Estructura Basica de la Computadora
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Estructura Basica de la Computadora Document Transcript

  • 1. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora ESTRUCTURA BÁSICA DE LA COMPUTADORA Existe una gran cantidad de dispositivos en una computadora. Debido a que el número de piezas para integrar se ha reducido considerablemente, ni siquiera somos conscientes de la existencia de muchos de ellos. A continuación, los enumeraremos y explicaremos su funcionamiento, dividiéndolos en seis bloques: el microprocesador, la memoria, los buses, los controladores, los adaptadores, y los periféricos. El microprocesador La historia del microprocesador se remonta a los años 70, década en la que una compañía japonesa llamada Busicom le pidió a Intel (una de las compañías productoras de procesadores, controladores y circuitos integrados más importante del mundo) que desarrolle un chip para hacer funcionar una calculadora. No era necesario que fuese demasiado potente: lo fundamental era que tuviese un tamaño, consumo energético y producción calórica reducidos. Así, nació Intel 4004, al que hoy se lo reconoce como el primer microprocesador de la historia. Dotado de 2300 transistores que corren a una velocidad máxima de 760 KHz con un poder de procesamiento de 4 bits y con un encapsulado de 16 pines, no era algo impresionante para su época. No obstante, su hermano 8080 fue el primer procesador para computadoras, y el siguiente, el 8086, es aún hoy la base de los diseños de microprocesadores. Figura 1. Esta imagen muestra el núcleo de un procesador Intel 80386 visto a través de un microscopio. Este procesador fue el primero en ejecutar código de 32 bits. Actualmente, podemos imaginar a un procesador como una pastilla de silicio complejísima (con más de 110 millones de transistores en una superficie de alrededor de 120 mm2), montada sobre una pequeña placa de cobre recubierta por material orgánico. Esta pequeña placa funciona como medio entre la pequeña pastilla de silicio y los pines del procesador (que están hechos de oro, con un centro de cobre para proveer la capacidad eléctrica necesaria). Su función consiste en llevar a cabo muchas de las operaciones que realiza la computadora: tanto las aritméticas, como el procesamiento y el movimiento de datos que eso conlleva. Incluso, los actuales procesadores de AMD (Advanced Micro Devices, la segunda empresa fabricante de procesadores) van un paso más allá e incorporan un controlador de memoria RAM en el mismo procesador, lo que, lógicamente, aumenta de forma notable su complejidad. Existen muchos modelos de procesador, incluso en los productos de una misma empresa. Los modelos Sempron y Celeron (de AMD e Intel, respectivamente) son procesadores de gama baja, mientras que los AMD Athlon 64 e Intel Pentium D y
  • 2. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora Core 2 (otra vez, de AMD e Intel) pertenecen a la gama media y alta. Esta división en modelos se origina a partir de las demandas del mercado, tanto de procesadores económicos y poco potentes para usar en tareas de oficina, como también de procesadores de altísimo desempeño para estaciones de trabajo y servidores. Figura 2. Aquí vemos un AMD Athlon 64. Como podemos observar, la cubierta metálica protege el frágil núcleo de silicio de posibles golpes. La memoria Así como el procesador, la memoria es una de las piezas más importantes para determinar el rendimiento de la computadora. Es la encargada de almacenar los datos con los que el procesador está trabajando, por lo que su capacidad y velocidad harán variar considerablemente el rendimiento de la computadora. Los datos que almacena son tanto los de entrada que esperan a ser procesados, como los elementos con los que el procesador ya trabajó y están esperando ser enviados al chipset para ser distribuidos a las distintas piezas de la PC. El procesador y la memoria son una pareja indivisible, al punto de que uno no puede funcionar sin el otro. Esto quiere decir que, entre ambas, forman la parte más poderosa de la computadora, preparada para trabajar con los cálculos necesarios, lo que determina en gran medida su rendimiento (aunque no la única, como veremos más adelante). Los buses Debemos pensar en la computadora como en un conjunto de piezas con distintas funciones que se comunican entre sí. Muchas de ellas son fundamentales para el correcto funcionamiento (incluso para el encendido de la computadora), mientras que otras son accesorios que nosotros agregamos para aumentar la eficiencia o como un lujo para nuestro ordenador (por ejemplo, la placa de sonido). Estos componentes se comunican entre sí millones de veces por segundo. Para darnos una idea, una de las palabras clave del mundo de la informática es el Hz, o Hertz. Un Hertz es, básicamente, un pulso por segundo, una frecuencia (lo mismo que en la radio). El prefijo mega implica un millón, por lo que un MHz (modo abreviado de MegaHertz), representa un millón de pulsos por segundo. Si tomamos en cuenta el bus PCI, que en la actualidad es usado por los dispositivos internos de menor importancia como módems, placas de red, de sonido o USB, veremos que éste opera a 33 MHz, lo que indica una gran complejidad de las comunicaciones incluso para dispositivos simples. Por supuesto, sería increíblemente complejo mantener semejantes frecuencias con señales analógicas. Por eso, la PC usa señales digitales. Una señal digital se maneja con ceros (ciclos que no contienen carga eléctrica) y unos (ciclos en que se envía una carga determinada). Existen varias piezas en las computadoras que manejan los distintos canales de comunicación entre dispositivos. A estos canales los llamamos buses, y dentro de una computadora existen muchos y de distintos tipos, como los seriales y paralelos. Los buses funcionan con un conjunto de conexiones eléctricas (compuestas por pistas en un PCB –Printed Circuits Board– o cables) unidos a una controladora de algún tipo. Una de las piezas más importantes para dirigir el flujo de datos (y que en los sistemas Intel incluye aun el controlador de memoria para comunicar el procesador y la RAM) es el llamado chipset. Éste generalmente consta de dos piezas (aunque muchos de los de hoy en día están unificados, es decir, integrados en una sola) a los que denominamos Northbridge o Puente Norte y Southbridge o Puente Sur, además de un chip llamado Súper I/O o
  • 3. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora LPC (Low Pin Count). En el siguiente diagrama veremos cómo se comunican los puentes y qué tipo de información manejan. Figura 3. Comunicación entre los puentes y tipos de información que manejan. Northbridge: comunica el procesador con la memoria en los sistemas Intel (esta función es realizada por el IMC de los Athlon 64), con el bus de la placa de video (que puede ser AGP o PCI Express), con el bus PCI-E y otros dispositivos veloces. Southbridge: trabaja comunicando a las diversas partes con otras más lentas, como la interfaz IDE, SATA, PCI, USB, etc. Súper I/O: este es el componente de menor importancia en la coordinación de buses. Este chip comunica al procesador con los elementos que hoy podemos definir como obsoletos: puerto de disquetera, puertos series y paralelos y hasta los puertos de teclado y mouse del tipo PS/2. Vale destacar que esta configuración está presente en prácticamente todas las computadoras actuales, aunque puede haber pequeñas variaciones. También forma parte del diseño original de la computadora, aunque ya no podamos apreciarlo porque ha pasado a formar parte de la prehistoria informática. Hoy en día, se han dejado de lado muchos buses antiguos como el XT, el ISA, el VESA, etc. en el intento de reducir costos y
  • 4. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora tamaño. Por eso, no siempre nos encontraremos con los mismos conectores en las distintas computadoras con las que trabajemos. Como hemos dicho, no siempre nos encontraremos con las mismas configuraciones a la hora de trabajar. Con el avance del tiempo y la tecnología, los buses son reemplazados por otros nuevos. La expectativa de vida útil de
  • 5. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora un zócalo ronda entre 5 y 10 años (contando sus actualizaciones y no con la versión original). Si bien los buses más lentos pueden generar cuellos de botella, no es muy común que esto suceda. Por citar un ejemplo, en la actualidad, la placa de video Radeon X1600 Pro parece ser la mejor elección para sistemas con AGP y, contrario a lo que se podría pensar, su rendimiento no se ve muy afectado si se usa en sistemas AGP 4x. Mientras que muchas computadoras obsoletas poseen buses antiguos como los recién vistos, otras poseen buses más modernos como los que veremos a continuación.
  • 6. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora Controladoras y adaptadores Las controladoras y los adaptadores de una computadora son los componentes que permiten que los datos trabajados por el procesador alcancen determinado periférico. El trabajo de estos componentes consiste en modificar los datos y señales para que lleguen y se muestren correctamente en el periférico correspondiente. La necesidad de diversos adaptadores se debe a que cada periférico trabaja a su manera. Mientras que una impresora trabaja con señales digitales, el monitor (al menos mientras usa la clásica ficha VGA) se vale de señales analógicas de determinada frecuencia, como también los parlantes. ¿Cuál es la diferencia entre un controlador y un adaptador? Básicamente, la diferencia radica en el poder del dispositivo. Si éste es capaz de realizar tareas por sí mismo con los datos enviados por el microprocesador (como es el caso de las actuales placas de video y muchas de las de sonido), estamos ante una controladora. Éstas son muy útiles a la hora de aumentar el rendimiento de la computadora, ya que realizan su trabajo sin cargar al procesador o, incluso, le reducen sus tareas realizándolo ellas. Para dar un ejemplo: las placas de video en la actualidad son mucho más poderosas que el procesador mismo para el procesamiento de gráficos. El procesador se ha convertido en un peón que trabaja con los cálculos físicos de la escena y tan sólo envía datos para procesar a la placa de video. Figura 4. Placa de video moderna. El trabajo que hacen sus chips es tan complejo que levantan altas temperaturas y necesitan ser refrigerados, a diferencia de otros adaptadores. Si, en cambio, tan sólo toma señales ya procesadas y las modifica para su uso en un periférico (como es el caso de los módems dial-up económico), es un adaptador. Existen muchas controladoras y adaptadores dentro de un gabinete o en el motherboard (dado que éste integra muchísimos dispositivos), para que el procesador se encuentre cada vez más libre de tareas. Interfaces Las interfaces son distintos tipos de buses cuya función es comunicar a algunos dispositivos con el destinatario de la interfaz. En la actualidad, los principales usuarios de interfaces son los discos rígidos, aunque también podemos mencionar las lectoras y grabadoras de CDs y DVDs. Existen, básicamente, tres tipos de interfaz: la clásica IDE (Integrated Drive Electronics), el poderoso y caro SCSI (Small Computer System Interface) y el moderno SATA (Serial Advanced Technology Attachment). Cada una de estas interfaces cuenta con una diferente forma de funcionar.
  • 7. Universidad Tecnológica del Sur de Sonora Figura 5. Grupo de puertos Serial ATA, cuyo tamaño es mucho más reducido que el de un puerto IDE de 40 contactos. Mientras que IDE es una interfaz clásica, paralela, de un ancho de bus importante corriendo a baja frecuencia, SCSI es una mejora pensada para usar en servidores, en los que se usan discos rígidos más rápidos y se necesita más velocidad. Por último, SATA es más moderna y tiene una interfaz serial que corre a 1.5 ó 3 GHz dependiendo de la versión (contra los 33 MHz de IDE, que está montado sobre el bus PCI) y dobla el ancho de banda provisto por IDE. Además, incluye mejoras para el Hot Swap (intercambio de partes con la computadora prendida) y heredó de su par de servidores, el SCSI, la tecnología NCQ (Native Command Queuing), que permite reducir aún más el uso del CPU y así aumentar notablemente la velocidad. Periféricos Por último, definiremos a los periféricos. Éstos son piezas que realizan funciones determinadas como el teclado, el mouse, las cámaras fotográficas digitales, los reproductores MP3, las unidades de disco y cualquier otra cosa que podamos conectar a nuestra computadora. Generalmente, se conectan a los puertos serie, paralelo, USB o IEEE1394 (Fire-Wire) y están en contacto directo con los usuarios. Figura 6. Los puertos que incluye nuestro motherboard son usados por los periféricos para comunicarse con la PC.