CONTENIDO
2.1 Unidad Central de Proceso
(CPU)
2.1.1 Unidad de control
2.1.2 Unidad aritmético – lógica
2.1.3 Memoria principal o central
2.1.3.1 Memorias ROM
2.1.3.2 Memorias RAM
2.1.3.3 Firmware
2.2 Buses y puertos del sistema
2.3 Motherboard
2.3.1 ¿Qué es la Motherboard?
2.3.2 Arquitectura
2.3.3 Diseño
2.3.4 Tipos de placas
INTRODUCCIÓN - Arquitectura
de hardware – estructura general
Las máquinas electrónicas
de programa registrado han sido y son todavía denominadas de muy diversas
maneras: calculador, computador, ordenador, computadora, máquina; términos
seguidos de un adjetivo como numérico, digital o simplemente electrónico. Todas
estas denominaciones son equivalentes. Un ordenador procesa los datos de forma
automática para obtener así los resultados que se buscan. Se puede observar que
un ordenador es la unión de tres elementos:
Dispositivos de entrada
Unidad central de proceso
Dispositivos de salida
2.1 Unidad
Central de Proceso (CPU)
La Unidad Central de Proceso ha de tener dos características bien
definidas:
1. Ser capaz de reconocer y ejecutar una serie de instrucciones (programa) elementales en base a las cuales se puede realizar cualquier proceso de datos deseado, por complejo que sea éste.
2. Tener separados dos estados diferentes. En una primera fase ha de poder recibir y memorizar las instrucciones que configuran el proceso pedido (introducción del programa) y en segunda fase debe ejecutar en secuencia las instrucciones recibidas (ejecución del programa). Al realizar esta ejecución se leerán los datos que se necesiten a través de un dispositivo de entrada de datos en el momento en que sean requeridos, realizándose las operaciones que forman el proceso hasta la obtención de los resultados, los cuales serán enviados al usuario a través de un dispositivo de salida.
La Unidad Central de Proceso está compuesta por tres partes fundamentales:
Unidad de Control
Unidad Aritmético-Lógica
Memoria principal o
central
2.1.1 Unidad de control
Es la que dirige todas las
actividades del ordenador, o sea, es responsable del correcto funcionamiento de
los restantes componentes de la Unidad Central de Proceso. Su función es la de
posibilitar la actuación coordinada de todos los elementos que, en cada
momento, hayan de intervenir en un proceso concreto. Cabe decir, en este
sentido, que la Unidad de Control debe gobernar el funcionamiento de los
periféricos de entrada, salida y almacenamiento, al tiempo que las actuaciones
de la Memoria Central y la Unidad Aritmético-Lógica.
Por esta
razón es la encargada de interpretar el programa del que recibe las
instrucciones, codificadas convenientemente, así como de enviar las órdenes
oportunas a las unidades periféricas implicadas.
La Unidad de
Control utiliza una señal generada por un reloj interno con objeto de
sincronizar el funcionamiento operativo de cada elemento. Esta tarea es de
carácter fundamental, ya que, en caso contrario, no podría establecerse un
ritmo de operación adecuado que controlara la velocidad de trabajo de cada
componente en particular. Se comprende fácilmente que de la mayor o menor
frecuencia del reloj interno, dependerá la capacidad de hacer un número mayor o
menor de instrucciones por segundo.
No todas las instrucciones que tenga que ejecutar la Unidad de Control consumen el mismo número de señales generadas por el reloj, sino que las instrucciones complejas necesitarán más ciclos que una instrucción simple. En cualquier caso, la Unidad de Control se encargará de las siguientes funciones:
· Fijar si el ordenador está en fase de introducción del programa o en fase de ejecución del mismo.
· · Decodificar la instrucción en curso y, según sea el código de operación de la misma, mandar señal para que actúe la Unidad Aritmético Lógica a una Unidad de Entrada o a una Unidad de Salida.
· · Verificar de que se efectúan los traspases de información entre los registros y la memoria principal y viceversa.
· · Llevar el control de cuál es la instrucción que en cada momento se está ejecutando y cuál es la instrucción que deberá ejecutarse a continuación.
En la etapa de introducción del programa, la Unidad de Control activa la unidad de entrada de datos y controla que las sucesivas instrucciones que componen el programa vayan siendo almacenadas en posiciones contiguas de memoria.
En la fase de ejecución del programa, la Unidad de Control decodifica la primera instrucción del programa y según sea la naturaleza de dicha instrucción encarga su ejecución al dispositivo adecuado: las entradas y salidas a los periféricos o al canal (gestiona la unidad de control de cada periférico) y las operaciones aritméticas y lógicas al procesador.
2.1.2 Unidad aritmético – lógica
Opera con los datos que recibe
siguiendo órdenes de la unidad de control. Posee los circuitos necesarios para
realizar operaciones aritméticas y operaciones lógicas.
Las operaciones aritméticas son:
"+" Sumar
"-" Restar
"*" Multiplicar
"/" Dividir
Las operaciones lógicas son:
"No" lógico
"Y" lógico
"O" lógico
Tan sólo con
estas operaciones básicas es procesada toda la información, y se obtienen los
resultados esperados. Puede resultar asombroso que estas operaciones permitan
construir todo un sistema de procesamiento válido para cubrir completamente
cualquier tipo de necesidad informática, pero la repetición de las mismas
permite realizar las más complejas operaciones.
Al conjunto
formado por la Unidad de Control y la Unidad Aritmético-Lógica se lo denomina
Procesador Central o, más recientemente, microprocesador.
Almacena dos clases de información: por un lado las instrucciones del
programa (o informaciones descriptoras del tratamiento) que la máquina deberá
ejecutar y por otro lado los datos (o informaciones a tratar) con los cuales
efectuará la máquina los tratamientos dictados por las instrucciones. Las dos
clases de informaciones tienen su correspondencia física en dos unidades
peculiares de la máquina: la unidad de control, también llamada unidad de
instrucciones o unidad de gobierno, para las informaciones descriptoras y la
unidad aritmética y lógica o unidad de proceso, para las informaciones a
tratar.
FUNCIONES y TIPOS
Como hemos visto en el punto anterior la función de la memoria central es
almacenar el programa, los datos a ser procesados y los resultados intermedios.
Para que un programa pueda ser ejecutado debe necesariamente estar en la
memoria central o principal. La intervención de la memoria principal es
esencial para la ejecución de un programa, por lo tanto, habrá que pasarlo
previamente de la memoria auxiliar (disco o cinta magnética, tarjeta perforada,
etc.) a la memoria principal para que sea posible su ejecución.
Según el tipo de computador, las fases del proceso manejan una determinada
agrupación o cantidad de bits. Al número de bits que manipula el ordenador en
cada ciclo se lo denomina palabra.
Los primeros microordenadores que aparecieron utilizaban un microprocesador
que manipulaba palabras de 4 bits.
Los microprocesadores actuales más comunes se caracterizan por procesar
palabras de 8 y 16 bits, y para aplicaciones de mayor complejidad existen los
de 32 y 64 bits. (Téngase en cuenta que con 8 bits se pueden obtener 2^8 = 256
combinaciones diferentes y con 16 bits, 2^16 = 65.536, etc..)
Cada elemento de la memoria guarda
una palabra de información. Así, por ejemplo, si la CPU trabaja con palabras de
8 bits, que equivalen a un byte, cada posición de la memoria apropiada,
contendrá 8 bits de información. El número de palabras que es capaz de
almacenar una memoria se indica en "K", que son las kilopalabras que
contiene. Una
kilopalabra es
equivalente a 1.024 palabras (210).
Los
fabricantes de computadoras ofertan comúnmente sus modelos con una memoria de capacidad
variable, para que el usuario pueda adaptarla a sus necesidades.
Se puede
considerar a la memoria como un gran casillero, en el que cada casilla responde
a una dirección y guarda una palabra de información compuesta por un
determinado número de bits (conforme a la palabra del computador en cuestión).
La localización de una posición de memoria se denomina en informática direccionamiento y consiste en determinar la casilla que corresponde a una determinada dirección que entrega la CPU en código binario, o sea expresada con 1 y 0. De aquí se desprende que la capacidad máxima que puede disponer la Memoria principal depende del número de líneas digitales que existan en el bus de direcciones. Si éste tiene 16 líneas, con ellas se pueden hacer 2^16 = 65.536 combinaciones y, por lo tanto, se podrá direccionar un número de casillas igual a dicho valor. Podemos clasificar a las memorias de acuerdo a:
· -la forma
de acceso a las mismas, en lectura y/o grabación
· -la
permanencia de su almacenamiento (volatilidad)
· -su
principio de funcionamiento
· -tipo de
tecnología usada en su fabricación
· -tipo de utilización
De acuerdo a su función la memoria principal o central puede dividirse en dos grandes grupos: Memorias ROM y memorias RAM.
2.1.3.1 Memorias ROM
Son memorias de las que sólo se puede leer la información que previamente
se ha grabado. En este tipo de memoria, se guardan la información y los
programas básicos del funcionamiento del ordenador, como la puesta en marcha,
la inicialización, el control del teclado, el control de las entradas, etc. Son
programas que no se deben modificar, por lo que esta memoria solo es accesible
al usuario para lectura.
Este tipo de memoria es permanente, dado que no se pierde su información
aunque se corte el suministro de energía eléctrica. A su vez, dentro de las
ROM, podemos distinguir los siguientes tipos:
La memoria de lectura exclusiva (ROM) es probablemente la forma más común. Un
módulo ROM contiene instrucciones y/o datos suministrados por el fabricante. El
programa puede leerse desde el módulo, pero es imposible que un usuario
destruya o modifique el contenido del módulo escribiendo sobre él (de aquí que
sea de lectura exclusiva). Muchos fabricantes de microcomputadoras ponen a
disposición parte de su software de sistemas en módulos ROM.
Memoria programable de lectura exclusiva (PROM). Es idéntica a la ROM, excepto que es
factible grabar las instrucciones o datos en él desde el computador. En otras
palabras, un módulo PROM es como un módulo ROM en blanco. Disponiendo de un
equipo especial para grabarlo dispondremos la información en la PROM. Pero solo
puede ser grabado una vez. Después de su primer grabación se comporta como una
ROM.
Memoria programable y borrable de lectura
exclusiva (EPROM). Es
como la PROM, excepto que puede borrarse su contenido y re-escribirse
nuevamente. El tipo más nuevo de EPROM, que es eléctricamente borrable, se
denomina EEPROM. Hay varias tecnologías de circuitos EPROM, utilizando cada una
de ellas diversos métodos para efectuar el borrado de las mismas
(eléctricamente, con luz ultravioleta, etc.), pero en todos los casos se debe
realizar un borrado total y nueva re-escritura de la información.
2.1.3.2 Memorias RAM
Son memorias de acceso aleatorio, lo que significa que, para acceder a
una dirección, no hay que pasar por las anteriores. (En realidad tampoco ocurre
esto con la ROM, solo que en su momento, para cuando se le definió el nombre a
la RAM, no existía el concepto ROM y era el único dispositivo de almacenamiento
que permitía un acceso directo). Las RAM se pueden leer y escribir y se
considera la "memoria del usuario", porque se utilizan principalmente
para contener los programas y datos de trabajo para las aplicaciones del
usuario. No obstante, en todos los equipos de medianos a grandes, una porción a
veces significativa de esta memoria es ocupada por el sistema operativo y otros
programas de servicios. Estas memorias, con la tecnología actual, tienen el
inconveniente de ser volátiles (en oposición a lo dicho con las memorias ROM). Cada
vez que se deja de alimentar eléctricamente a una RAM, se pierde la información
almacenada.
2.1.3.3 Firmware
En años recientes ha habido una tendencia a construir algunas funciones del
software directamente en el hardware de la computadora. Allí, los programas
pueden ser recuperados muy rápidamente.
En muchas microcomputadoras, el sistema operativo completo y hasta el
intérprete para el lenguaje BASIC se disponen en módulos compactos de hardware.
Además existen módulos que pueden adquirirse por separado y conectárselos a
la computadora para mejorar sus prestaciones.
A este tipo de "software en hardware" se lo denomina firmware.
El firmware se dispone en memorias ROM, de alguno de los tipos vistos,
según consideración del fabricante.
Puerto: Un puerto está
terminado con un conector o clavija y permite la conexión de un elemento al
sistema informático. Un puerto será serie o paralelo según sea capaz de
transmitir un sólo bit (uno detrás de otro) o un grupo de bits respectivamente.
Algunos
ejemplos de puertos en un PC son: puerto PS/2 para teclado/ratón, puerto VGA
para el monitor.
Bus: Un bus comunica
diferentes elementos propios del sistema informático, externos (periféricos) o
entre sistemas informáticos diferentes. A diferencia del puerto, el bus es
capaz de realizar la comunicación entre varios elementos utilizando el mismo
conjunto de pistas o cables. Los buses también se pueden clasificar en buses
série o paralelo según su habilidad para transferir la información bit a bit o
en grupos de bits.
Transmisión serie/paralela
Una clasificación evidente de puertos y buses es su modo de
funcionamiento: serie o paralelo.
Transmisión serie:
En la transmisión serie se transmite bit a bit (de manera secuencial).
Las ventajas de la transmisión serie son:
Se necesita un menor cableado (muy importante al aumentar la
distancia)
Se simplifica el control de la transmisión
Inconvenientes:
Un bus o puerto serie debe funcionar a una velocidad mayor que el
bus o puerto paralelo equivalente que logra la misma velocidad efectiva
Tradicionalmente se utilizó la tecnología serie para dispositivos lentos (como teclados y ratones) o bien para aquellas ocasiones en las que la distancia a cubrir es significativa. Sin embargo, los nuevos desarrollos en las tecnologias serie han conseguido un aumento espectacular de las velocidades de transmisión manteniendo muchas de sus ventajas iniciales. Estos nuevos buses serie en muchas ocasiones reemplazan a los antiguos buses paralelo.
Buses y puertos serie: RS-232, RS-422, USB, Firewire, SATA, Thunderbolt
Transmisión en paralelo:
Se utilizan varias líneas de comunicación, cada una de las cuales
puede transmitir un bit simultáneamente. Así, la comunicación se realiza
enviando/recibiendo secuencialmente grupos de bits (por ejemplo 8, 16 o 32
según el ancho del bus o puerto).
Buses y puertos paralelos: IEE1284,
IDE o ATA, SCSI.
Conectores comunes:
2.3.1 ¿Qué es la Motherboard?
El Motherboard es el
elemento principal de la PC. Si decimos que el procesador es el cerebro. El
Motherboard es la espina dorsal, donde están conectados todos los demás
elementos de Hardware, es el componente más crítico de una computadora. De ella
dependen todos los demás componentes y, por lo tanto, el rendimiento global. En
muchas ocasiones los usuarios tienden a descuidar este dispositivo en el
momento de selección de componentes.
Físicamente, se trata de una "oblea" de material sintético, sobre la cual existe un circuito electrónico que conecta diversos elementos que se encuentran anclados sobre ella; de esta manera un motherboard puede tener hasta siete capas entre “obleas y circuito impreso”.
La placa base, placa madre
o tarjeta madre (en inglés motherboard, mainboard) sirve como medio de conexión
entre: El microprocesador, circuitos electrónicos de soporte, ranuras para
conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y ranuras especiales (slots)
que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales. Estas tarjetas de
expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como
monitores, impresoras, unidades de disco, etc.
Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de:
• Conexión física.
• Administración, control y distribución de energía
eléctrica.
• Comunicación de datos.
• Temporización.
• Sincronismo.
• Control y monitoreo.
Para que la placa base cumpla con su cometido lleva instalado un software muy básico denominado BIOS.
El motherboard es mucho más importante de lo que parece; Hoy en día con el
concepto de arquitectura abierta es posible incorporar o intercambiar partes de
la PC luego de su compra o armado, actualizar el equipo, de esta manera
distintos fabricantes pueden producir partes para incorporar en la PC.
Recordemos que las primeras PC traían sus componentes soldados a la Placa Madre
lo cual dificultaba su cambio.
Por lo tanto gracias a estas características uno puede seleccionar los
componentes de la PC de acuerdo al uso del equipo o
rendimiento que se necesite, luego actualizarlo o cambiar algún componente
dañado.
Componentes Integrados (onboard)
Este concepto se creo con la idea de abaratar el costo de los equipos, una
generación de PC salió al mercado con motherboards que además de sus
componentes habituales que a continuación veremos incluían en la misma placa de
fábrica video, sonido, modem y red. De esta manera un motherboard bajaba el
costo final ya que uno se olvida de la compra del resto de los componentes
habituales. En su contra podemos decir que estos componentes son de calidad
media lo cual limita las prestaciones de la PC, también se ve reducido en
espacio físico al incorporar estos integrados y conectores adicionales para los
que los fabricantes eliminaron zócalos de expansión, esto limita el concepto de
arquitectura modular o el intercambio de partes.
El formato de la placa esta sujeta a un estándar
de fabricación que se debe respetar para la fácil instalación en el gabinete y
su sujeción, referente a su forma rectangular y orificios de soporte. Así como
su compatibilidad a los componentes tanto internos como externos por ejemplo
zócalos de expansión PCI Express para las nuevas placas de video o conectores
USB para una cámara digital o impresora entre otras; este formato es
fundamental para la compatibilidad con todo el hardware del mercado, así
también determinados componentes requieren un diseño único partiendo por
ejemplo el zócalo del microprocesador que cada modelo del mercado tiene su propio
socket.
 |
PLACAS ATX: El formato ATX (siglas de Advanced Technology Extended') es presentado por Intel en 1995. Con un tamaño de 12 pulgadas de ancho por 9,6 pulgadas de profundo, este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes que perjudicaron a la ya mencionada placa. Los puertos más habituales (impresora Centronics, RS-232 en formato DB-9, la toma de joystick/midi y de tarjeta de sonido, los puertos USB y RJ-45 (para red a 100) y en algunos casos incluso la salida de monitor VGA, se agrupan en el lado opuesto a los slots de ampliación. El puerto DIN 5 de teclado es sustituido por las tomas PS/2
de teclado y mouse (llamadas así
por introducirlas IBM en su gama de ordenadores PS/2 y rápidamente adoptada por
todos los grandes fabricantes) y situados en el mismo bloque. Todo esto
conlleva el que muchas tarjetas necesarias se integren en la placa madre,
abaratando costos y mejorando la ventilación. Inmediatamente detrás se sitúa el
zócalo o slot de procesador y las fijaciones del ventilador (que al estar más
próxima a la fuente de alimentación y su ventilador, actúa más eficientemente),
justo al lado de la nueva conexión de fuente de alimentación (que elimina el
quemado accidental de la placa). Tras él vienen los slots de memoria RAM y
justo detrás los conectores de las controladoras IDE, SCSI (principalmente en
servidores y placas de gama alta) y de controladora de disquete, justo al lado
de las bahías de disco de la caja (lo que reduce los cables).
Cabe mencionar la versión reducida de este formato, las placas mini ATX.
El formato microATX (también
conocida como µATX) es un formato de
placa base pequeño con un tamaño máximo de 9,6 x 9,6 pulgadas (244 mm x 244 mm)
empleada principalmente en cajas tipo cubo y SFF. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 o 2 slots PCI
y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia
(para permitir conectar unidades externas de disco duro y regrabadoras de DVD).
Placa LPX:
Basada en un diseño de Western Digital, permite el uso de cajas más pequeñas en una placa ATX situando los slots de expansión en una placa especial llamada riser card (una placa de expansión en sí misma, situada en un lateral de la placa base). Este diseño sitúa a las placas de ampliación en paralelo con la placa madre en lugar de en perpendicular. Generalmente es usado sólo por grandes ensambladores como IBM, Compaq, HP o Dell, principalmente en sus equipos SFF (Small Form Format o cajas de formato pequeño). Por eso no suelen tener más de 3 slots cada uno.
BIBLIOGRAFÍA
España, U. d. (2006). Informática general. Oviedo, España: Editorial SERVITEC. Obtenido de http://di002.edv.uniovi.es/~cueva/publicaciones/monografias/48_InformaticaGeneral.pdf
Garrido López, C. A. (2008). Historia de la computación. Guatemala: Universidad de San Carlos de Guatemala. Obtenido de http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/07/07_2010.pdf
Güimi, & Ruiz Górriz, M. (2009). Hardware de PC. España: Creative Commons. Obtenido de https://guimi.net/monograficos/G-Hardware_PC/G-Hardware_PC.pdf
Moreno Pérez, J. C. (2019). Fundamentos de hardware. Editorial Síntesis. Obtenido de https://www.sintesis.com/data/indices/9788491712947.pdf
Nordeste, U. N. (19 de Mayo de 2006). El hardware, evolución y características. Obtenido de El hardware, evolución y características: http://ing.unne.edu.ar/pub/informatica/U2.pdf
Rodríguez, D. M. (2014). Manual de armado y reparación de pc. Fundación Ludovico Rutten.Obtenido de https://fundacionrutten.cl/wp-content/uploads/2018/12/manualdearmadodecomputadores.pdf
Comentarios
Publicar un comentario