas de sonido.
La siguiente imagen muestra una tarjeta de expansión que está siendo insertada en una
ranura de expansión.
Figura 2 Insertando una tarjeta de expansión en una ranura de expansión
Los dos tipos más comunes de ranuras de expansión son PCI (Interconexión de
Componente Periférico -Peripheral Component Interconnect-) y AGP (Puerto Acelerador
de Gráficos -Accelerated Graphics Port-). Una ranura PCI puede mantener una variedad
de tarjetas de expansión, como una tarjeta de sonido, o una tarjeta Ethernet (que
discutiremos posteriormente en esta sección). Una ranura AGP es principalmente utilizada
para tarjetas gráficas (revisa la discusión posterior sobre las tarjetas gráficas).
En las computadoras portátiles una ranura PCMCIA (Personal Computer Memory Card
International Association), la cual es relativamente más pequeña que una ranura PCI,
cumple el mismo rol de que ésta. Por lo general, una computadora de bolsillo está
equipada con ranuras PCMCIA, para tarjetas de expansión también llamadas tarjetas
CardBus o tarjetas PC.
Algunas tarjetas de expansión comúnmente utilizadas son:
Tarjeta gráfica- transforma las imágenes en datos análogos que percibimos como luz
cuando se despliegan en el monitor de la computadora. Una tarjeta gráfica es también
conocida como tarjeta de video. Una imagen gráfica en el monitor se compone de
muchos puntos de colores, o píxeles. Para desplegar una imagen en la pantalla, los datos
de la imagen son representados como píxeles de colores. Cada color está indicado por
un valor RGB, es decir, por una mezcla de los colores rojo, verde, y azul.
Una tarjeta gráfica tiene su propia memoria y procesador que maneja los cálculos
necesarios para convertir los datos de la imagen para que puedan ser desplegados como
píxeles en el monitor. Más específicamente, para desplegar una imagen en 3-D, la tarjeta
gráfica primero hace el ráster de la imagen, o convierte la imagen 3-D en una
representación en 2-D, usando algoritmos de conversión geométrica. Cada píxel en la
representación en 2-D tiene un valor RGB (rojo, verde y azul) para indicar su color. La
tarjeta gráfica luego convierte el valor RGB de cada píxel en datos análogos que
permitan que el monitor proyecte los píxeles de colores, que nosotros reconocemos como
la imagen en 3-D.
Tarjeta de sonido- permite que una computadora reproduzca sonidos como música de
CD, archivos de sonido, juegos, o DVD. También puede grabar sonidos de un micrófono,
reproductora de casetes, o un reproductor de CD. La tarjeta de sonido se conecta
generalmente en la ranura PCI, o bien su funcionalidad puede integrarse como parte del
conjunto de chips (chipset) de la tarjeta principal.
Para que la computadora pueda grabar sonidos, los cuales son señales con forma de
onda análoga, las señales análogas deben ser convertidas en señales digitales. Por
ejemplo, para grabar un sonido introducido a través de un micrófono en un archivo .wav
y grabarlo en el disco duro, los sonidos con forma de onda análoga son convertidos en
datos digitales. Luego los datos son enviados a través del bus al procesador, el cual envía
los datos al controlador del disco duro, y éste a su vez envía los datos a la unidad de disco
duro, para que ahí pueda ser guardado como un archivo .wav.
Módem- un tipo de módem es el módem de acceso telefónico, el cual permite que una
computadora intercambie información con una computadora remota a través de las
líneas ordinarias de teléfono. Por lo general, los datos en forma binaria son convertidos por
el módem a datos análogos antes de transmitirlos a través de una línea de teléfono o
cable. Un módem al recibir, convierte los datos análogos a datos digitales para ser usados
por la computadora. Un módem de acceso telefónico puede transferir datos del Internet
a la computadora a una tasa arriba de 56 kilobits por segundo (Kbps).
Tarjeta Ethernet- funciona como la interfaz a una LAN (Red de Área Local -Local Area
Network-), una tecnología común de redes, que permite a los usuarios acceder a los
recursos de la red, como Internet, correo electrónico, impresoras compartidas, etc., a una
tasa de 10 Mbps (se discutirá más sobre las LAN en la Unidad 6). Versiones nuevas de
Ethernet llamadas "Fast Ethernet" o "Ethernet Rápido" y "Gigabit Ethernet", soportan tasas
de 100 Mbps y 1 Gb/s (1000 Mbps).
A continuación se muestran dos imágenes de tarjetas Ethernet. La de la izquierda
corresponde a una tarjeta Ethernet usada para conectarla en una ranura PCMCIA de una
computadora portátil. La de la derecha es una tarjeta Ethernet para una ranura PCI de
una computadora de escritorio.
Figura 3 Tarjetas Ethernet para una ranura PCMCIA y una ranura PCI, respectivamente.
Puertos
Una tarjeta de expansión usualmente incluye puertos, que son conectores que permiten
que las señales sean transmitidas dentro y fuera de una computadora o un dispositivo
periférico para explotar la funcionalidad de la tarjeta de expansión. Por ejemplo, una
tarjeta de video proporciona un puerto de monitor. Los puertos también pueden
construirse dentro de la tarjeta principal de una computadora de escritorio o una
computadora de bolsillo. Se pueden utilizar puertos similares para conectar dispositivos
periféricos como el ratón y el teclado.
La siguiente imagen muestra los puertos que se encuentran en la parte posterior de una
computadora.
Figura 4 Puertos en la parte posterior de una computadora
Un puerto PS/2 también es conocido como puerto serial. Un puerto serial transfiere datos
una tasa de un bit a la vez. Usan una configuración 6-pin-mini-DIN, que lo hace lucir como
un puerto pequeño y redondo. La aparición de este puerto fue en el sistema PS/2 de IBM,
y desde entonces se ha convertido en el estándar para las conexiones de teclado y ratón.
Sin embargo, los puertos PS/2 están siendo gradualmente reemplazados por puertos USB.
Otro tipo de puerto serial es el DB-9, el cual también se está volviendo obsoleto. Los
dispositivos PDA se conectaban a puertos DB-9 antes de la aparición de los puertos USB.
Otros dispositivos que pueden conectarse a un puerto DB-9 son los módems externos y los
escáneres de códigos de barras, en general, dispositivos viejos.
En contraste, un puerto paralelo transfiere un byte a la vez. La conexión del puerto en el
sistema es DB-25F, y requiere un conector macho 25-pin (DB-25M) en el cable. Un puerto
DB-25F puede ser usado para impresoras o unidades externas. Un puerto paralelo es
utilizado típicamente para conectar una computadora a una impresora, que usa un tipo
diferente de conector.
USB y Firewire
El USB (Bus Serial Universal -Universal Serial Bus-) aparece actualmente en computadoras
de escritorio y portátiles. Más de 127 dispositivos pueden conectarse a la unidad del
sistema a través de un concentrador USB (USB hub), que proporciona múltiples puertos
USB. Estos dispositivos incluyen el ratón, teclado, escáner, impresora, cámara digital, y la
unidad de disco duro. Una de las características más convenientes del puerto USB es su
soporte llamado "hot connectivity," que permite que los periféricos sean conectados al
sistema, configurados y utilizados, sin tener que reiniciar la máquina. Debido a la facilidad
de conectividad del USB y su capacidad para estandarizar muchos dispositivos diferentes
en una sola especificación, el USB se ha convertido en el reemplazo de los puertos serial y
paralelo.
Comparado con el USB 1.1, el puerto Firewire tiene una tasa de transferencia de datos
más rápida, y soporta arriba de 63 dispositivos. Firewire está pensado para dispositivos que
transfieren gran cantidad de datos, como los reproductores de DVD y las cámaras
digitales de video. Los dispositivos periféricos pueden ser conectados a través de
encadenamiento. También soportan "hot connectivity". Sin embargo, Firewire es
relativamente más caro que un USB.
El punto máximo de velocidad de transferencia de datos del USB 1.1 es de 12 Mbps, y el
punto máximo de velocidad de transferencia de datos de FireWire 400 (1394a) es de 400
Mbps. En respuesta a la rapidez de la tasa de transferencia del Firewire, USB 2.0 fue
desarrollado con un punto máximo de velocidad de transferencia de datos de 480 Mbps.
Para competir con USB 2.0, FireWire 800 (1394b) fue desarrollado con un punto máximo de
velocidad de transferencia de datos de 800 Mbps.
En la figura 2-27 del capítulo 2 del libro de texto de Parsons/Oja, se listan algunos de los
conectores de cables que los dispositivos periféricos utilizan para conectarse a los puertos
del sistema.
Comparando Diferentes Puertos
A continuación se muestra una tabla que enlista el precio relativo, uso y estatus de los
puertos. Los puertos están enlistados del más rápido al más lento, de acuerdo a su tasa de
transferencia.
Puerto
Uso
Estatus
Cámaras de video y almacenamiento Se está convirtiendo en el estándar
Firewire
masivo externo (Ej. CD-ROM, disco duro, para dispositivos de video digital
etc.)
USB
La mayoría de los dispositivos
Paralelo
Serial
PS/2
Impresora
Módem
Teclado, ratón
Se está convirtiendo en el estándar
para la mayoría de los dispositivos
periféricos
Se está volviendo obsoleto
Se está volviendo obsoleto
Se está volviendo obsoleto
2.2.2 Buses
Tu libro de texto resalta muchas formas de transferir información hacia y desde el CPU.
Mientras que algunas transferencias de información son completamente internas al CPU,
todas las otras, como aquellas entre el CPU y la RAM o entre el CPU y los dispositivos
periféricos, van a través de algún tipo de bus.
La siguiente figura indica cómo las líneas de bus físicas están conectadas a los
componentes dentro de la unidad del sistema.
Figura 1 Buses etiquetados en un diagrama general de componentes
Un bus es un recorrido a través
Un bus es un canal de transferencia de datos entre los componentes de una
computadora. Consiste de dos segmentos: el bus de datos y la dirección de bus. El bus de
datos transfiere los datos en sí, mientras que la dirección de bus transfiere datos referentes
al destino de dichos datos. Todo bus tiene un ancho, una velocidad y una tasa de
transferencia. El ancho se denomina también como tamaño de palabra y se mide en bits.
Un bus de 8 bits tiene un ancho de 8 bits lo que significa que puede transferir
simultáneamente 8 bits. Mientras mayor sea el tamaño de palabra, más datos se pueden
transferir a la vez. Un bus con un tamaño de palabra de 64 bits puede transferir ocho
veces más datos por segundo que lo que puede transferir un bus de 8-bits a esa misma
velocidad.
La velocidad de un bus se mide en hertz (Hz), o ciclos por segundo.
La tasa de transferencia es la medida de la cantidad de datos que serán transferidos de
un dispositivo a otro en un segundo. Los datos que viajan a través del bus pueden pasar a
través de ranuras de expansión, puertos y cables. Para los buses que pueden ser "Xpumped" y/o "Y-channeled", la tasa más alta de transferencia es el tamaño de la palabra
(en bytes) * velocidad * X * Y.
Una forma de mejorar la tasa de transferencia de datos, es transferir los datos múltiples
veces durante un ciclo. En la siguiente tabla, X-pumped indica que los datos pueden ser
transmitidos "X" veces en un ciclo. Otra manera de incrementar la cantidad de datos
transferidos, es incrementar el número de canales usados para transferir los datos. Ychanneled indica que "Y" canales de datos son usados para transferir los datos. Además,
mientras más cerca esté un componente al conjunto de chips, más rápido podrán ser
transferidos los datos al conjunto de chips.
Las siguientes tablas enlistan varios buses llamados de acuerdo al dispositivo a través del
cual pasan los datos.
Tipo de Bus
Lado Frontal
RDRAM
DRAM
PCI
AGP
Ancho (en bits)
64
16
64
32-64
32
Velocidad (MHz)
66-200
533
66-200
33-66
66-528
X-pumped
1-4
2
1-2
N/A
N/A
Y-channeled
N/A
1-2
N/A
N/A
Distancia
del
<0.1m
<0.1m
<1m
<1m
conjunto de chips
Tasa más alta de 528MBps2.1-4.3
528MBps-6.4
132-528
264MBpstransferencia
6.4GBps
GBps
GBps)
MBps
2.1GBps
Tipo de Bus
Ancho (en bits)
Velocidad (MHz)
X-pumped
Y-channeled
Distancia del conjunto de chips
Tasa más alta de transferencia (MBps)
IDE
8
33-133
N/A
1-2
<1m
33-266 MBps
USB
1
variable
N/A
N/A
<10m
12-480 Mbps
Firewire
1
variable
N/A
N/A
<10m
400-800 Mbps
Tabla 1 Comparación de buses
Las siguientes secciones brindan más información sobre los buses mencionados
anteriormente.
El bus de lado frontal listado en la tabla anterior, es el bus en la tarjeta principal que
transfiere los datos entre el CPU y el conjunto de chips. Aunque existen muchos buses del
sistema viejos, la tabla muestra información para los procesadores Pentium. En las
computadoras modernas, existe una gran diferencia entre la velocidad del bus del
sistema y la velocidad interna del CPU que es mucho más rápido. Esto significa que uno
de los principales obstáculos para un procesamiento más rápido es la tasa de
transferencia del bus del sistema.
El bus RDRAM y el bus DRAM son ejemplos de buses de memoria. Debido a que el CPU
extrae instrucciones y datos de la RAM, mientras más pequeña sea la diferencia entre las
velocidades del bus del CPU y la RAM, más eficiente será el procesamiento. Por lo tanto,
los buses de memoria son por lo general X-pumped o Y-channeled para incrementar su
tasa de transferencia de datos, para igualarla con la del CPU.
Los siguientes dos buses en la tabla anterior están asociados con los dos tipos comunes de
ranuras de expansión encontrados en las tarjetas principales. PCI (Interconexión de
Componente Periférico -Peripheral Component Interconnect-) y AGP (Puerto Acelerador
de Gráficos -Accelerated Graphics Port-). Una ranura de expansión que antes era común
es la ISA (Arquitectura Estándar de la Industria -Industry Standard Architecture-). ISA era el
bus original estándar para la transferencia de datos de las tarjetas de expansión al bus del
sistema. El tamaño de la palabra o ancho de la trayectoria de datos en el bus ISA es de 16
bits, ejecutándose a 8 MHz. Este fue reemplazado por el PCI (PCI Express), que es más
rápido y fue desarrollado por Intel. Para lectura adicional, se encuentra disponible el
siguiente sitio: Intel's PCI Express Architecture.
El mayor uso para este avance fueron las tarjetas gráficas y de red. Anteriormente, la
capacidad de las tarjetas gráficas y de red era limitada por la baja velocidad del ISA. El
tamaño de la palabra para un bus PCI es 32 bits (estándar), ejecutándose a 33 MHz—
dando a PCI arriba de 133MBps de ancho de banda. Actualmente PCI es el bus
predominante para los sistemas más nuevos, la mayoría de los cuales ya no ofrecen
ranuras ISA. De cualquier forma, las ranuras ISA aún continúan en muchas máquinas para
permitir la migración de viejas tarjetas de expansión (como por ejemplo, una tarjeta
especializada sintetizadora de sonido) a los sistemas actuales.
El puerto AGP (Puerto Acelerador de Gráficos - Accelerated Graphics Port), tiene la
arquitectura del bus PCI, pero además proporciona una tarjeta de video con acceso
rápido a la memoria del sistema. Hasta el momento AGP ha sido utilizada solamente para
tarjetas gráficas, especialmente aquellas que llevan a cabo texturas y gráficas
tridimensionales. AGP es un puerto muy veloz, que se ejecuta a 66 MHz con un tamaño de
palabra de 32-bits, y una transferencia de 266 MBps. Las máquinas nuevas se anuncian
con puertos AGP 2x/4x/8x. Esto significa que el resultado completo de las operaciones de
la unidad se incrementa en un factor de dos a 533 MBps, en un factor de cuatro a 1.07
GBps, y en un factor de ocho a 2.14 GBps. Estas velocidades permiten que los diseñadores
de tarjetas de video accedan a los datos de la memoria principal de la computadora y
requieran menos video en RAM para soportar las operaciones de la tarjeta.
El bus IDE es la interfaz que transfiere los datos entre los dispositivos de almacenamiento y
el conjunto de chips. Más adelante discutiremos más sobre el IDE.
Mientras que el resto de los buses enlistados en la tabla anterior se especifican en términos
de tamaño de palabra, velocidad, y tasa de transferencia, el USB (Universal Serial Bus) y el
Firewire (IEEE 1394) se especifican en diferentes términos. Transfieren datos un bit a la vez a
una velocidad variable, la cual no se mide en MHz. La razón de transferencia pico es el
único factor que los evalúa.
El USB1.1 es más rápido que las conexiones seriales estándar, con una tasa de
transferencia pico de 12 MBps.
Mientras el puerto USB se considera un bus de baja velocidad diseñado para el manejo de
periféricos de velocidad baja y mediana, la tasa de transferencia de FireWire está
diseñada para periféricos externos de alta velocidad tales como los DVD-ROM y los discos
duros.
Una extensión del USB-1.1 es el USB-2.0, que soporta tasas de transferencia de datos arriba
de 480 MBps contra los 12 MBps en el USB-1.1. USB-2.0 es totalmente compatible con USB1.1; incluso se pueden usar los mismos cables y conectores para ambas especificaciones
de USB. Para permanecer competitivo, FireWire 800 (IEEE 1394b) respondió con tasas de
transferencia de datos arriba de los 800 MBps, el doble que el FireWire 400 (IEEE 1394a).
2.2.3 Dispositivos de Entrada/Salida
Dispositivos de Entrada
Cámaras
Videocámaras Digitales
Escáneres
Dispositivos de Salida: Monitores y Proyectores
Monitores CRT
Monitores LCD
Proyectores
Dispositivos de Salida: Impresoras
Impresoras de Tinta
Impresoras por Sublimación de Tinta
Impresoras Láser
Comparando Impresoras
Dispositivos de Entrada
Los dispositivos de entrada más comunes son el ratón y el teclado. Debido al incremento
del ancho de banda y velocidad, y a la reducción de costos; otro tipo de dispositivos de
entrada están siendo cada vez más usados. Algunos de ellos se presentan a continuación.
Cámaras
Cámara Digital
Permite que las fotos tomadas sean almacenadas en formato digital, las cuales pueden
ser cargadas a la computadora.
Cámara de Web (Webcam)
Captura video en tiempo real y envía la imagen comprimida a la computadora o a otras
computadoras a través de Internet. Al comprimir una imagen se reduce el tamaño de los
datos de la imagen, así como la calidad. Mientras más se comprima la imagen, más
pobre será la calidad de ésta. Es comúnmente utilizada para enviar imágenes en tiempo
real, como en una videoconferencia. Como consecuencia de enviar video en tiempo real
en una conexión de un ancho de banda reducido, la imagen no se ve muy clara.
Videocámaras Digitales
Actualmente se puede grabar video en formato digital utilizando poca compresión de la
imagen (poca pérdida de la calidad de la imagen), el video puede ser cargado a la
computadora sin presentar mayor pérdida de calidad de la imagen. El video también
puede ser editado utilizando un software de edición de películas. Las imágenes grabadas
por una cámara de video digital son más claras que aquellas capturadas por una cámara
de Web (Webcam). Sin embargo, usar una cámara de video requiere de más ancho de
banda que el requerido al grabar a través de una cámara de Web. Actualmente, muchas
cámaras de video tienen una interfaz Firewire jack, para permitir que la computadora
proporcione suficiente ancho de banda para que la cámara de video pueda enviar en
tiempo real a la computadora, video moderadamente comprimido.
Escáneres
Se puede convertir una imagen física en 2-D (por ejemplo, una fotografía o una copia en
papel de una imagen), en una imagen digital que pueda ser vista y editada en tu
computadora. Por ejemplo, puedes usar un escáner para convertir una foto física en una
foto digital, y enviar la foto digital a un amigo a través de Internet.
Dispositivos de Salida: Monitores y Proyectores
Los monitores y proyectores son dispositivos típicos para ver resultados en una pantalla.
Monitores CRT
Los monitores CRT (Tubo de Rayos Catódicos -Cathode Ray Tube- eran el tipo más común
de monitores de computadora, hasta que los monitores de LCD (que se discutirán más
adelante) empezaron a ganar popularidad. Los monitores CRT usan tres haces de
electrones para crear los colores rojo, verde y azul. Para generar el color blanco, los tres
haces son disparados simultáneamente. Para crear el color negro, los tres haces son
apagados. Los otros colores son creados usando diferentes mezclas de estos tres haces de
color. Los tubos de rayos catódicos también se encuentran en los conjuntos de TV
convencionales.
Monitores LCD
Los monitores LCD (Pantalla de Cristal Líquido -Liquid Crystal Display-) producen imágenes
al manipular luz dentro de una pequeña capa de celdas de cristal líquido. También son
conocidos como pantallas planas. Comparados con los monitores CRT, éstos son
compactos, más ligeros y fáciles de leer. También emiten menos radiación que los
monitores CRT. Los monitores LCD son usados en las computadoras de bolsillo y de
escritorio. Aunque son principalmente considerados dispositivos de salida, los monitores
LCD también pueden servir como dispositivos de entrada, y son llamados monitores
sensibles al tacto (touch-screen).
Proyectores
Los proyectores permiten que las imágenes del monitor de la computadora sean
ampliadas y proyectadas en una pantalla más grande. Los proyectores modernos usan
dos tipos de tecnologías, el sistema LCD (también usando en los monitores que
mencionamos anteriormente) y el sistema Procesamiento Digital de Luz - Digital Light
Processing (DLP). Con el sistema LCD, las imágenes son proyectadas como rayos de luz a
través de una capa de celdas de cristal líquido. Por otro lado, el sistema DLP usa
pequeños espejos que residen en un microchip especial llamado DMD (Dispositivo Digital
de Micro-espejos, Digital Micromirror Device). Las imágenes creadas usando DLP son más
suaves y tienen un mejor contraste que aquellas creadas usando LCD.
Dispositivos de Salida: Impresoras
Existen varios tipos de impresoras que desempeñan una variedad de funciones. Esta
sección compara y contrasta los cuatro tipos principales de impresoras.
Impresoras de Tinta
Actualmente se encuentra disponible una gran variedad de impresoras de tinta. Usan
inyección de tinta, burbujas de inyección de tinta y otras tecnologías, pero al final, todas
desarrollan la misma función: inyectan y pintan la página con color. Originalmente las
impresoras de tinta sólo ofrecían impresiones en negro, pero actualmente éstas son
difíciles de encontrar. Las tintas de color se han vuelto más económicas y fáciles de
producir, y la "calidad de fotografía" se ha convertido en una promesa de venta atractiva
para las impresoras de tinta. Estas impresoras se clasifican de acuerdo a su resolución y
profundidad del color. La profundidad de Color es el rango de colores que cualquier gota
puede representar. A diferencia de la resolución de un monitor, que es una medida de los
píxeles en la pantalla, la resolución de una impresora se mide en dpi que es el número de
puntos por pulgada (horizontal o verticalmente) que una impresora puede colocar en una
página. Algunas veces el dpi es el mismo tanto horizontal como vertical (por ejemplo: 1200
dpi). Otras veces, el dpi horizontal y vertical difiere, como en un dpi de 1440x720.
Por lo general, las impresoras usan un proceso de cuatro colores, CMYK (Cian, Magenta,
Amarillo y Negro), es decir, un tipo de azul, magenta, amarillo y negro; que a su vez
producen más colores. Algunas veces se usa un proceso de tres colores, ya que se
excluye el color negro porque éste se puede producir mezclando los otros tres colores. En
una impresora típica, cada punto está compuesto por una o dos gotas de tinta,
resultando alrededor de 15 colores.
También se pueden producir más colores colocando varias gotas de diferente color en un
solo punto. Hewlett-Packard trata de alcanzar una mejor calidad incrementando la
profundidad del color en sus impresoras, haciendo capas con varias gotas de colores
dentro de un solo punto, para crear una mejor calidad de la imagen. Puedes revisar el
artículo sobre la Tecnología de las capas de color de HP.
Impresoras por Sublimación de Tinta
Las impresoras por sublimación de tinta son usadas principalmente para imprimir imágenes
de alta calidad, como las de un laboratorio fotográfico. En la sublimación de tinta se
utilizan los cuatro colores: cian, magenta, amarillo y negro. En contraste con las impresoras
de tinta, en lugar de utilizar muchas gotas de los colores CMYK para crear un color
específico, es posible utilizar la impresión de tono-continuo de la imagen. Esto significa se
pueden variar las mezclas de las tintas de color CMYK para representar colores diferentes,
logrando una calidad fotográfica. La cabeza de la impresora calienta y vaporiza las
tintas, para permitir que permeen a la superficie brillante del papel de impresión, antes de
que se solidifique. En la sublimación por tinta, los colores de impresión son integrados con
el papel.
Impresoras Láser
Las impresoras láser usan cartuchos de tóner que contienen tóner, es decir, un polvo
colorido. La impresora láser usa un haz de luz para cargar la imagen de la página en un
tambor fotoeléctrico. Cuando el papel corre a través de la impresora entre el tambor y el
cartucho de tóner, la carga electro-magnética del tambor, recoge el tóner y lo transfiere
hacia el papel. Un sistema de calor y presión pega el polvo a la página.
Comparando Impresoras
A continuación se muestra una tabla
calidad pueden ser relativos.
Precio de
los
Precio
Consumibl
Tecnología de de
la
es
(por
Impresión
máquin
ejemplo,
a
tinta,
papel)
Tinta
(blanco/negr
$
##
o)
Tinta (color)
$
###
Sublimación
$$$$$
####
de Tinta
comparando los tipos de impresoras. El costo y
Calidad
de
Impresió
n
de
Texto
Calidad
de
Impresió
n
de
Imagen
Velocida
d
Uso Típico
**
*
mediana
Casa
***
***
**
****
lenta
lentamediana
Casa
Laboratorios
de Fotografía
Oficina
pequeña
/
oficina
en
casa
Oficina
(por
ejemplo,
el
departamento
de
mercadotecni
a)
Láser
(blanco/negr
o)
$$-$$$$
#
****
*
rápidamuy
rápida
Láser (color)
$$$$$$$$
##
***
** - ***
mediana
-rápida
Tabla 1 Comparación de impresoras
En general, debes seleccionar una impresora basándote en el uso que le darás. Para una
oficina en casa, una impresora láser te ofrecerá el más bajo costo por página (cpp) de
todas las impresoras, haciéndola económica en el largo plazo, pero con un costo elevado
del equipo. Pero si no vas a imprimir muchas hojas en casa, debes considerar adquirir una
impresora de inyección de tinta.
2.3 Dispositivos de Almacenamiento
¿Por qué la computadora requiere almacenar archivos en la unidad de disco duro? ¿Por
qué no mantener todo en la memoria RAM? Existen dos razones. La primera es que la
memoria RAM es volátil: los datos están representados por cargas eléctricas y se pierden
cuando la electricidad se apaga. Un disco duro almacena la información al magnetizar
partículas microscópicas en la superficie del disco, de modo que los datos persisten aún y
cuando se apaga la electricidad. La segunda razón por la que las unidades de disco duro
son útiles es porque tienen mucha mayor capacidad que la RAM. Actualmente una
computadora personal típica tiene al menos 128 megabytes de memoria RAM y 40
gigabytes de almacenamiento en disco. La capacidad del disco es más de 300 veces lo
que puede caber en la RAM. Por lo tanto, aún y cuando las unidades de disco duro son
lentas comparadas con la RAM, son un componente importante de tu sistema
computacional.
Secuencia de Lecturas:
Parsons/Oja, Capítulo 2-Sección C (páginas 74-85). Objetivo de Aprendizaje: Conocer la
variedad de medios de almacenamiento, magnéticos y ópticos, usados por las
computadoras modernas.
2.3.1 Interfaces de los Controladores de Disco. Objetivo de Aprendizaje: Conocer la
interfaz IDE (Electrónica de Unidades de Disco Integradas -Integrated Drive Electronics)
usada para conectar discos a sistemas computacionales PC. (El controlador de disco es
responsable de la operación física del mecanismo de la unidad y de la transferencia de
bytes entre la unidad y la memoria principal.)
2.3.2 Almacenamiento Masivo. Objetivo de Aprendizaje: Conocer las diferencias
básicas entre los tipos de almacenamiento masivo, comparándolos entre ellos.
2.3.1 Interfases de los Controladores de Disco
Interfaz IDE
Maestro/Esclavo EIDE
Existen muchas interfaces comunes para conectar un dispositivo de almacenamiento a
una computadora. En la sección 2.2.1 Cómo Conectar los Dispositivos Periféricos ya
estudiamos el USB y el FireWire. Otra interfaz común que aún no hemos discutido es el IDE
(Electrónica de Unidades de Disco Integradas -Integrated Drive Electronics-). Un IDE es la
interfaz que permite que los datos se transfieran entre los dispositivos de almacenamiento
y el conjunto de chips. El IDE está diseñado específicamente como una interfaz de disco,
mientras que el USB y el FireWire pueden ser la interfaz con otros dispositivos aparte de los
de almacenamiento, como cámaras digitales e impresoras.
A continuación se muestra un diagrama que ilustra el controlador de disco, la interfaz IDE,
y los dispositivos de almacenamiento, con respecto a otros componentes de un sistema
computacional. Observa que la funcionalidad del controlador de disco está
generalmente integrada en el conjunto de chips.
Figura 1 Interfaz del controlador de disco y los dispositivos de almacenamiento
Interfaz IDE
La interfaz IDE ofrece una solución estándar para que los dispositivos de almacenamiento
se conecten a la computadora. El controlador para el IDE está por lo general integrado
dentro de la unidad de disco o del CD-ROM, y el controlador dirige la forma en que el
disco duro almacena y accede los datos. Antes de que el IDE fuera desarrollado, los
controladores y los discos duros estaban separados y no estaban estandarizados. Esto
significaba que un controlador desarrollado por un productor podía no trabajar con el
disco duro de otro productor. El tener los controladores y el disco duro separados también
producía una calidad de señal pobre y un desempeño no adecuado. Por lo tanto, el IDE
se creó como una manera de estandarizar el uso de los discos duros en las computadoras,
combinando el controlador y el disco duro.
En 1984, IBM introdujo la computadora AT cuyo disco duro tenía combinada la unidad y el
controlador. Para conectarlo a la unidad del sistema se utiliza un cable de cinta plana,
resultado de la combinación unidad/controlador, creando la interfaz ATA (Conexión AT AT Attachment).
Pronto, otros productores comenzaron a ofrecer unidades IDE basadas en el estándar ATA
desarrollado por IBM. Así, IDE se convirtió en el término que cubre todo el rango de
dispositivos integrados unidad/controlador. Como casi todas las unidades IDE están
basadas en la ATA, los dos términos se usan de manera intercambiable.
EIDE Maestro / Esclavo
EIDE es un IDE Mejorado (Enhanced IDE), una versión más nueva del estándar de la
interfaz de dispositivos de almacenamiento masivo IDE. Este evolucionó a la
especificación ATA/33, luego a la ATA/66, ATA/100, y la revisión reciente es la Ultra
ATA/133. El número asociado con la especificación ATA indica la tasa pico de
transferencia de datos. El Ultra ATA/133 puede transferir datos a una tasa máxima de 133
MBs. La siguiente generación ATA es el ATA Serial. Sus características incluyen una tasa
pico de transferencia de datos de 150MB/s, cables delgados para fácil enrutamiento, un
sistema mejorado de enfriamiento dentro de la unidad del sistema, y conectores "hotpluggable".
La interfaz EIDE proporciona un conjunto de dos puertos IDE (Integrated Device
Electronics). Un puerto se define como primario y el otro como secundario. Cada puerto
del cable contiene dos conectores y cada conector puede conectar un dispositivo. Por lo
tanto, se pueden acomodar cuatro dispositivos, dos en puerto primario y dos en puerto
secundario. Para distinguir entre los dispositivos de un mismo puerto IDE, a un dispositivo se
le llama maestro y al otro esclavo de tal manera que se designan maestro primario,
esclavo primario, maestro secundario y esclavo secundario.
En caso que solamente exista un dispositivo conectado, no es necesario especificar si es
maestro o esclavo. Cuando están conectados dos dispositivos se necesita asignar uno
como maestro y otro como esclavo. Para hacer las asignaciones es necesario colocar un
interruptor o jumper en la unidad. En sistemas viejos, el dispositivo se debe agregar a la
configuración de la máquina a través del programa de configuración (setup). Puede ser
necesario que el usuario consulte la documentación de su computadora para aprender
cómo entrar al programa de configuración. Generalmente, si se oprime F2, ESC o DELETE
al iniciar la computadora, se entra al programa de configuración en vez de cargar el
sistema operativo (aplica para las computadoras Pentium que utilizan el sistema operativo
Windows). Sin embargo, la mayoría de los sistemas nuevos pueden detectar
automáticamente que se añadió un dispositivo y configurarlo apropiadamente.
Por lo general, los dispositivos IDE ya están preparados para la configuración
maestro/esclavo. Para conocer la denotación particular de un dispositivo es necesario
consultar su documentación. Si es necesario conectar el dispositivo en una posición
diferente a la original, es posible que se tenga que configurar de nuevo. Consulta la
documentación del dispositivo para reconfigurarlo.
2.3.2 Almacenamiento Masivo
¿Cómo Difieren los Dispositivos de Almacenamiento Masivo, de la RAM?
Confiabilidad de la Unidad de Disco
Medios Ópticos: CD vs. DVD
Medios Magnéticos
Medios Ópticos vs. Magnéticos
Estado Sólido
Comparando Almacenamientos
¿Cómo Difieren los Dispositivos de Almacenamiento Masivo, de la RAM?
Los dispositivos de almacenamiento masivo (discos magnéticos, discos ópticos, y cintas
magnéticas) tienen tiempos de acceso lentos y bajas tasas de transferencia. Estos se
encuentran localizados lejos del procesador y no se encuentran tampoco en la tarjeta
principal. (¡Algunas veces ni siquiera se encuentran en la misma caja de la tarjeta
principal!). Pero, las tecnologías de almacenamiento masivo también tienen muchas
ventajas importantes:
Son no-volátiles—lo que significa que la información no se pierde cuando se apaga la
electricidad.
Tienen capacidades grandes, medidas en billones o incluso trillones de bytes.
Su costo por bit almacenado es mucho más bajo que el de la RAM.
En algunos casos usan medios removibles que pueden ser insertados en una unidad,
utilizados cuando son requeridos y luego eliminados de la unidad, o bien enviados por
correo a un amigo. Han aparecido muchas nuevas tecnologías de discos removibles
desde el disco flexible de 3.5 pulgadas (1.44MB). La Unidad Zip de Iomega utiliza discos
removibles con capacidades de 100 a 750 MB, y la unidad de CD de Lectura/Escritura
utiliza discos ópticos grabables con una capacidad de almacenamiento de 650 MB o 700
MB. En estos días, las unidades flash compactas (también llamadas ThumbDrive) que se
conectan a los puertos USB han tomado el lugar de los disquetes o discos Zip.
Actualmente pueden encontrar en el mercado fácilmente memorias de 1, 2, 4, 8 GB o
más. En el extremo superior, se pueden encontrar discos duros externos con 600 GB de
capacidad de almacenamiento. Estos tipos de unidades son actualmente populares para
hacer copias de seguridad de los discos duros de los sistemas, o para transferir archivos de
datos de gran tamaño de un sitio a otro. Por parte de los dispositivos ópticos, actualmente
se cuentan con discos DVD regrabables de doble capa con una capacidad de
almacenamiento de 8.5 GB o más. Conforme se ha incrementado la capacidad de los
discos duros y ha madurado la tecnología de los discos ópticos, la creación de respaldos
en discos ópticos grabables se ha convertido en una alternativa popular.
Confiabilidad de la Unidad de Disco
El mercado de las unidades de disco duro es altamente competitivo porque existe una
gran demanda de los consumidores de discos con grandes capacidades, altas tasas de
transferencia, y bajo costo. Para cumplir estos objetivos, los productores de discos están
continuamente avanzando en lo más nuevo de coberturas magnéticas, magnetos más
fuertes y tecnología ultra-limpia de fabricación.
Para alcanzar altas tasas de transferencia de datos, una unidad de disco duro tiene que
girar muy rápido: de 4,000 a 15,000 rpm (revoluciones por minuto). Además, los parches
magnéticos que almacenan los bits de datos en el disco duro, tienden a ser pequeños y
están empacados muy juntos. Por lo tanto, para leer de manera precisa estos pequeños
bits girando a tan alta velocidad, la cabeza de lectura/escritura debe estar muy, muy
cerca de la superficie del disco. La cabeza pasea en un amortiguador de aire, y la
distancia entre esta y la superficie del disco es menor que el ancho de un cabello
humano—menos que el tamaño de una partícula de polvo. De hecho, si la cabeza
encuentra una partícula sobre la superficie del disco, mientras el disco está girando a
tantos miles de rpm, la cabeza se estrellará en el disco, dañándose y dañando la capa
magnética del disco. Por eso es importante respaldar los datos en una cinta u otro disco
de manera regular.
Una especificación común para medir la confiabilidad de la unidad de disco es el MTBF
(Tiempo Medio Entre Fallas -Mean Time Between Failures-), el tiempo promedio (en horas)
que se espera que un dispositivo funcione antes de tener una falla. Por lo general, las
unidades de disco para las PC tienen rangos de MTBF de aproximadamente 500,000 horas,
57 años. Sin embargo, el MTBF es un estimado teórico, porque las unidades no han existido
tanto tiempo como para verificar su tiempo de vida esperado. El grado MTBF debe ser
usado en conjunto con la vida útil. La vida útil es el tiempo que transcurre antes de que
ocurra una falla, debido al uso creciente y al desgaste de los dispositivos. Es el tiempo que
el productor predice que el disco podría durar. Al comprar discos, usa la vida útil como un
estimado más preciso de lo que el disco va a durar antes de que ocurra una falla.
Medios Ópticos: CD vs. DVD
Los datos en un medio óptico se leen y escriben usando un haz de luz láser. Los discos
compactos (CD) y los discos de video digital (DVD) son discos ópticos. Un DVD es una
forma mejorada de un CD. Los dos tipos de discos son físicamente del mismo tamaño,
pero difieren en el formato. Los DVD tienen mucha más capacidad, la cual alcanzan de
dos formas. Primero, los DVD tienen pistas más angostas, por lo que pueden incluir más
pistas en el mismo tamaño de disco. Tanto los CD como los DVD se leen usando la luz de
un láser. El láser del CD es rojo, mientras que el láser del DVD es azul. La luz roja tiene una
longitud de onda más larga que la luz azul. El láser azul puede así producir un haz de luz
más pequeño, permitiendo que enfoque las pistas más delgadas del DVD. La segunda
forma en la que un DVD logra una capacidad mayor que un CD es utilizando varias capas
de pistas. El láser azul no solo es más angosto, sino que también es más poderoso. Su haz
de luz puede penetrar el plástico y enfocar a diferentes profundidades. Los DVD que
tienen doble-capa en realidad tienen dos conjuntos de pistas en un lado del disco, una
bajo la otra. El haz de luz puede enfocarse en la capa superior o inferior. Esto duplica la
capacidad de un lado de un disco de DVD. También es posible colocar pistas en ambos
lados de un DVD. Un DVD DLDS (Doble Capa Doble Lado -Double Layer Double Side-) usa
capas dobles y puede leer discos por ambos lados, ofreciendo cuatro veces la
capacidad de una unidad SLSS (Lado y Capa Sencilla - Single Layer Single Side-).
Los CD tienen dos formatos de grabación, CD-R y CD-RW. El libro de texto de Parsons y Oja
menciona los DVD grabables, sin embargo existen múltiples formatos estándar para esto.
Así pues, mientras que los CD-R y los CD-RW son legibles en la mayoría de las unidades de
CD o DVD, los DVD grabables pueden no ser legibles para algunas unidades de DVD. Por
esta razón, los usuarios que graban datos en medios ópticos para una distribución masiva
(por ejemplo, para el lanzamiento de un nuevo paquete de software), pueden por ahora
limitarse al uso de CD, a pesar de que tienen menor capacidad que los DVD. Los DVD son
usualmente utilizados como un medio para presentaciones multimedia que combinan
sonido con gráficos, como las películas.
Medios Magnéticos
Los medios magnéticos varían desde algunos de los dispositivos de almacenamiento más
pequeños, como los discos flexibles, a los dispositivos de mayor capacidad como las
unidades de disco duro. El disco flexible ya no es utilizado para distribuir sistemas
operativos, debido al tamaño de los sistemas operativos actuales. La última distribución
importante de Windows usando discos flexibles fue Windows 95, el cual ocupaba 30
disquetes.
Los discos zip, unidades de almacenamiento removibles producidos por Iomega, permiten
a los usuarios almacenar muchísimo más datos que los que puede almacenar un disco
flexible, a pesar de que los discos zip no son físicamente mucho más grandes que los
discos flexibles. Estas unidades fueron muy populares, y muchos equipos incluían una
unidad de zip como equipo estándar. Sin embargo, su uso ha declinado debido a la
amplia disponibilidad de unidades CD-RW y DVD-RW y al reducido costo de los discos CDR y DVD-R.
Actualmente, se están produciendo unidades portátiles más pequeñas y con capacidad
más grande. Por ejemplo, el dispositivo de almacenamiento Mini USB de Iomega ofrece
64MB, 128MB, o 256MB de capacidad de almacenamiento en un dispositivo del tamaño
de la llave de un carro. Otro dispositivo de almacenamiento portátil ofrecido por Iomega
es el disco duro externo HDD para computadora de escritorio el cual es tamaño bolsillo.
Está disponible en 40GB, 80GB, o 120GB de capacidad de almacenamiento. Ambos
dispositivos pueden conectarse a un puerto USB o FireWire. Para las computadoras
portátiles, se puede usar un Microdrive, el cual está construido sobre tarjetas
CompactFlash que pueden ser conectadas en un dispositivo con una ranura PCMCIA,
comúnmente encontrada en las computadoras portátiles. Puede guardar arriba de 4GB
de datos en una unidad del tamaño de una caja de cerillos.
Las unidades fijas de disco duro continúan siendo el principal medio de almacenamiento
de las computadoras actualmente. Pueden guardar más datos que cualquiera de los
tipos removibles, ópticos o magnéticos. En la mayoría de las máquinas personales, el
sistema operativo, los programas de aplicaciones, y los datos del usuario, todos se
encuentran en el disco duro. Las unidades de disco duro más pequeñas hoy en día, que
se encuentran por lo general en las computadoras portátiles, guardan alrededor de 20
GB. Cuando se compran por separado, los discos duros tienen una capacidad de 20 GB a
alrededor de 300 GB, con el límite incrementándose continuamente año tras año. Otra
característica importante al comparar unidades de disco duro, es la velocidad a la cual
gira una unidad de disco, debido a que esto limita la tasa a la cual pueden transferirse los
bits entre la unidad y la computadora. Las unidades más lentas giran a 4200 rpm (por
ejemplo: las computadoras portátiles); las más rápidas a 15,000 rpm. Si un disco duro va a
ser utilizado en una aplicación cuyo desempeño sea crítico, como un servidor de bases
de datos, la tasa de transferencia de datos es una consideración importante. Esta tasa
será afectada por muchos otros factores además de la velocidad de rotación del disco y
la latencia (tiempo que toma acceder el primer bit de datos) - como el tipo de
controlador de disco seleccionado, y el tipo de arquitectura de memoria que la
computadora usa. Revisa las secciones sobre benchmarking en 2.1.1 Processor Basics y
2.5.2 Bottlenecks para encontrar más información sobre este tema.
Medios Ópticos vs. Magnéticos
Comparemos brevemente las tecnologías de almacenamiento óptico y magnético. Los
medios ópticos son más durables. No se dañan por el polvo o la humedad, ni son
vulnerables a daños eléctricos (sin embargo, pueden deteriorarse por daños físicos, como
por rasguños). La tasa MTBF de los medios ópticos oscila entre 30 y 300 años, mientras que
los medios magnéticos utilizan propiedades magnéticas que tienen un MTBF de entre 3 y 7
años. Los medios ópticos también son más económicos por cada MB que los discos
magnéticos. Una caja de CD-R en blanco es dos veces más cara que una caja de diez
discos flexibles. Por otro lado, los discos magnéticos, con excepción de los discos flexibles,
pueden grabarse y leerse más rápido que los discos ópticos. Toma aproximadamente 8
minutos llenar un CD grabable de 700 MB. Una unidad de disco duro puede almacenar la
misma cantidad de datos en menos de un minuto. Finalmente, la mayoría de las unidades
de disco duro ofrecen mayor capacidad que cualquier dispositivo óptico disponible
actualmente.
Estado Sólido
Un tipo popular de almacenamiento portátil para dispositivos pequeños como cámaras
digitales y PDA (Asistentes Digitales Personales -Personal Digital Assistants-) es la memoria
flash. La memoria flash usa tecnología en estado sólido, usando partes no movibles dentro
del chip. Los datos son grabados usando cargas electrónicas. Para re-escribir los datos, la
memoria flash aplica campos eléctricos usando cableado del circuito para borrar
secciones predeterminadas del chip, por lo que esas áreas pueden ser re-escritas.
Ejemplos de dispositivos de almacenamiento de memoria flash son las tarjetas
CompactFlash y SecureDigital. La tarjeta CompactFlash usa un chip del controlador, el
cual puede incrementar el desempeño en dispositivos con procesadores lentos, y chips de
memoria flash. Su capacidad de almacenamiento está entre 4MB y 4GB (sin embargo, las
que tienen capacidad grande son muy caras). Una tarjeta SecureDigital es más pequeña
y delgada que una caja de fósforos. Su capacidad de almacenamiento está entre 4MB y
32 GB, e incrementándose cada año.
Comparando Almacenamientos
Existen muchas formas de almacenar datos. Por ejemplo, actualmente existen tres tipos de
unidades de CD y cinco tipos de unidades de DVD. La siguiente tabla muestra los tipos
más comunes de almacenamiento disponibles en la actualidad. Los medios de
almacenamiento magnético puede leerse y escribirse muchas veces, pero algunos
medios ópticos son de sólo lectura, y otros permiten que sólo se escriba sobre ellos una
sola vez (pero pueden leerse muchas veces.)
Capacidad
de
Nombre
Tipo
Capacidad
escritura
Disco flexible de Alta-densidad
Magnético
1.44 MB
Ilimitada
Estado
tarjeta SecureDigital
128 MB- 32GB
Mucha
Sólido
Estado
tarjeta CompactFlash
128 MB - 64 GB
Mucha
Sólido
Super flexible (super floppy)
Magnético
120 o 240 MB
Ilimitada
Dispositivo de almacenamiento Estado
256, 512 MB, 1, 2, 4, 8
Mucha
USB (ThumbDrive)
Sólido
GB o más
CompactFlash como Microdrive
Magnético
340 MB a 8 GB
Ilimitada
Disco Iomega Zip
Magnético
100, 250, o 750 MB
Ilimitada
CD-ROM
Óptico
650 o 700 MB
Sólo lectura
CD-R
Óptico
650 o 700 MB
CD-RW
Disco Iomega Jaz
Óptico
Magnético
650 o 700 MB
1 o 2 GB
DVD+/-R
Óptico
4.7 GB
DVD+/-RW
Óptico
4.7 GB
DVD+R DL (dual layer)
Óptico
8.5 GB
DVD-ROM (SLSS)
DVD-ROM (DLSS o SLDS)
DVD-ROM (DLDS)
Unidad de disco duro interno
Unidad de disco duro externo
Óptico
Óptico
Óptico
Magnético
Magnético
4.7 GB
8.5 GB
18.8 GB
20 GB o más
20 GB o más
Escribe sólo una
vez
Mucha
Ilimitada
Escribe sólo una
vez
Mucha
Escribe sólo una
vez
Sólo lectura
Sólo lectura
Sólo lectura
Ilimitada
Ilimitada
Tabla 1 Comparación de la capacidad de almacenamiento
2.4 Juntando los Componentes de Hardware
Esta sección te ayudará a entender cómo trabajan juntos todos los componentes y te
proporcionará las herramientas para comparar el precio y desempeño de diferentes
modelos de computadoras. También examinarás las especificaciones para diferentes
componentes de una computadora (procesador, memoria, monitor, unidad de disco
duro, etc.) y aprenderás a tomar decisiones de compra inteligentes.
Secuencia de Lecturas:
2.4.1 ¿Cómo Trabajan Juntos los Componentes?. Objetivo de Aprendizaje: Conocer de
qué forma los componentes presentados en esta unidad trabajan unos con otros para
permitir el funcionamiento de la computadora.
2.4.2 Lab: Investigando un Sistema Computacional. Objetivo de Aprendizaje: Conocer
cómo utilizar la red para investigar acerca de un tipo específico de sistema
computacional, buscando la revisión de productos. 2.4.3 Lab: Configuración En Línea. Objetivo de Aprendizaje: Conocer cómo usar la red
para investigar la configuración y precio de una computadora que estás considerando
adquirir.
2.4.1 ¿Cómo Trabajan Juntos los Componentes?
El siguiente diagrama resume la forma en que los componentes presentados en esta
unidad trabajan juntos.
Figura 1 Visión general de los componentes de hardware
El CPU ejecuta las instrucciones almacenadas en los dispositivos de memoria. Cuando la
computadora se enciende, el CPU extrae las instrucciones de los dispositivos de memoria
permanentes, la ROM y la CMOS. La ROM es la memoria de sólo lectura que almacena las
instrucciones requeridas para arrancar la computadora. La CMOS contiene los datos de
configuración del sistema. Una vez que la computadora es encendida, la RAM es usada
para cargar el resto de las instrucciones a ser ejecutadas por el CPU. Los datos en RAM
son temporales y se perderán cuando la computadora se apague.
Los datos de los dispositivos de almacenamiento como la unidad de CD-ROM y la unidad
de disco duro, son transmitidos a través del controlador de disco. Los datos también
pueden ser almacenados en el disco duro o en un CD.
Los datos en el sistema de hardware pasan a través de buses. Los buses son los canales de
comunicación entre los componentes de la unidad del sistema.
Los dispositivos periféricos como el teclado, ratón, joystick, impresora, bocinas, micrófono,
etc. Están conectados a la computadora a través de puertos que generalmente se
encuentran en la parte trasera de la unidad del sistema. Las tarjetas gráficas o las tarjetas
de sonido también son ejemplos de tarjetas de expansión, que pueden ser insertadas en
la ranura de expansión de la computadora, para extender o mejorar la funcionalidad de
una computadora.
Cuando una computadora procesa solicitudes de un usuario, el CPU dirige a los otros
componentes para que realicen tareas específicas, y los datos se pasan entre los
componentes a través de buses y el conjunto de chips (chipset). Utiliza el diagrama
anterior mientras sigas la forma en que los datos son transmitidos de componente a
componente en los escenarios de muestra que se incluyen a continuación:
Para guardar un archivo en el disco duro, el CPU podría pasar los datos que se quieren
guardar a través del bus frontal hacia el conjunto de chips. El conjunto de chips envía el
archivo de datos a través del bus PCI hacia el controlador del disco, que después enviará
los datos al disco duro de la computadora.
Para abrir y desplegar un archivo de imagen, el CPU le avisa al controlador de disco que
extraiga el archivo de imagen del dispositivo de almacenamiento y lo guarde en la RAM.
La tarjeta gráfica podría acceder los datos de la imagen y desplegar la imagen a manera
de píxeles en el monitor de la computadora.
Estas son generalizaciones de la forma en que interactúan los componentes. Al tratar de
entender un sistema de hardware, mantén en mente los conceptos generales de cómo
trabajan juntos los componentes, e investiga sus especificaciones para tener un
entendimiento más preciso de la manera en que un determinado sistema de hardware
trabaja. La naturaleza exacta de cómo trabaja e interactúa cada componente con los
demás, se encuentra fuera del alcance de este curso.
2.4.2 Lab: Investigando un Sistema Computacional
A través de la red puedes investigar acerca de un sistema computacional, obteniendo
revisiones de diferentes productos y comparaciones de precios. Imagina que estás
interesado en una línea particular de computadoras portátiles, como la Dell Inspiron o la
Sony Vaio. La siguiente actividad te guiará para que realices una comparación.
Ejercicio de Aprendizaje:
Visita el sitio Web de Ziff Davis (www.zdnet.com), y da un clic a la sección "Reviews"
Luego entra a "Notebooks" y selecciona una computadora que te parezca interesante.
Luego, da un clic a la liga de la máquina para ver la revisión.
Ahora da un clic en la pestaña "Review" para leer una discusión detallada del producto.
Revisa la información acerca de disponibilidad y precio.
Ziff-Davis también publica la revista
www.zdnet.com/computershopper.
Computer
Shopper
y
su
sitio
Web
También puedes encontrar revisiones de productos e información de precios en el sitio
Web de CNET www.cnet.com.
2.4.3 Lab: Configuración en Línea
Los sitios Web de algunas tiendas de computadoras te permiten especificar la
configuración de un sistema, seleccionando de varios menús que muestran las opciones
disponibles. Posteriormente, al dar un clic al botón de "actualizar precio", puedes ver el
precio exacto del sistema que seleccionaste. Dos sitios Web de este tipo son Dell
(www.dell.com) y Gateway, Inc. (www.gateway.com).
Ejercicio de Aprendizaje:
Visita el sitio de una tienda de computadoras. Imagina que tienes un presupuesto de
$1,200 dólares y deseas una computadora apropiada para un estudiante universitario de
una carrera relacionada con las Ciencias Computacionales.
Ahora asume que vas a comprar una computadora de bolsillo para un hombre/mujer
de negocios que viaja constantemente en avión y está preocupado(a) por el peso y la
vida de la batería. ¿Qué puedes obtener por $2,500 dólares?
2.5 Mejorando el Desempeño de la Computadora
¿Cómo medimos el desempeño de la computadora? ¿Cómo está siendo mejorado el
desempeño de la computadora? Estos son algunos de los temas cubiertos en esta
sección.
Secuencia de Lecturas:
2.5.1 La Ley de Moore. Objetivo de Aprendizaje: Conocer los fundamentos sobre el
crecimiento exponencial en el almacén de memoria de la computadora y las
capacidades de cómputo.
2.5.2 Cuellos de Botella. Objetivo de Aprendizaje: Entender el desarrollo de los cuellos de
botella y la manera de corregirlos.
2.5.3 Rendimiento y Latencia. Objetivo de Aprendizaje: Definición de rendimiento y
latencia con respecto al desempeño de la computadora.
Parsons/Oja, Capítulo 8-Sección B "Compresión de Imágenes" (páginas 425-427).
Objetivo de Aprendizaje: Entender cómo puede utilizarse la compresión de datos 1) para
reducir la cantidad de espacio requerido para almacenar archivos, y 2) para mejorar el
rendimiento, reduciendo el número de bytes que deben ser transmitidos.
2.5.1 La Ley de Moore
Un transistor es un interruptor electrónico que puede alternar entre dos estados, "prendido"
y "apagado", y representa un bit de información. Los microchips modernos contienen
millones de transistores pequeñísimos, los cuales no se distinguen a simple vista. Gordon
Moore uno de los fundadores de Intel observó que desde 1965 la capacidad de un
microchip (el número de transistores dentro de un chip de silicio) se ha duplicado cada
año. Esta tendencia en la computación que continúa hasta la fecha se ha llegado a
conocer como la Ley de Moore, sin embargo, en los últimos años el ritmo ha sido más
lento y en la actualidad la capacidad del chip aumenta al doble cada18 meses, en vez
de cada año. La ley de Moore es un ejemplo de crecimiento exponencial y se refiere
específicamente a la capacidad de los microchips y se puede declarar de la siguiente
manera: El número de transistores contenidos en un microchip se duplica cada 18 meses,
hasta donde el límite físico lo permita.
Para ilustrar el potencial del crecimiento exponencial, consideraremos la parábola del
inventor del ajedrez y su emperador. El emperador ofreció recompensar al inventor con
cualquier cosa que él deseara, para crear el juego de ajedrez. El inventor solicitó que le
dieran un grano de arroz por el primer cuadro del tablero de ajedrez, y que cada cuadro
adicional duplicaría la cantidad de arroz del cuadro anterior. El emperador
inmediatamente concedió su deseo. Existen 64 cuadros en el tablero de ajedrez. Para el
cuadro número 32, 4 billones de granos de arroz ya habían sido entregados, que equivale
aproximadamente al tamaño de un campo grande lleno de arroz. El siguiente cuadro
necesitaría cerca de 2 millones de granos de arroz, el siguiente cuadro cerca de 4
millones, el siguiente cerca de 8 millones y así sucesivamente. Para el cuadro número 64 se
necesitarían 9*1018 granos de arroz, que es más que la cantidad de arroz que podría ser
producida incluso si la superficie de la tierra entera se utilizara para producir arroz.
El número de transistores en un solo chip se incrementa con una tasa exponencial y se
duplica cada 12- 18 meses. El siguiente gráfico ilustra el incremento exponencial en el
número de transistores, en los procesadores introducidos a través de los años.
Figura 1 Ilustración de la ley de Moore aplicada a los procesadores Intel
La siguiente gráfica en escala logarítmica te ofrece una perspectiva diferente del
crecimiento exponencial de los transistores en un microchip
Figura 2 Ilustración de la ley de Moore aplicada a los procesadores Intel en una escala
logarítmica.
Para datos más recientes, consulte el "press kit" de Intel
Con el crecimiento exponencial de la densidad de transistores en los microchips, se
pueden hacer muchas inferencias que permitan a los analistas predecir otros desarrollos
en la industria de la computación. Si se extiende el alcance de la Ley de Moore, se
pueden hacer las siguientes predicciones.
El poder de procesamiento (rapidez) se duplicará cada 12-18 meses.
La capacidad de almacenamiento de la RAM se duplicará cada 12-18 meses
Otra observación es que la capacidad de almacenamiento del disco duro también se
incrementa exponencialmente, y el costo para los consumidores al adquirir partes de
computadoras decrece a través del tiempo.
La razón por la cual la Ley de Moore continúa vigente, es que la tecnología de circuitos se
hace cada vez más pequeña. Los circuitos que antes necesitaban cientos de micrones
cuadrados de silicio (un micrón es una millonésima de un metro) ahora caben en unos
cuantos micrones cuadrados. Esta tendencia ha dado la posibilidad de acomodar más
circuitos en la misma área. Los procesadores, los chips de memoria, y los chips de
propósito específico para controlar los dispositivos periféricos, se hacen cada vez más
densos. Aunque la Ley de Moore solamente predice el incremento en la densidad de los
circuitos, el incremento en densidad reduce el tiempo requerido para la comunicación
entre los componentes, lo cual significa que los chips pueden procesar datos más rápido.
Las mejoras en la tecnología de microchip están siendo emparejadas por mejoras en
muchas otras tecnologías encontradas en sistemas informáticos. La capacidad de disco
está aumentando por varias razones, mejoras en los soportes magnéticos (la capa de
óxido de hierro que cubre la superficie del disco, discos más planos, etc.) y la electrónica
de lectura/escritura, está aumentando la capacidad del disco duro. La introducción de
las nuevas tecnologías de disco óptico, es otra fuente del incremento de la capacidad de
almacenaje para las computadoras personales. Los aumentos correspondientes en la
velocidad del procesador y del ancho de banda del bus, permiten a las computadoras
tomar ventaja completa del crecimiento en las capacidades de almacenaje.
A pesar del crecimiento en la velocidad de procesamiento y la capacidad de
almacenaje, el costo por byte de dato procesado o almacenado decrece conforme los
chips de memoria de baja capacidad se van volviendo obsoletos. Por ejemplo, el costo
de una memoria RAM de 64MB un par de años atrás, es actualmente el mismo costo de
una memoria RAM de 128 MB
La Ley de Datos de Parkinson es un ejemplo interesante de los avances en capacidad y
rendimiento de procesamiento. Esta ley declara que los datos se expanden para llenar el
espacio disponible. En otras palabras, mientras exista más memoria disponible, la
demanda para tener más memoria o espacio en disco crece. Por ejemplo, cuando las
computadoras sólo tenían unos cuantos Kilobytes (KB) de memoria, sus sistemas operativos
ocupaban solo 4KB. Hoy en día las computadoras tienen cuando menos 128 MB o más de
memoria y de acuerdo a la Ley de Datos de Parkinson, los sistemas operativos de hoy son
mucho más sofisticados y requieren de varios megabytes de memoria. De manera similar,
conforme crece la capacidad del disco duro, los usuarios lo empiezan a utilizar con
propósitos diferentes. Las primeras computadoras tenían discos flexibles o disquetes de 360
KB en donde se almacenaban archivos pequeños de texto. En la actualidad, las
computadoras están equipadas con discos duros de varios gigabytes y los usuarios
almacenan música y videos ocupando varios megabytes y películas de largo metraje en
DVD (Típicamente 5 gigabytes)
La ley de Parkinson conduce a toda la industria de la computación, a través del
conocimiento de que las aplicaciones siempre mantendrán el paso con la Ley de Moore.
Al incrementar la capacidad, los usuarios exigen mayor rendimiento para llevar a cabo
trabajos más ambiciosos. Gracias a la Ley de Moore, podemos esperar ver mejoras
continuas en la tecnología para satisfacer las demandas del consumidor que desea mejor
rendimiento, a precios accesibles. (Cabe notar que la Ley de Moore no hace referencia a
todos los aspectos de la tecnología computacional. No menciona nada sobre
incrementos en la confiabilidad de los sistemas, ni sobre la calidad de los programas de
software usados en los sistemas computacionales).
Las leyes de física sugieren que mientras no haya cambios fundamentales en la
tecnología de los chips, hay límites en la mejora del rendimiento computacional. Por
ejemplo, los canales de los circuitos están limitados por su ancho ya que tienen que
permitir el paso de los electrones. Otra limitante es la longitud de la onda de luz. Para
grabar los circuitos en el silicio se utiliza luz; y la longitud de la onda de la luz en el proceso
está directamente relacionada con el ancho del circuito. La Luz ultravioleta tiene una
longitud de onda de luz más corta que la luz visible, y la de los rayos X es aún más corta.
Sin embargo, aún existen problemas técnicos al utilizar longitudes de onda tan cortas.
¿Qué sucederá cuando se llegue al límite? No se sabe a ciencia a cierta, pero la
experiencia sugiere que el progreso continuará y tal vez tome direcciones no anticipadas.
Es posible que el costo de producir chips ultra-densos sea tanto, que se limite solamente a
las computadoras muy costosas.
2.5.2 Cuellos de Botella
Cuellos de Botella—Haciendo Más Lento un Proceso
Cuellos de Botella Típicos
Cómo Eliminar los Cuellos de Botella
Cuellos de Botella—Haciendo Más Lento un Proceso
Los vasos de boca ancha vacían su contenido más rápido que los vasos de cuello largo y
delgado. Cada tarea que realiza la computadora requiere que se lleven a cabo varios
pasos. El término cuello de botella se refiere al paso que tarda mucho en completarse y
que hace que se reduzca el desempeño total de la tarea. Tal como podemos decir que
"una cadena es tan fuerte como su eslabón más débil", así la velocidad del procesador o
su desempeño, está limitado por el tiempo que lleva ejecutar su paso más lento.
Por lo tanto, de nada sirve que nuestra computadora tenga un procesador muy rápido, si
su memoria es lenta en la transmisión de información. En este caso, un disco lento reducirá
el desempeño global del sistema. Aunque cuentes con un procesador muy rápido, si otras
partes de tu computadora son muy lentas, no se mejorará el rendimiento de tu
computadora.
Por ejemplo, vamos a suponer que estás en tu computadora ejecutando un programa. Se
está tardando demasiado. ¿Cómo puedes arreglar este problema? Como tu
computadora es Pentium II y no Ethernet Pentium 4, se te ocurre que si la cambias, se
arregla el problema. Sin embargo, puede haber otros factores que influyan en la
velocidad de transmisión. Puedes estar corriendo con poca RAM, o tu bus no está
transfiriendo los datos lo suficientemente rápido.
Del mismo modo, el tiempo que se requiere para llevar a cabo una tarea consiste de
varios pasos, puede ser dominada por el paso que se tarda más. En este caso, aunque
aceleres el tiempo que tardan otros pasos en realizarse, puedes tener una mejoría
pequeña en la tarea. Vamos a suponer que para preparar una cena debes realizar los
siguientes pasos: 1. picar ingredientes: 10 min. 2. hornear platillo: 2 horas. 3. batir la salsa: 15
min. Si compras una procesadora de alimentos, puedes picar los ingredientes en un
minuto, reduces al 10% el tiempo que tardas en picar los ingredientes; sin embargo,
reduces el tiempo que tardas en preparar la cena solo un 6%. Por otro lado, si compraras
un horno que pudiera reducir el tiempo de horneado a la mitad, reduces el 50% el tiempo
de horneado es decir una hora y con esto puedes reducir el tiempo que tardas en
preparar la cena un 41%.
Cuellos de Botella Típicos
A continuación se muestran algunas áreas del sistema de hardware que pueden ser
cuellos de botella:
Caché
RAM
I/O (Entradas y Salidas)
Tarjeta de Video (particularmente para juegos en 3-D)
Cuando no hay suficiente memoria caché, se hace más lento todo el sistema. Los
procesadores más rápidos que requieren recibir más información para que se ejecuten de
manera óptima, tal vez no reciban suficientes datos de memorias caché pequeñas.
La RAM carga instrucciones de los programas en un disco. Por lo tanto, si no existe
suficiente memoria RAM, las instrucciones deberán ser cargadas frecuentemente del
disco, haciendo más lenta la ejecución de las instrucciones del programa.
I/O se encarga de la transferencia de información. ¿Los buses de tu computadora son lo
suficientemente rápidos? ¿Tu disco duro es lo suficientemente rápido? Tal vez los
componentes instalados pueden enviar datos de manera rápida pero si el sistema no
puede transferir estos datos a la misma velocidad, el desempeño del sistema se hace más
lento.
La mayoría de los usuarios de negocios no sufre al contar con una tarjeta de video lenta.
Sin embargo, los jugadores de videojuegos, diseñadores gráficos, y algunos ingenieros,
requieren tarjetas de video de alta velocidad para mantener el paso de los
requerimientos del software. El usuario promedio no requiere una de estas tarjetas de
video, sin embargo, las imágenes producidas por las tarjetas más lentas pueden afectar el
desempeño de otras aplicaciones.
Cómo Eliminar los Cuellos de Botella
¿Podemos acelerar el desempeño de una computadora? En realidad lo que se quiere es
acelerar las tareas que realiza la computadora, no a la computadora en sí. Esta es una
diferencia importante. Para acelerar el desempeño de la computadora requieres
comprar un procesador mas rápido, instalar más memoria, comprar buses o canales más
rápidos o instalar unidades y controladores de video más rápidos. Si actualizas estos
componentes de manera equilibrada, el sistema será más rápido. (Recuerda que un
cuello de botella puede deteriorar el desempeño de todo el sistema). El laboratorio que
realizaste en la sección, 2.1.3 Laboratorio: Benchmarking, te ayudará a identificar los
cuellos de botella o puntos lentos en tu sistema.
La clave para llevar a cabo estas mejoras de manera efectiva es analizar y comprender la
razón por la cual ciertas tareas se están tardando tanto tiempo. Para esto, puedes hacer
experimentos y probar si determinado componente representa un cuello de botella. Los
desarrolladores de sistemas aplican estas técnicas constantemente para medir cuanto
tiempo se tardan las diversas secciones del programa en ejecutarse. De esta manera
identifican los cuellos de botella y se enfocan en mejorar esta parte del código.
2.5.3 Rendimiento y Latencia
Rendimiento ("Throughput" en inglés) y Latencia ("Latency" en inglés) son dos términos
clave usados al discutir acerca del desempeño de una computadora.
Rendimiento se refiere a la tasa a la cual las tareas se completan en una unidad de
tiempo. Por ejemplo una computadora puede ejecutar 500 millones de instrucciones por
segundo. Latencia se refiere al tiempo requerido para completar una operación
individual. Por ejemplo, puede tomar 5 segundos en iniciar una aplicación, o dos minutos
para reiniciar todo el sistema.
Estos conceptos están claramente relacionados. Por ejemplo, supongamos que usted
quiere que su servidor Web pueda mostrar un archivo gráfico muy grande en la
computadora de un usuario cuando presiona un botón. Latencia se refiere al tiempo pasa
desde que el botón fue presionado y hasta la imagen se muestra. Si la imagen es un
archivo de 1 MB, con una tasa derendimiento de megabits por segundo, la latencia para
mostrar la imagen será al menos de 0.8 segundos. ¿Cuándo es más apropiado utilizar
latencia o rendimiento? la respuesta dependerá de lo que desea medir.
Si está seleccionando un proveedor para la conexión de red de su servidor de web, usted
estará más interesado en tener la suficiente taza de rendimiento, o ancho de banda, para
responder a sus necesidades. Si usted es un usuario del mismo servidor de web, sin duda
usted estará interesado por la latencia de su solicitud. No le importará a usted saber
cuántas otras peticiones se encuentra procesando el servidor por segundo (es decir,
rendimiento). Usted estará preocupado con la respuesta a su propia petición.
Como administrador del servidor, usted podrá escuchar quejas de personas de que su
latencia es excesivamente alta, aunque su rendimiento es aceptable. Digamos por
ejemplo que su servidor maneja dos tipos diferentes de peticiones: una petición de un
archivo pequeño que puede enviarse de manera rápida y una petición de un archivo
grande que toma mucho tiempo en enviarse. Si la gran mayoría de las peticiones son
para los archivos pequeños, su rendimiento (los bits enviados por segundo) y la latencia
para los pequeños archivos pueden estar bien, mientras que la latencia para archivos de
gran tamaño puede ser inaceptable.
Una manera sencilla de entender la latencia es el considerar el tiempo que se tarda en
hacer una tarea como la suma de un tiempo constante para el inicio de la tarea, más el
tiempo que se lleva en realizar la tarea, que dependerá del tamaño de la misma.