Informática

Hardware. Soporte físico. Periféricos. Memoria. Microprocesador. CPU (Central Process Unit). Fuente de alimentación. Filtrado. Conexión de dispositivos. Placa base. Bios. Tipos de buses

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1. Hardware o soporte físico

Lo forman todos los elementos de un ordenador: la portada, impresora, ratón, teclado, disco duro... es decir, todo aquello que pueda tocar con mis manos.

1.1 periféricos

Se denominan periféricos tanto a las unidades o dispositivos a través de los cuales el ordenador se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal

Según la definición de periférico dada anteriormente, éstos están constituidas por unidades de entrada, unidades de salida y unidades de memoria masiva auxiliar. Estas últimas unidades también pueden considerarse como unidades de E/S, ya que el ordenador central puede escribir (dar salidas) sobre ellas, y la información escrita puede ser leída, es decir, ser dada como entrada. Ahora bien, la información grabadas en estos soportes no es directamente inteligible para el usuario de la ordenador, esto es, no puede haber una intercomunicación directa usuario-ordenador como la que hay a través de un teclado/pantalla.

El ordenador es una máquina que no tendría sentido si no se comunicase con el exterior, es decir, si pareciese de periféricos. Por lo que debe disponer de:

  • Unidad(es) de entrada, a través de la(s) cual(es) poderle dar los programas que queramos que ejecute y los datos correspondientes.

  • Unidad(es) de salida, con la(s) que la ordenador nos da los resultados de los programas.

  • Memoria masiva o auxiliar, que facilite su funcionamiento y utilización.

Los dispositivos de E/S transforman la información externa en señales codificadas, permitiendo su transmisión, detección, interpretación, procesamiento y almacenamiento de forma automática. Los dispositivos de Entrada transforman la información externa (instrucciones o datos tecleados) según alguno de los códigos de entrada/salida (E/S). Así el ordenador recibe dicha información adecuadamente preparada (en binario). En un dispositivo de Salida se efectúa el proceso inverso: la información binaria que llega del ordenador se transforma de acuerdo con el código de E/S en caracteres escritos inteligibles por el usuario.

Hay que distinguir claramente entre periféricos de un ordenador y máquinas auxiliares de un determinado servicio informático. Las máquinas auxiliares no están físicamente conectadas al ordenador (su funcionamiento es totalmente autónomo) y sirven para preparar o ayudar en la confección o utilización de la información que se da a, o produce, el ordenador. Por ejemplo, hace algunos años existían máquinas autónomas para perforar tarjetas, para grabar cintas magnéticas manualmente a través de un teclado, para separar el papel continuo producido por un programa a través de la impresora, etc.

Tampoco hay que confundir periférico con soporte de información. Por soporte de información se entiende aquellos medios físicos sobre los que va la información. Por unidades o dispositivos periféricos se entiende aquellos elementos encargados de transcribir la información al correspondiente soporte.

1.2. Conexión de periféricos al ordenador.

Las unidades funcionales del ordenador , así como éstas con los periféricos, se comunican por conjuntos o grupos de hilos denominados buses.

Como las unidades del ordenador central funcionan a velocidades muy elevadas, se intercomunican con buses paralelos. Sin embargo, hay periféricos que actúan, en comparación con las unidades centrales, muy lentamente y además pueden estar muy alejados del ordenador central necesitándose hilos muy largos para realizar la conexión. En este caso es aconsejable una conexión de tipo serie.

Los periféricos se interconectan al bus del sistema directamente, o bien a través de unos circuitos denominados interfaces.

Existe una gran diversidad de periféricos con distintas características eléctricas y velocidades de funcionamiento. Las interfaces son para adaptar las características de los periféricos a las del bus del sistema.

Más concretamente, las interfaces cubren básicamente estos tres objetivos:

  • Conversión de datos: Adaptan la representación de datos del bus del sistema a la representación de datos del periférico. Si el periférico, por ejemplo, es de tipo serie la interfase realiza la conversión de paralelo a serie (si es un dispositivo de salida) o de serie a paralelo (si es un dispositivo de entrada).

  • Sincronización: La velocidad operativa del ordenador central suele ser mucho mayor que la de los periféricos. La interfase regula el tráfico de información para que no se den problemas de desincronización o pérdidas de información. Los periféricos (o las interfases) incluyen una memoria intermedia o tampón ("buffer"), efectuándose el tráfico de datos entre el periférico y el bus a través de ella. La interfase suele actuar con unas señales de control y estado que intercambia con la CPU indicando situaciones tales como que está preparada o lista para recibir o transmitir, que ha reconocido la llegada de unos datos, que desea ser atendida por la CPU, etc.

  • Selección de dispositivos: Las interfaces también se encargan de identificar la dirección del periférico que debe intervenir en tráfico de datos. Todos los periféricos están conectados físicamente al bus del sistema, pero en una transmisión concreta, por lo general, solamente uno de ellos debe estar conectado lógicamente al bus de datos, para transmitir a través de él.

1.3 Clasificación de los periféricos

Los periféricos se dividen en tres categorías, ya conocidas:

  • Unidades de entrada.

  • Unidades de salida.

  • Unidades de memoria masiva auxiliar (mixtas).

No necesariamente las distintas unidades están físicamente individualizadas en módulos independientes, pudiendo, por ejemplo, estar montadas una unidad de entrada y una unidad de salida conjuntamente. Así un terminal interactivo suele estar constituido por un teclado (unidad de entrada) acoplado solidariamente a una pantalla (unidad de salida).

A veces se dice que estas unidades son de tipo mixto. Incluso hay dispositivos de entrada que únicamente tienen sentido actuando conjuntamente con un dispositivo de salida (Ejemplo: lápiz óptico).

Las unidades de memoria masiva pueden considerarse como unidades de E/S mixtas. Así una unidad de cinta magnética, cuando lee información de una cinta, actúa como dispositivo de entrada; cuando escribe o graba información procedente de la ordenador central, actúa como unidad de salida. Los periféricos más usuales son los siguientes:

1.4 Unidades de entrada

  • Teclado,

  • Ratón,

  • Lápiz óptico,

  • Lector óptico

  • Lector de caracteres imanables

  • Lector de bandas magnéticas

  • Lector de tarjetas "Chip" o inteligentes (Smart Card)

  • Lector de marcas

  • Lector de caracteres manuscritos

  • Lector de códigos de barras

  • Reconocedores de voz

  • "Joystick "o palanca manual de control

  • Digitalizador o tabla gráfica

  • Pantalla sensible al tacto

  • Scanner o rastreadores

1.5 Unidades de salida

  • Impresora

  • Sintetizado de voz

  • Visualizador

  • Trazador de gráficos o "plotter"

  • Monitor

  • Microfilm

  • Instrumentación científica o industrial

  • 8. Unidades de memoria masiva auxiliar

  • Cinta magnética

  • Disco magnético

  • Tambor magnético

  • Disco óptico

  • Sistema de CD-ROM

  • DVD- Disco Versátil Digital.

1.6 Unidades Mixtas

  • Terminal interactivo

  • Terminal teletipo

  • Pantalla sensible al tacto

  • Lectora/perforadora de tarjetas

  • MODEM

Existe otra clasificación de los periféricos del ordenador según a qué distancia de éste se encuentren. Según esto encontraremos:

  • Locales: Se encuentran cerca del ordenador.

  • Remotos: Si debido a su situación lejana la conexión hay que realizarla a través de líneas especiales de transmisión.

2. carcasa

Es la encargada de alojar todos los componentes internos del ordenador, asi como unir todos los dispositivos de entrada y de salida.

Existen diferentes tamaños de carcasas que se denominan carcasas minitorre, semi torre, gran torre o de sobremesa. Su uso dependerá del espacio que tengamos disponible donde se alojará en un futuro, de la cantidad de tarjetas internas que queramos alojar en ella, etc.

En el exterior de la carcasa y en su frontal, podemos distinguir diversos elementos tales como pulsadores, indicadores luminosos e incluso, en determinados modelos, una pequeña "cerradura" que conmutándola bloqueamos el teclado como medida de seguridad.

2.1 Los pulsadores más comunes son :

- Botón de RESET, que nos sirve para reiniciar el ordenador,
- Botón de TURBO (actualmente obsoleto), utilizado para conmutar la velocidad del ordenador. En ordenadores basados en procesadores 486 e inferiores podíamos cambiar la velocidad de proceso de la CPU. Las nuevas tecnologías han eliminado esta opción.

2.2 Los indicadores luminosos que nos encontraremos son los siguientes :

- Indicador de DISCO DURO(H/DISK), que nos mostrará cuando se encuentre encendido que el disco duro está leyendo,
- Indicador de TURBO (en caso de haberlo), que permanecerá encendido cuando tengamos al ordenador trabajando a su máxima velocidad.
- Indicador de POWER, que nos indica cuando la máquina está encendida.

Es posible el uso de displays numéricos que nos indicarán supuestamente la velocidad de trabajo del ordenador. En los modernos equipos que nos vamos encontrando, este tipo de displays es cada vez menos común. Decimos supuestamente porque no hay que fiarse de lo que muestre el display ya que nada tiene que ver con la frecuencia de trabajo del ordenador, a no ser que lo hayamos ajustado previamente. Esta operación es muy sencilla; no hay más que cambiar unos pequeños interruptores en su parte posterior para cambiar el número que aparece en dicho indicador.

Todos estos indicadores e interruptores están internamente conectados a la placa base mediante unos cables que son fácilmente identificables debido a su gran número y diversidad de colores.
En el frontal de la carcasa encontramos también las ranuras de inserción de las disqueteras, de los dispositivos tamaños 5 1/4" (lease CD-ROM, CD-RW, DVD, etc) y de los demás dispositivos que puedan ser exteriormente manipulados por el usuario.
En la parte posterior encontramos los huecos que, cuando esté montado, nos mostrarán por lo general lo siguiente :

- Conectores externos de las diferentes tarjetas que tengamos pinchadas en la placa principal.
- Conector de teclado.
- Conectores puerto serie y paralelo
- Otro tipo de conectores que están supliendo a los clásicos puertos serie como son los PS/2.

Espacio reservado para la fuente de alimentación que , cuando esté montado, nos mostrará el ventilador que disipará el calor que esta genere y los conectores para los cables que unirán dicha fuente con la red eléctrica, así como el selector de voltaje dependiendo de la tensión existente en el futuro lugar de trabajo

3. Fuente de alimentación

La Fuente de Alimentación, es un montaje eléctrico/electrónico capaz de transformar la corriente de la red electrica en una corriente que el pc pueda soportar

'Informática'

1. Transformación.

Este paso es en el que se consigue reducir la tensión de entrada a la fuente (220v o 125v) que son los que nos otorga la red eléctrica.

Esta parte del proceso de transformación, como bien indica su nombre, se realiza con un transformador en bobina.

La salida de este proceso generará de 5 a 12 voltios.

2. Rectificación.

La corriente que nos ofrece la compañía eléctrica es alterna, esto quiere decir, que sufre variaciones en su linea de tiempo, con variaciones, nos referimos a variaciones de voltajes, por tanto, la tensión es variable, no siempre es la misma.

Eso lógicamente, no nos podría servir para alimentar a los componentes de un PC, ya que imaginemos que si le estamos dando 12 voltios con corriente alterna a un disco duro, lógicamente no funcionará ya que al ser variable, no estaríamos ofreciéndole los 12 voltios constantes.

Lo que se intenta con esta fase, es pasar de corriente alterna a corriente continua, a través de un componente que se llama puente rectificador o de Graetz.

Con esto se logra que el voltaje no baje de 0 voltios, y siempre se mantenga por encima de esta cifra.

3. Filtrado

Ahora ya, disponemos de corriente continua, que es lo que nos interesaba, no obstante, aun no nos sirve de nada, porque no es constante, y no nos serviría para alimentar a ningun circuito

Lo que se hace en esta fase de filtrado, es aplanar al máximo la señal, para que no hayan oscilaciones, se consigue con uno o varios condensadores, que retienen la corriente y la dejan pasar lentamente para suavizar la señal, así se logra el efecto deseado.


4. Estabilización

Ya tenemos una señal continua bastante decente, casi del todo plana, ahora solo nos falta estabilizarla por completo, para que cuando aumenta o descienda la señal de entrada a la fuente, no afecte a la salida de la misma.

Esto se consigue con un regulador.

3.1 Tipos de Fuentes

Después de comentar estas fases de la fuente de alimentación, procederemos a diferenciar los dos tipos que existen actualmente.

Las dos fuentes que podremos encontrarnos cuando abramos un ordenador pueden ser: AT o ATX

Las fuentes de alimentación AT, fueron usadas hasta que apareció el Pentium MMX, es en ese momento cuando ya se empezarían a utilizar fuentes de alimentación ATX.

Las características de las fuentes AT, son que sus conectores a placa base varían de los utilizados en las fuentes ATX, y por otra parte, quizás bastante más peligroso, es que la fuente se activa a través de un interruptor, y en ese interruptor hay un voltaje de 220v, con el riesgo que supondría manipular el PC.

También destacar que comparadas tecnológicamente con las fuentes ATX, las AT son un tanto rudimentarias electrónicamente hablando.


En ATX, es un poco distinto, ya que se moderniza el circuito de la fuente, y siempre está activa, aunque el ordenador no esté funcionando, la fuente siempre está alimentada con una tensión pequeña para mantenerla en espera.

Una de las ventajas es que las fuentes ATX no disponen de un interruptor que enciende/ apaga la fuente, si no que se trata de un pulsador conectado a la placa base, y esta se encarga de encender la fuente, esto conlleva pues el poder realizar conexiones/ desconexiones por software.


Existe una tabla, para clasificar las fuentes según su potencia y caja.

Sobremesa AT => 150-200 W
Semitorre => 200-300 W
Torre => 230-250 W
Slim => 75-100 W
Sobremesa ATX => 200-250 W

No obstante, comentar, que estos datos son muy variables, y unicamente son orientativos, ya que varía segun el numero de dispositivos conectados al PC.

3.2 Conexión de Dispositivos

En Fuentes AT, se daba el problema de que existian dos conectores a conectar a placa base, con lo cual podia dar lugar a confusiones y a cortocircuitos, la solución a ello es basarse en un truco muy sencillo, hay que dejar en el centro los cables negros que los dos conectores tienen, asi no hay forma posible de equivocarse.

'Informática'

En cambio, en las fuentes ATX solo existe un conector para la placa base, todo de una pieza, y solo hay una manera de encajarlo, así que por eso no hay problema

'Informática'

Existen dos tipos de conectores para alimentar dispositivos:

El más grande, sirve para conectar dispositivos como discos duros, lectores de cd-rom, grabadoras, dispositivos SCSI, etc...

'Informática'

Mientras que el otro, visiblemente más pequeño, sirve para alimentar por ejemplo disqueteras o algunos dispositivos ZIP.


4. placa base

La "placa base" (mainboard), o "placa madre" (motherboard), es el elemento principal de todo ordenador, en el que se encuentran o al que se conectan todos los demás aparatos y dispositivos.

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; los principales son:

  • el microprocesador, "pinchado" en un elemento llamado zócalo;

  • la memoria, generalmente en forma de módulos;

  • los slots o ranuras de expansión donde se conectan las tarjetas;

  • diversos chips de control, entre ellos la BIOS.

Una placa base moderna y típica ofrece un aspecto similar al siguiente:

'Informática'
'Informática'

4.1 tipos

Las placas base existen en diferentes formas y con diversos conectores para periféricos. Para abaratar costes permitiendo la intercambiabilidad entre placas base, los fabricantes han ido definiendo varios estándares que agrupan recomendaciones sobre su tamaño y la disposición de los elementos sobre ellas.

De cualquier forma, el hecho de que una placa pertenezca a una u otra categoría no tiene nada que ver, al menos en teoría, con sus prestaciones ni calidad. Los tipos más comunes son:

ATX

La placa de la foto superior pertenece a este estándar. Cada vez más comunes, van camino de ser las únicas en el mercado.

Se las supone de más fácil ventilación y menos maraña de cables que las Baby-AT, debido a la colocación de los conectores. Para ello, el microprocesador suele colocarse cerca del ventilador de la fuente de alimentación y los conectores para discos cerca de los extremos de la placa.

La diferencia "a ojo descubierto" con las AT se encuentra en sus conectores, que suelen ser más (por ejemplo, con USB o con FireWire), están agrupados y tienen el teclado y ratón en clavijas mini-DIN como ésta: 'Informática'
. Además, reciben la electricidad mediante un conector formado por una sola pieza (ver foto superior).

Baby-AT

Fue el estándar absoluto durante años. Define una placa de unos 220x330 mm, con unas posiciones determinadas para el conector del teclado, los slots de expansión y los agujeros de anclaje a la caja, así como un conector eléctrico dividido en dos piezas.

Estas placas son las típicas de los ordenadores "clónicos" desde el 286 hasta los primeros Pentium. Con el auge de los periféricos (tarjeta sonido, CD-ROM, discos extraíbles...) salieron a la luz sus principales carencias: mala circulación del aire en las cajas (uno de los motivos de la aparición de disipadores y ventiladores de chip) y, sobre todo, una maraña enorme de cables que impide acceder a la placa sin desmontar al menos alguno.

Para identificar una placa Baby-AT, lo mejor es observar el conector del teclado, que casi seguro que es una clavija DIN ancha, como las antiguas de HI-FI; vamos, algo así: 'Informática'
; o bien mirar el conector que suministra la electricidad a la placa, que deberá estar dividido en dos piezas, cada una con 6 cables, con 4 cables negros (2 de cada una) en el centro.

LPX

Estas placas son de tamaño similar a las Baby-AT, aunque con la peculiaridad de que los slots para las tarjetas de expansión no se encuentran sobre la placa base, sino en un conector especial en el que están pinchadas, la riser card.

De esta forma, una vez montadas, las tarjetas quedan paralelas a la placa base, en vez de perpendiculares como en las Baby-AT; es un diseño típico de ordenadores de sobremesa con caja estrecha (menos de 15 cm de alto), y su único problema viene de que la riser card no suele tener más de dos o tres slots, contra cinco en una Baby-AT típica.

 4.2 los componentes de la placa base

  • zócalo del microprocesador

  • ranuras de memoria

  • chipset de control

  • BIOS

  • Slots de expansión (ISA, PCI, AGP..)

  • Memoria caché

  • Conectores internos

  • Conectores externos

  • Conector eléctrico

  • Pila

  • Elementos integrados variados

5. la memoria principal 
Componente del hardware en el que se almacena la información procesada por el ordenador. La memoria puede estar constituida físicamente por:

Un conjunto de circuitos electrónicos, en cuyo caso estaremos haciendo referencia a la memoria interna.

Dispositivos que se basan en alguna propiedad física estable del medio para guardar la información: propiedades ópticas, magnéticas o dieléctricas. En este segundo caso se hace referencia a la memoria externa.

5.1 tipos y funcionamientos

Todas hacen la misma función, pero entre ellas las diferenciamos por el tiempo de acceso y la capacidad, o por el modo como trabajan:

· Registros del microprocesador: Interaccionan continuamente con la CPU, puesto que forman parte de ella, su tiempo de acceso es muy pequeño y una capacidad mínima, normalmente igual a la "palabra" del microprocesador (de 1 a 8 bytes).

· Registros intermedios: Básicamente es un paso intermedio entre dos memorias, un buffer. Tiene capacidad muy pequeña y un tiempo de acceso también muy pequeño.
· Memoria caché: Es la más utilizada por la CPU, y la más importante entre la principal y el microprocesador. Aunque sean de pequeña capacidad, normalmente una fracción de la memoria principal máxima posible, está continuamente intercambiando información tanto con el procesador como con la memoria principal, aunque normalmente se utiliza para guardar la dirección de la memoria principal, en vez de almacenar el archivo entero, así tarda menos a pasar la información hacia la CPU, que si lo hiciera mediante la caché.

Y es por esta razón, que a menudo (excepto modelos especiales como Celeron y Duron), hay dos de memorias caché, dos niveles: Uno en el interior del microprocesador (L1), y el otro entre la principal y la CPU (L2), al exterior del "micro" de más capacidad que la de dentro.

· Memoria central o principal: Donde se almacenan programas y datos. La CPU lee y escribe en ella aunque en menos cantidades que en las anteriores. Tiempo de acceso relativamente rápido y gran capacidad
· Memorias de masas o auxiliares: Son dispositivos exteriores al ordenador o conectados a la placa base por un controlador de bus (disco duro, disquetes, etc.). Dónde se almacenen todos los programas y archivos para un uso posterior. En caso de que la memoria principal sea insuficiente, se hacen servir como apoyo para ésta, denominada "memoria virtual".

las memorias además de clasificarse por su tiempo de acceso y capacidad, también se pueden clasificar por la forma en que se modifican los datos y la tecnología empleada. Así, encontramos que hay dos grandes grupos:

 1. Memorias RAM (Random Acces Memory): Son memorias en las que se puede leer y escribir. Se componen electrónicamente por chips, dónde se pueden subdividir en:

· SRAM (Static RAM): Su célula está basada en un biestable.
· DRAM (Dinamic RAM): Su célula está basada en un pequeño condensador, carga del cual representa la información almacenada. Estas necesitan circuitos adicionales de refresco, puesto que como los condensadores son de baja capacidad, a través de la s fugas, la información se podría perder; son de lectura destructiva.

2. Memorias ROM (Read Only Memory): Son memorias en las que sólo se puede leer. Hay de varios tipos:

· ROM: programadas por máscara, la información es grabada enla fábrica y no tiene posible modificación.
· PROM, o ROM: programable una sola vez.
· EPROM (Erasable PROM) o RPROM (Reprogramable ROM): su contenido puede ser borrado mediante rayos ultravioletas, para acto seguido regrabarlas.
· EAROM (Electrically Alterable ROM) o EEROM (Electrically Erasable ROM), son la frontera entre las RAM y las ROM, su contenido puede ser regrabado eléctricamente, se diferencian de las RAM en que no son volátiles.
· Memoria FLASH, denominada así por la velocidad en la que se puede reprogramar (en tan solo segundos), usan el borrado eléctrico.

Básicamente las ROM se basan en una matriz de diodos unidos, esta unión puede ser destruida por una sobretensión. De esta forma, salen de la fábrica con las uniones juntas y para grabarlas se rompen dónde se quieran poner ceros.

Aparte de los módulos de memoria aquí mencionados también existen, aunque ya en desuso, de otros como los SIMM (Single In<-Line Memory Module) y los SIP (Single In-Line Packages), los cuales no son nada más que chips de memoria soldados entre ellos para formar un único conjunto.

También hay modelos más nuevos como el DDR (DobleData Rate) que se usa básicamente en equipos basados en microprocesadores AMD, ahora implementados también en equipos Intel, aunque principalmente se usan en las tarjetas gráficas, aunque Intel ya posee la del tipo RAMBUS. La DDR es el mismo que la SDR pero en doble sentido, de ida y de vuelta, mientras que la segunda(SDR) solamente puede hacer servir un sentido ida o vuelta.

6. el BIOS

La Bios de un ordenador es un pequeño programa que se carga una vez se enciende el ordenador. Este controla que todos los periféricos esenciales para el funcionamiento del sistema estén correctamente instalados (memoria, procesador, unidades de disco etc...) Este programa permite configurar además otros parámetros del sistema como el tipo de unidades de disco de que dispone el sistema, la fecha y hora, puertos físicos disponibles ... etc. Si se indica en la BIOS que no existe disquetera, el ordenador se lo cree ...

Todos estos datos se guardan en una pequeña pastilla de silicio denominada CMOS, la cual está alimentada por una pila de botón, o por una pequeña batería, dependiendo del tipo de placa base que use.

Por supuesto, dada la importancia de estas configuraciones del sistema, la BIOS dispone de la posibilidad de guardar estos datos con una contraseña, la cual es necesaria para acceder a la BIOS una vez introducida. Dicho password se guarda también en la CMOS.

Chips de bios fuera del zócalo

6.1 tipos

Existen dos tipos de chips de BIOS:

  • los EEPROM propiamente dichos;

  • los EEPROM Flash ROM.

En las placas base modernas (más o menos desde la aparición de los Pentium) se utilizan los Flash ROM, porque tienen la gran ventaja de que pueden ser actualizados por el usuario mediante un simple programa software, mientras que los EEPROM (más antiguos) requieren ser retirados e introducidos en un aparato especial para ser reescritos.

7. buses

"Son cada una de líneas metálicas de los circuitos impresos,
por aquí circula todo tipo de información, que va de un dispositivo a otro"

 7.1 concepto y función
    

Es el elemento responsable de establecer una correcta interacción entre los diferentes componentes del ordenador, es por lo tanto, el dispositivo principal de comunicación.

En un sentido físico, su descripción es: conjunto de líneas de hardware (metálicas o físicas), utilizadas para la transmisión de datos entre los componentes de un sistema informático.

En cambio, en sentido figurado es: una ruta compartida, que conecta diferentes partes del sistema.

7.2 componentes y estructura

Un bus está compuesto por conductos (vías), éstas hacen posible la interconexión de los diferentes componentes entre sí, y principalmente con la CPU y la memoria. En estos conductos se destacan dos subcategorías, el bus de datos y el bus de direcciones; entre estos existe una fuerte relación, puesto que para cada instrucción/archivo enviado por uno de los dos buses, por el otro va información sobre esta instrucción/archivo.

 En lo referente a la estructura de interconexión mediante los buses, existen de dos tipo:

· Bus único : considera a la memoria y a los periféricos como posiciones de memoria, y hace un símil de las operaciones E/S con las de escritura/lectura en memoria. Todas estas equivalencias consideradas por este bus, hacen que no permita controladores DMA (Direct Acces Memory ; de acceso directo a memoria).
· Bus dedicado : este en cambio, al considerar la memoria y periféricos como dos componentes diferentes, permite controladores DMA (dedicando un bus especial para él).

Éste bus especial del bus dedicado, contiene cuatro subcategorías más:

· Bus de datos : transmite información entre la CPU y los periféricos.
· Bus de direcciones : identifica el dispositivo a quién va destinada la información que se transmite por el bus de datos.
· Bus de control o de sistema : organiza y redirige la información hacia el bus pertinente para la información que se tiene que transmitir. Es el bus encargado de hacer el direccionamiento, quién realiza toda la función de direccionar es el controlador, diferente para cada tipo de dispositivo.

La capacidad operativa del bus depende de: la inteligencia del sistema, la velocidad de éste, y la "anchura" del bus (número de conductos de datos que operan en paralelo)

7.3 tipos de buses Tipos de buses

El Bus XT y el Bus ISA (AT)
El primero al salir al mercado comercial junto con el primer PC de IBM, fue el bus XT al 1980, funcionaba a la misma velocidad que los microprocesadores de la época, los 8086 y 8088, a 4.77 MHz; y su amplitud de banda era de 8 bits. De aquí que con el 8088 se compenetraran perfectamente, pero con el 8086 (ancho de banda de 16 bits) ya no había tanta compenetración y surgió el concepto y el hecho de los "cuellos de botella".

El significado del acrónimo que nos indica su nombre es: Industrial Standard Arquitecture, que traducido sería, Arquitectura Industrial Estandarizada.

Con la introducción del AT, apareció el nuevo bus de datos de 16 bits (ISA), y compatible con su antecesor. También se amplió el bus de direcciones hasta 24 bits, la velocidad de señales de frecuencia también se aumentó: de 4.77 MHz a 8.33 MHz. De nuevo nos encontramos con un atasco de información entre la memoria y la CPU.

A las tarjetas de expansión incluso, se le asignaron una señal en estado de espera (wait state), el cual daba más tiempo a las tarjetas lentas para enviar toda la información a la memoria.

 MCA (Bus Micro Channel)
En sí no es ningún tipo de bus, más bien es un sistema de canalización, en el que los datos no son enviadas hacia al receptor con una simple instrucción de direccionamiento si no que es éste, el receptor, quién tiene que recogerlos. Para que esta tarea se lleve a cabo, se ha de informar al receptor previamente con la dirección dónde están los datos a recibir, y se le deja un camino (bus) libre para él, para que transporte los datos libremente.

Surgió cuándo IBM trabajaba para crear una nueva tecnología de bus, la sacó con sus ordenadores que incorporaban el PS/2, el MCA (Micro Channel Arquitecture) permitía un ratio (transferencia de datos) máximo de 20 Mb/s, por la nueva dirección de 32 bits, y el aumento de velocidad a 10 MHz.

IBM incluyó un circuito de control especial a cargo del bus, que le permitía operar independientemente de la velocidad del bus y del tipo de microprocesador.

Dentro este tipo de bus, la CPU no es nada más que otro dispositivo dónde pueden ir y venir los datos. La circuitería de control, denominada CAP (punto de decisión central), se enlaza con un proceso denominado controlo de bus para determinar y responder a las prioridades de cada uno de los dispositivos dominantes del bus.

Para permitir la conexión de más dispositivos, el MCA especifica interrupciones sensibles al nivel, que resultan más fiables que el sistema de interrupciones del bus ISA. de esta forma es posible compartir interrupciones.

Esta estructura era completamente incompatible con las tarjetas de expansión del tipo ISA, concretamente la diferencia que tenían una respeto del otro se debía al tamaño de los conectores, más pequeños a las del tipo MCA que las del tipo ISA.

EISA (Extended ISA)
Este bus es, tal y como nos indica su nombre (Enhanced Industrial Standard Arquitecture), una extensión del primitivo bus ISA o AT. Tal y como hacía el MCA, su bus de direcciones era de 32 bits basándose en la idea de controlar un bus desde el microprocesador. Mantuvo la compatibilidad con las tarjetas de expansión de su antecesor ISA, motivo por el cual tuvo que adoptar la velocidad de éste (8.33 MHz).

Una de las ventajas que presentaba fue la de que era un sistema abierto, cantidad de compañías contribuyeron a su desarrollo: AST, Compaq, Epson, Hewlett Packard,, Olivetti, Tandy, Wyse, y Zenith.

Fue el primer bus a poder operar con sistemas de multiproceso (integrar al sistema varios buses dentro del sistema, cada uno con su procesador).

Al igual que al MCA, incorporó un chip, el ISP Sistema Periférico Integrado, encargado de controlar el tráfico de datos señalando prioridades para cada posible punto de colisión o de bloqueo mediante reglas de control de la especificación EISA.

Ni MCA ni EISA sustituyeron a su predecesor ISA, a pesar de sus ventajas, estos representaban encarecer el coste del PC (a menudo más del 50%), y no ofrecían ninguna mejora evidente en el rendimiento del sistema, y si se notaba alguna mejora, tampoco era demasiado necesaria puesto que ningun dispositivo daba el máximo de sí, ni en el bus ISA.

Local Bus
Vistos los resultados de los intentos fallidos para renovar y sustituir al bus ISA, surgió este nuevo tipo de bus con un concepto de bus diferente a todos los otros existentes, su mayor consolidación y aprovechamiento lo tuvo en el área de las tarjetas gráficas, que eran las que más desfavorecidas quedaron con los anteriores buses y velocidades.

Vesa Local Bus
VL no se arriesgó a padecer otro intento fallido como los de EISA o MCA, y no quiso sustituir al ISA, sino que lo complementó. Por lo tanto tenemos que para poseer un PC con VL, éste también tiene que tener el bus ISA, y sus respectivas tarjetas de expansión, del VL en cambio, tendremos una o dos ranuras de expansión, y son sólo estas las que son conectadas con la CPU mediante un bus VL; de esta forma tenemos a cada sistema de bus trabajando por su cuenta y sin estorbarse el uno al otro.

El VL es una expansión homogeneizada del bus local, que funcionaba a 32 bits pero podía realizar operaciones de 16 bits. El comité VESA presentó la primera versión del VL-BUS en agosto del 1992, y dado su completa integración y compenetración con el procesador 80486 se extendió rápidamente por el mercado.

Al presentar Intel su nuevo procesador Pentium de 64 bits, VESA empezó a trabajar en la nueva versión de su bus, el VL-BUS 2.0.

Esta nueva especificación comprende los 64 bits posibles direccionables del procesador, y compatibilidad con la anterior versión de 32 bits, su velocidad y la cantidad de ranuras de expansión se aumentó y se estableció en tres ranuras funcionando a 40 MHz, y dos a 50 MHz.

 

PCI (Peripheral Components Interconnect)
Este modelo que hoy en día rige en los ordenadores convencionales, y es el más extendido de todos, lo inventó Intel y significa: interconexión de los componentes periféricos.

Con la llegada de este nueve bus automatizado en todos sus procesos el usuario ya no se tendrá que preocupar más de controlar las direcciones de las tarjetas o de otorgar interrupciones. Integra control propio de todo el relacionado con él: DMA, interrupciones, direccionamiento de datos.

Es independiente de la CPU, puesto que entre estos dos dispositivos siempre habrá un controlador del bus PCI, y da la posibilidad de poder instalarlo a sistemas no basados en procesadores Intel. Las tarjetas de expansión se pueden acoplar a cualquier sistema, y pueden ser intercambiadas como se quiera, tan solo los controladores de los dispositivos tienen que ser ajustados al sistema anfitrión (host), es decir a la correspondiente CPU.

Su velocidad no depende de la de la CPU sino que está separada de ella por el controlador del bus. Solución al problema del VL-BUS, dónde las tarjetas debían aceptar la máxima frecuencia de la CPU o sinó no podían funcionar.

El conector empleado es estilo Micro Channel de 124 pines (128 en caso de trabajar con 64 bits), aunque sólo se utilizan 47 de las conexiones (49 en el caso de tratarse de un conector bus-master), la diferencia se adeuda a las conexiones de toma de tierra y de alimentación.

PCI es la eliminación de un paso al microprocesador; en vez de disponer de su propio reloj, el bus se adapta al empleado por el microprocesador y su circuitería, por lo tanto los componentes del PCI están sincronizados con el procesador. El actual PCI opera con una frecuencia de 20 a 33.3 MHz.

Las tarjetas ISA no pueden ser instaladas en una ranura PCI convencional, aunque existen equipos con un puente denominado <<PCI-to-ISA-Bridge>>. Consta de un chip que se conecta entre los diferentes slots ISA y el controlador del bus PCI, su tarea es la de transportar las señales provenientes del bus PCI capo al bus ISA.

Su gran salida y aceptación fue en gran parte por su velocidad, así el hardware se podía adaptar a la contínua evolución y el incremento de velocidad de los procesadores.

SCSI (Small Computer System Interface)
Se origina a principios de los años ochenta cuando el fabricante de discos desarrolló su propio sistema de E/S nominada SASI (Shugart Asociates System Interface) que dado su éxito y su gran aceptación comercial fue aprobado por ANSI al 1986.

SCSI no se conecta directamente a la CPU sino que utiliza de puente uno de los buses anteriormente mencionados. Se podría definir como un subsistema de E/S inteligente, cumplido y bidireccional. Un solo adaptador host SCSI puede controlar hasta 7 dispositivos SCSI conectados con él.

Una de las ventajas del SCSI en frente a otros es que los dispositivos se direccionan lógicamente en vez de físicamente, este sistema es útil por dos razones:

1. Elimina cualquier limitación que el conjunto PC-Bios pueda imponer a las unidades de disco.

2. El direccionamiento lógico elimina la sobrecarga que podría tener el host al maniobrar los aspectos físicos del dispositivo, el controlador SCSI lo controla.

Aunque varios dispositivos (hasta 7), pueden compartir un mismo adaptador SCSI, tan sólo 2 de éstos pueden comunicarse sobre el mismo bus a la vez.

Puede configurarse de tres maneras diferentes que le dan gran versatilidad:

1. Único iniciador/Único objetivo: Es el más común, el iniciador es un adaptador en una ranura de un PC, y el objetivo es el controlador del disco duro. Es una configuración fácil de implementar pero no aprovecha al máximo las posibilidades del bus, excepto cuando se controlan varios discos duros.

2. Único iniciador/Múltiple objetivo: Menos común y raramente implementado, es bastante parecido al anterior excepto que se controlan diferentes tipos de dispositivos de E/S. (CD-Rom y un disco duro)

3. Múltiple iniciador/Múltiple objetivo: Mucho menos utilizado que los anteriores, se aprovechan a fondo las capacidades del bus.

AGP (Accelerated Graphics Port)
Fue creada por Intel para dar pie a la creación de un nueve tipo de PC, al cual prestaron especial atención a los gráficos y la conectividad. Basado en la especificación PCI 2.1 a 66 MHz, incluyó tres características para el aumento de su rendimiento: operaciones de lectura/escritura en memoria con pipeline, demultiplexado de datos y direcciones al propio bus, e incremento de la velocidad hasta los 100 MHz ( el que supone un ratio de más de 800 Mbytes/s, más de cuatro veces que el PCI).

En su caso, como es un bus especialmente dedicado a los gráficos, no tiene que compartir con otros dispositivos el ancho de banda; otra característica de esta estructura es la de que posibilita la compartición de la memoria principal por parte de la tarjeta gráfica mediante un modelo denominado por Intel como DIME ( DIrect Memory Execute | ejecución directa a memoria), la cual hace posible la obtención de mejores texturas en juegos y aplicaciones 3D, al almacenar estas en la RAM del sistema y transferirlas cuando las pidan otros dispositivos.

8. CPU o microprocesador

"Es en sí, un conjunto de transistores conectados entre ellos por cables, y ordenados de manera que forman puertas lógicas, y poder así, hacer operaciones de toda clase"

8.1 Función

La Unidad central de proceso o CPU, se puede definir como un circuito microscópico que interpreta y ejecuta instrucciones. La CPU se ocupa del control y el proceso de datos en los ordenadores. Habitualmente, la CPU es un microprocesador fabricado en un chip, un único trozo de silicio que contiene millones de componentes electrónicos. El microprocesador de la CPU está formado por una unidad aritmético lógica que realiza cálculos y comparaciones, y toma decisiones lógicas (determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole); por una serie de registros donde se almacena información temporalmente, y por una unidad de control que interpreta y ejecuta las instrucciones. Para aceptar órdenes del usuario, acceder a los datos y presentar los resultados, la CPU se comunica a través de un conjunto de circuitos o conexiones llamado bus. El bus conecta la CPU a los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo, un disco duro), los dispositivos de entrada (por ejemplo, un teclado o un ratón) y los dispositivos de salida (por ejemplo, un monitor o una impresora).

8.2 Elementos que la componen

- Unidad de control: controla el funcionamiento de la CPU y por tanto de el computador.

- Unidad aritmético-lógica (ALU): encargada de llevar a cabo las funciones de procesamiento de datos del computador.

- Registros: proporcionan almacenamiento interno a la CPU.

- Interconexiones CPU: Son mecanismos que proporcionan comunicación entre la unidad de control, la ALU y los registros.

8.3 Tipos

Básicamente nos encontramos con dos tipos de diseño de los microprocesadores: RISC (Reduced-Instruction-Set Computing) y CISC (complex-instruction-set computing). Los microprocesadores RISC se basan en la idea de que la mayoría de las instrucciones para realizar procesos en el computador son relativamente simples por lo que se minimiza el número de instrucciones y su complejidad a la hora de diseñar la CPU. Algunos ejemplos de arquitectura RISC son el SPARC de Sun Microsystem's, el microprocesador Alpha diseñado por la antigua Digital, hoy absorbida por Compaq y los Motorola 88000 y PowerPC. Estos procesadores se suelen emplear en aplicaciones industriales y profesionales por su gran rendimiento y fiabilidad.

Los microprocesadores CISC, al contrario, tienen una gran cantidad de instrucciones y por tanto son muy rápidos procesando código complejo. Las CPU´s CISC más extendidas son las de la familia 80x86 de Intel cuyo último micro es el Pentium II. Últimamente han aparecido otras compañías como Cirix y AMD que fabrican procesadores con el juego de instrucciones 80x86 y a un precio sensiblemente inferior al de los microprocesadores de Intel. Además, tanto Intel con MMX como AMD con su especificación 3D-Now! están apostando por extender el conjunto de instrucciones de la CPU para que trabaje más eficientemente con tratamiento de imágenes y aplicaciones en 3 dimensiones.

Memoria auxiliar o masiva

Memoria principal

CPU o microprocesador

entrada

salida