Tema 1
1. Introducción y contextualización práctica
Durante este tema hablaremos sobre los aspectos básicos que componen un sistema informático, su arquitectura, las distintas formas de conectar dispositivos, y las normas de seguridad y prevención de riesgos laborales aplicables al sector informático.
2. Arquitectura de los ordenadores
La arquitectura de un ordenador está formada por una serie de circuitos electrónicos a través de los cuales se procesa información y una sucesión de instrucciones con el fin de obtener unos resultados.
Se han desarrollado diferentes arquitecturas de los ordenadores a lo largo de la historia, siendo la arquitectura y estructura de Von Neumann la implantada en los ordenadores modernos, la cual debe su origen a la máquina de Turing
La arquitectura de von Neumann, en la que están claramente inspirados los ordenadores actuales, propone la utilización de una unidad central de procesamiento ( CPU ), que contiene una unidad aritmético lógica (ALU) capaz de llevar a cabo cálculos matemáticos sencillos, un conjunto de registros que permiten el almacenamiento temporal de datos y direcciones de memoria, y una unidad de control que se encarga de recoger las instrucciones desde la memoria principal, de decodificarlas y ejecutarlas. Además, este modelo de arquitectura también propone la existencia de una memoria principal en la que residen los datos y las instrucciones, y de un bus de entrada y salida que permite cargar los programas y los datos desde un medio de almacenamiento externo y entregar un resultado.
La arquitectura de Von Neumann se fundamente en cuatro partes:
- Unidad lógica y aritmética (ALU). Parte encargada de ejecutar todos los cálculos.
- Memoria principal. Casillas numeradas para almacenar, contener información.
- Unidad de control. Encargada de la transmisión de las instrucciones entre la memoria y la unidad lógica aritmética.
- Entradas y salida (E/S). Permiten al ordenador ser interactivo, realizando la comunicación entre el ordenador y el exterior. Por ejemplo, un monitor para mostrar imágenes o un teclado para introducir información
Breve disección de la CPU
Para profundizar un poco más, normalmente una CPU se puede dividir en tres partes:
- Memoria. Tipos de memoria:
- Memoria RAM. En inglés se le llama Random Access Memory. Es la memoria de acceso aleatorio que posibilita mantener información de forma momentánea, debido a que se pierden los datos al apagarse el computador; por eso se le llama memoria volátil. Esta guarda las informaciones que se relacionan con la ejecución de los programas que están funcionando en el momento en el que se están utilizando, esto significa que mientras más pesado sea el programa mucho más espacio te estará ocupando en la memoria RAM. De igual forma sucede cuando se tienen programas abiertos. Durante el encendido de la computadora, la rutina POST verifica que los módulos de RAM estén conectados de manera correcta. En el caso que no existan o no se detecten los módulos, en la mayoría de las placas base emiten una serie de sonidos que indican la ausencia de memoria principal. Terminado ese proceso, la memoria BIOS puede realizar un test básico sobre la memoria RAM indicando fallos mayores en la RAM
- Disco duro. Es un dispositivo cuya función es almacenar el sistema operativo y toda la información del computador como son: fotografías, programas, música, trabajos y otros archivos. Actualmente los discos duros tienen una capacidad muy grande de almacenamiento y consiguen velocidades aptas para el copiado de archivos de enorme capacidad, tales como películas en formato High Definition en pocos segundos.
- Unidad de control: coordina y controla las operaciones que se hagan con los datos. Lee los datos necesarios de la memoria y activa los circuitos necesarios de la ALU.
- Unidad lógico-aritmética (ALU): realiza las operaciones aritméticas y lógicas con los datos que recibe de la unidad de control; procedentes de la memoria principal.
- Placa madre: Es el elemento más relevante que se encuentra dentro del CPU. La tarjeta madre se encarga de conectar todas las partes del procesador con la finalidad de que puedan funcionar juntas, también organiza y coordina los pasos a seguir de estas partes para permitirles la interacción de unas con otras.
- Procesador: Es el cerebro del ordenador. Su lenguaje es binario y es el único que puede comprender, su función es procesar todas las necesidades que los demás dispositivos conectados a las tarjeta madre tengan y soliciten. Para realizar esto, le asigna a cada necesidad una prioridad diferente tomando en cuenta el tipo de dispositivo a través del cual se origine la solicitud. Actualmente existen los procesadores multi núcleos que son capaces de hacer más de una operación al mismo tiempo. También incluyen una tarjeta de vídeo que se encuentra en el mismo chip del CPU.
- Fuente de poder: Su función es proveer de suministro de corriente eléctrica a todos los elementos de la computadora. Esta se conecta con la línea eléctrica proveniente del hogar en el que está ubicada en forma de corriente alterna y se convierte la corriente directa o continua. Con esta última es que trabaja el ordenador. Dependiendo del color del cable, los voltajes varían entre 3.3, 5, -5, 12, y -12 volts.
- Tarjeta de vídeo
- Unidad óptica
También es importante tener en cuenta que un ordenador puede tener más de una CPU y a esto se le llama multiprocesamiento. Puede que alguna vez hayas escuchado el término: procesador de doble núcleo. En estos días lo más normal es tener al menos dos procesadores o dos núcleos de procesamiento.
En inglés se denomina dual-core (doble núcleo) y uno con cuatro quad-core (cuatro núcleos); cada core procesa diferentes informaciones al mismo tiempo.
Un mito de la tecnología es pensar que cuántos más nucleos en el procesador, va a mejorar más la velocidad; y no tiene que ser así. Se debe tener en cuenta varios factores porque si el software no está bien optimizado de nada sirve tener 8 núcleos, por ejemplo.
Diferencia entre CPU y GPU
En general, una CPU y una GPU son lo mismo: circuitos integrados con un montón de transistores que realizan cálculos matemáticos leyendo números en binario; es decir, unos y ceros.
La diferencia es que la CPU es un procesador de propósito general, con el que podemos hacer cualquier tipo de cálculo, mientras que la GPU es un procesador de propósito específico: está optimizada para trabajar con grandes cantidades de datos y realizar las mismas operaciones, una y otra vez.
3. Componentes de un sistema informático
- Placa base:
Placa base, conocida también como motherboard, es el componente más importante de un ordenador.
En la placa base están conectados el resto de componentes del sistema informático, y su función
consiste en garantizar la transmisión de todos los datos entre los componentes conectados.
Existen diferentes tipos de placa base, siendo las más conocidas:
- ATX: Es la placa más habitual. La mayoría de fabricantes adaptan el tamaño de la caja para ser compatible e integrar dicha placa. Su dimensión standard es de 305 x 330 mm.
- Otros formatos derivados de ATX son MicroATX y MiniATX, son placas de menor tamaño o reducido tamaño, sus dimensiones son de 244 x 244 mm y 150 x 150 mm respectivamente.
- ITX. Son placas utilizadas en equipos que requieren altas prestaciones técnicas, como pueden ser equipos informáticos de diseño, gaming (ordenadores para videojuegos) o determinados servidores.
Partes de la placa madre
- Conectores de alimentación. ambién llamados fuente de poder, este dispositivo convierte la corriente alterna (CA) en una o muchas corrientes continuas (CC).
- Zócalo de CPU. Se trata de un receptáculo que encastra al microprocesador y lo une con los demás componentes utilizando un bus frontal dentro de la placa base. Si la tarjeta madre sólo tiene un zócalo para el microprocesador, entonces es llamado monoprocesador. Pero en caso de que tenga dos o más zócalos, entonces se le llamará placa multiprocesador.
- Ranuras de RAM. Se les llama slots en inglés y son ranuras de memoria de acceso aleatorio. Tienen de 2 a 6 a ranuras en la misma placa base en común. En ellas las memorias se insertan dependiendo de su capacidad, fabricante y su velocidad correspondiente comparándose con la compatibilidad del CPU y de la placa base.
- Chipset.
Es una clase o conjunto de circuitos electrónicos cuya función es gestionar las
transferencias de datos que se realizan entre los distintos componentes del computador.
Estos son la memoria, el procesador, la unidad de almacenamiento secundario, la tarjeta gráfica,
entre otros. Por lo general el chipset se divide en dos partes:
- Puente norte (northbridge): administra la interconexión entre la memoria RAM, la unidad de procesamiento gráfico y el microprocesador.
- Puente sur (southbridge): tiene como función gestionar la interconexión entre los dispositivos de almacenamiento y los periféricos. Estas son las unidades de disco óptico o los discos duros.Las líneas de procesadores de escritorio más recientes integran al controlador de memoria adentro del procesador, también se caracterizan por retardar su degradación de 100 a 200 años aproximadamente.
- El Reloj. Se encarga de regular la velocidad con la que se ejecutan las instrucciones de los periféricos internos y del microprocesador.
- La CMOS. Esta es una memoria pequeña que contiene información importante cuando el equipo no se encuentra conectado a una fuente de alimentación eléctrica. Esta información es la configuración del equipo, la fecha y la hora, entre otros datos básicos.
- El BIOS. Es un programa ubicado en una memoria no volátil. Se caracteriza por ser específico de la placa madre y su función es la interfaz de bajo nivel entre algunos periféricos y el microprocesador. Complementos De Estudio
- Componentes de almacenamiento
Componente de almacenamiento, es el dispositivo donde normalmente se
almacena el sistema operativo. También se puede utilizar como una unidad
secundaria a fin de disponer de más espacio para almacenar información o
realizar copias de seguridad. Dependiendo del mecanismo o tecnología se
pueden encontrar:
- Dispositivos de almacenamiento magnético. Sistema que se basa en el principio del magnetismo. El dispositivo magnético más conocido y utilizado es el disco duro, está formado por una serie de discos rígidos, platos, brazo, cabezas y carcasa. Las interfaces de conexión pueden ser SATA, SCSI o USB y en cuanto a tamaño de 3,5 y 2,5 pulgadas.
- Dispositivos de almacenamiento electrónico. Tecnología que emplea componentes semiconductores para almacenar información en chips de memorias flash. El dispositivo más conocido es el SSD, Solid State Drive. Éstos están sustituyendo al tradicional disco duro dadas las ventajas que presenta, son capaces de transmitir a 600 MB/s a través de la conexión SATA, siendo las lecturas y transmisiones mucho más rápidas, proporcionando una fiabilidad y durabilidad muy superior.
- Dispositivos de almacenamiento óptico. Son conocidos por utilizar un sistema óptico o laser para transmitir datos digitales a otro soporte como puede ser: CD o DVD
- Memoria
Memoria RAM (Random Access Memory).
Las memorias RAM más utilizadas actualmente son las DDR4. Es la tecnología
más actual, capaz de trabajar a 4600 MHz y con un almacenamiento de
hasta 32GB.
Las placas base suelen incorporar varias ranuras para conectar módulos de
memoria RAM, siendo los más habituales:
- DIMM. Utilizadas en placas de equipos de sobremesa. Permiten conectar memorias DDR, 1, 2, 3 y 4.
- SO-DIMM: Semejante a las DIMM, pero con un tamaño reducido. Utilizado normalmente en portátiles o servidores.
- Fuentes de alimentación. Su función consiste básicamente en transformar la corriente alterna (240V) en corriente continua y facilitar la corriente eléctrica para todos los elementos electrónicos que forman el sistema informático. Hay distintos tipos de formatos: ATX, SFX o formato servidor.
Breve inciso en los conectores SATA
¿Qué es la conexión SATA y para qué sirve?
El término SATA significa Serial Advanced Technology Attachment, que en español sería algo así como Accesorio de tecnología avanzada en serie. Además del nombre SATA, también te lo vas a poder encontrar en algunos sitios como Serial ATA o S-ATA.
Se trata de una interfaz de bus para la transferencia de datos entre la placa base y otros componentes que conectas a ella. Su uso sobre todo se dirige a conectar unidades de almacenamiento a la placa base, como pueden ser varios tipos de discos duros incluyendo modelos de SSD, o unidades de disco como BluRay o DVD.
SATA es la interfaz que sustituyó al estándar anterior, conocido como PATA (Parallel-ATA) o IDE. Como suele pasar en estos casos el SATA llegó con mayores velocidades, mejor funcionamiento con varias unidades conectadas, y la posibilidad de conectar al momento el disco duro o la unidad que sea sin tener que apagar el ordenador.
La tecnología SATA ofrece una arquitectura "de punto a punto", lo que quiere decir que ofrece una conexión física directa entre el puerto y el dispositivo.
Los conectores SATA empezaron a llegar en el año 2003, y se han mantenido como el gran estándar dentro de las conexiones para discos duros hasta el día de hoy. Sin embargo, su liderazgo está empezando a mermar debido a la llegada de una tecnología que hace las veces de sucesora, y es el estándar M.2 que empezamos a ver en muchas unidades SSD.
4. Periféricos y conexión de dispositivos
Los ordenadores disponen de conexiones de entrada y salida (E/S) para intercambiar datos entre el procesador y los dispositivos conectados.
Se distinguen:- Periféricos de entrada: Permiten la entrada de información al ordenador. Los más habituales son teclado, ratón, micrófono, escáner, etc.
- Periféricos de salida: Muestran información al exterior que previamente ha sido generada en el ordenador. Los más comunes son monitores, impresoras, auriculares, etc.
- Periféricos E/S: Son periféricos que permiten tanto la entrada de información al ordenador como la salida al exterior. Por ejemplo, una pantalla táctil.
5. Normas de seguridad y prevencion de riesgos laborales
La normativa sobre prevención de riesgos está recogida y constituida por la Ley 31/1995 de 8 de noviembre, de Prevención de Riesgos Laborales (LPRL), y como indica en su Artículo 2: tiene por objeto promover la seguridad y la salud de los trabajadores mediante la aplicación de medidas y el desarrollo de las actividades necesarias para la prevención de riesgos derivados del trabajo