Un ordenador puede definirse como: El dispositivo o conjunto de dispositivos programables compuesto por una o varias unidades de procesamiento, recursos y equipos periféricos destinados al procesamiento de grandes cantidades de datos, capaz de efectuar distintos tipos de cálculos, incluyendo operaciones aritméticas y lógicas a gran velocidad.

Todo sistema informático está compuesto por dos elementos básicos:

• Una parte hardware que incluye las placas, circuitos integrados, conectores y cables.

• El software que permite disponer de un lenguaje lógico para comunicarse con el hardware y controlarlo. Hay dos tipos de software:

• De sistema, que es un conjunto de programas necesarios para que el ordenador tenga capacidad de trabajar.

• De aplicación, que son los programas que maneja el usuario.

Visión jerárquica de un computador

• Nivel 0 - Lógica Digital. Se corresponde con el hardware real de la máquina.

• Nivel 1 - Microprogramación. En este nivel se encuentran los microprogramas.

• Nivel 2 - Lenguaje Máquina. Se corresponde con el conjunto de instrucciones que forman el lenguaje directamente interpretable por el hardware.

• Nivel 3 - Sistema Operativo. Es el conjunto de programas que proporcionan facilidades a los niveles superiores en la gestión de los recursos del sistema. De esta manera se crea un entorno favorable para que el usuario interaccione con los niveles inferiores de la máquina.

• Nivel 4 - Lenguajes de Alto Nivel. Son lenguajes de programación con alta abstracción respecto al hardware.

• Nivel 5 - Nivel de Aplicación. Es el nivel más alejado de la realidad física en el cual el usuario no tiene en cuenta los niveles inferiores.

La capacidad: KB, MB y GB

En la era digital, la unidad mínima de información es el bit (1 ó 0), la palabra bit viene de BInary DigiT y representa la ocurrencia o no de un suceso. No obstante, cuando se mide la capacidad de almacenamiento de un dispositivo, la unidad mínima que suele tomarse es el byte (8 bits) que es el número mínimo de bits necesarios para representar un carácter.

La velocidad de los dispositivos

Además de la capacidad de almacenamiento de un determinado dispositivo, interesa conocer a qué velocidad entrega los datos dicho dispositivo.

Si se analiza la velocidad de un microprocesador, podemos comprobar que ésta estará afectada por varios factores:

• Reloj del sistema. Este reloj sincroniza el trabajo del procesador; generalmente, en cada ciclo de reloj solamente puede realizarse una operación.
  La frecuencia de reloj del sistema se mide en MegaHercios (MHz) en donde un MHz es igual a un millón de ciclos por segundo.
  Cuanto mayor sea la frecuencia del reloj del sistema, más rápido será el procesamiento. Los últimos procesadores ya superan los 3 GHz (3000 MHz por segundo).

• Ancho de Bus. Es la cantidad de datos que la CPU puede transmitir en cada momento hacia la memoria principal y los dispositivos de Entrada/Salida.
  El ancho de Bus puede ser de 8, 16, 32, 64, ó 128 bits (hasta ahora).
  Cuanto mayor sea el bus de datos del procesador más rápida será la transferencia de datos.

• Tamaño de Palabra. Una palabra es la cantidad de datos que la CPU puede procesar en un ciclo de reloj.
  Un procesador de 8 bits puede manejar 8 bits por cada ciclo de reloj. Los procesadores puede ser (hasta ahora) de 8, 16, 32, 64 bits.
  Cuanto mayor sea el tamaño de palabra del procesador, más rápido será el procesamiento.

La velocidad que suele aparecer en los anuncios publicitarios se corresponde con la velocidad punta o a ráfagas, puede que nunca se consiga llegar a dicha cifra.

La velocidad que debe interesar es la velocidad media o sostenida; es decir, aquella que puede mantenerse (de forma más o menos constante) durante lapsos apreciables de tiempo.

Existe el tiempo medio de acceso que indica que, por término medio, tarda el dispositivo en responder a una petición de información. En este caso, se mide en milisegundos (ms) y, puesto que se trata de un tiempo de espera (tiempo perdido), cuanto menor sea, mejor será el resultado.

Componentes físicos de un ordenador (hardware)

Un computador recibe comandos desde el exterior (teclado, ratón, software, etc.), los procesa con ayuda de los datos almacenados en su memoria y devuelve los resultados al exterior (pantalla, sonidos, brazo robot, etc.).

El computador consta de 4 partes fundamentales:

• Un procesador capaz de interpretar y ejecutar los programas

• Una memoria para almacenar programas y datos

• Diferentes dispositivos de comunicación con el exterior

• Sistemas de interconexión entre los bloques anteriores

La placa base

La placa base, también conocida como placa principal, placa madre, mainboard, motherboard, etc., es uno de los componentes principales y esenciales de todo computador, en el que se encuentran alojados, montados o conectados todos los demás componenes y dispositivos del computador.

Físicamente, se trata de una oblea de material sintético, que dispone de conectores, buses y zócalos, sobre la que se montan los diversos componentes del computador:

• El microprocesador (CPU)

• La memoria principal, montada sobre los bancos de memoria.

• Las ranuras de expansión o slots

• Diversos chips de control: como son: la BIOS, el Chipset, controladoras, etc.

La conectividad

Todo computador necesita comunicarse con el exterior para recibir o enviar información. Existen una serie de conectores estándar que prácticamente no han cambiado sus especificaciones desde el primer PC de IBM, aunque recientemente la aparición de nuevos estándar como el USB (1.1 ó 2) o el IEEE 1394 (Firewire) han revolucionado el mercado proporcionando una mayor velocidad y flexibilidad.

El puerto serie
El puerto serie es un conector que proporciona conexiones asíncronas de baja velocidad con periféricos genéricos u otros ordenadores y puede ser de 8 ó de 25 pines.

El puerto paralelo
El puerto paralelo se utiliza también para la comunicación del computador con periféricos u otros ordenadores.

El Universal Serial Bus (USB)

El estándar USB fue creado para proporcionar conexiones bidireccionales de velocidad media/alta.

Las características más notables de USB son: el alto grado de estandarización y la gran flexibilidad.

El Firewire (IEEE 1394)

Firewire es un interfaz de alta velocidad diseñado por Apple para la conexión de periféricos a un ordenador. También recibe otros nombres como, iLink (Sony) o Linx.

Entre sus ventajas cabe destacar la velocidad, que alcanza tasas de transferencia de datos de 400 Mbps (pudiendo llegar a alcanzar los 800 Mbps)

La BIOS

La BIOS (Basic Input-Output System, Sistema Básico de Entrada-Salida) es un chip situado en la placa base que se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del sistema.

Cuando el ordenador se arranca, necesita un dispositivo que se encargue de reconocer el hardware existente e iniciar el arranque del sistema operativo, de eso se encarga la BIOS.

La BIOS se implementa en un chip de memoria escribible.

Además de poderse modificar, la información de la BIOS debe mantenerse cuando se apague el ordenador; por eso, se usan memorias especiales, tipo CMOS. Estas memorias necesitan únicamente una pequeña pila para mantener sus datos durante años.

Cuando se enciende el ordenador, la BIOS toma el control realizando el denominado POST (Power-On Self Test, Autotesteo de encendido), con el que se puede verificar que no existen mensajes de error y que todos los dispositivos se han reconocido y trabajan correctamente.

El chipset

El chipset se encarga principalmente de controlar la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria RAM o la memoria caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB… para recibir y entregar datos.

El microprocesador

Todo computador cuenta con una unidad que ejecuta instrucciones de programas. Esta unidad se comunica con otros subsistemas (dispositivos) dentro del computador y, a menudo, controla su funcionamiento.

La función principal realizada por la CPU es la de traer instrucciones desde la memoria y ejecutarlas.

Los dispositivos de almacenamiento

Como su propio nombre indica, los dispositivos de almacenamiento se utilizan para guardar los datos de forma temporal o permanente.

Normalmente, cuanta mayor velocidad tenga un dispositivo de almacenamiento, más caro será.

Su explicación es muy sencilla. Toda información se encuentra almacenada en el disco duro. Posteriormente, el sistema operativo se encarga de copiar todos los datos que se van a utilizar (siempre que exista espacio) en la memoria RAM, de menos capacidad pero de mucho menor tiempo de acceso. Por último, las instrucciones que va a utilizar el procesador en un momento determinado, se cargan en la memoria caché.

Cuando el procesador intenta buscar un dato que no se encuentra en la caché recurre a la RAM (esto provoca una pérdida de tiempo), si no lo encuentra tampoco en la RAM, recurre al disco duro (más tiempo perdido).

Los dispositivos internos de almacenamiento masivo

El disco duro

El disco duro es el dispositivo encargado del almacenamiento masivo de datos de forma permanente.

Está formado por una serie de discos rígidos (llamados platos), un eje (en el que se montan y rotan los platos), una serie de cabezales de lectura/escritura (por lo menos, una para cada lado de cada plato) y algunos elementos electrónicos integrados que permiten que mueva los cabezales de lectura/escritura.

La memoria RAM

La memoria RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) se utiliza para almacenar instrucciones y datos de manera temporal, necesarios para realizar tareas. Al cargar un programa en RAM, se consigue que las tareas se realicen más rápidamente, debido a que el procesador no tiene que esperar excesivo tiempo a recibir los datos del disco duro.

La CPU ordena al disco duro cargar una serie de datos en la memoria RAM. Una vez que los datos están cargados en memoria, la CPU se olvida temporalmente del disco duro trabajando con la RAM de forma mucho más rápida.

La memoria se presenta en diversas formas y tamaños. Físicamente, los chips de memoria son rectángulos que generalmente suelen ir soldados en grupos a unas placas con pines o contactos.

La memoria caché

La memoria caché es una cantidad relativamente pequeña de memoria (normalmente, menos de 1 MB) de alta velocidad que reside muy cerca de la CPU. La memoria caché está diseñada para proporcionar a la CPU los datos e instrucciones que se solicitan con más frecuencia. Debido a su tecnología, el tiempo de acceso a la caché es mucho menor que el de la memoria RAM. Si la información no está en la memoria caché, se deberá recuperar de la memoria principal, pero la verificación de memoria caché se hace de forma tan rápida que compensa su utilización.

La memoria caché tiene sentido debido a que hay una gran posibilidad de que los datos e instrucciones que el procesador está utilizando ahora se necesiten más adelante.

La memoria caché de disco realiza distintas funciones:

• Almacena direcciones concretas de sectores

• Almacena una copia del directorio

• Almacena porciones o extensiones del programa o programas en ejecución.

Podría llegar a preguntarse por qué no se reemplaza toda la memoria RAM por memoria caché que representa un tiempo de acceso mucho menor. La razón es que la memoria caché, generalmente, utiliza un tipo de chip llamado SRAM (RAM Estética) que es mucho más caro y que requiere más espacio por MB.

Por otro lado, el mayor beneficio de la utilización de la memoria caché reside en el almacenamiento de las instrucciones y los datos que se utilizan con más frecuencia.

Una memoria caché más grande mantendría más datos pero, si éstos no se utilizan con frecuencia, no se obtendría un gran beneficio en el rendimiento.

La gestión de almacenamiento secundario

Los más extendidos y usados son los discos magnéticos que, como ya se explicó, basan su funcionamiento en una propiedad física de algunos materiales cuyas partículas quedan orientadas al aplicárseles un campo magnético. De esta forma, para escribir en el dispositivo se aplica a su superficie un campo magnético determinado que orienta sus partículas en un sentido u otro. Dependiendo de este sentido se asumen que se ha escrito un 1 o un 0 con lo que se logra almacenar los bits de información. Para leer del dispositivo, se utiliza un cabezal que detecta la orientación de las partículas y la traduce en los bits correspondientes.

Soportes y formatos

En el mercado existen multitud de soportes y formatos, pero el funcionamiento y estructura de ellos es similar, su principal diferencia es su capacidad de almacenamiento, su tamaño físico, su velocidad de acceso, la tasa de transferencia de datos y, por supuesto, su precio.

Se pueden diferenciar estos dispositivos de varias formas:

• Por la tecnología empleada para almacenar los datos

• Por su ubicación/movilidad en el equipo

• Por el modo de acceder a los datos

• Los soportes de acceso secuencial

• Los dispositivos de acceso directo (Ej.: disco duro)

Todos los dispositivos que se van a desarrollar a continuación (a excepción de las cintas DAT) son dispositivos de acceso directo. Esto quiere decir que, cuando se solicita un dato al dispositivo, éste es capaz de posicionar su cabeza lectora justo donde está almacenado dicho dato, sin necesidad de recorrer toda la superficie del medio. A este tiempo de búsqueda y posicionamiento se le denomina tiempo de acceso y se mide en milisegundos. Cuanto menor sea este tiempo, mejor será el tiempo de respuesta, ya que antes estarán disponibles los datos para el procesador.

En cuanto a su movilidad, la principal característica diferenciadora es que los dispositivos extraíbles puede ser transportados a otro lugar u ordenador, mientras que los fijos forman parte de él y por lo general no se pueden transportar independientemente.

Soportes fijos

Como soporte fijo, sin lugar a duda, el más utilizado es el disco duro. Este se suele encontrar en el interior del ordenador (aunque también hay modelos extraíbles) y es el que almacena la mayoría de los programas que ejecutamos, el sistema operativo y nuestros datos. Se comunica con el procesador mediante un bus que puede ser IDE, EIDE o SCSI.

Un disco puede contener una o varias superficies (discos o platillos), cada una de estas superficies se dividen en pistas, sectores y cilindros. El disco puede tener una o varias cabezas lectoras por superficie.

Una pista es la parte del soporte de almacenamiento que gira delante de una cabeza, es decir una corona circular cuyos datos pueden ser leídos por la cabeza. A su vez, las pistas se dividen en sectores. Un sector es la unidad de información que se transfiere en un acceso. Su forma geométrica es la de un sector circular. Es conveniente notar que todas las pistas tienen el mismo número de sectores, pero estos son de distinto tamaño, aumentando a medida que nos alejamos del eje de giro. Por último, en los dispositivos con más de una superficie, un cilindro está constituido por las pistas que se acceden en cada posición del brazo, es decir por las distintas coronas circulares con igual radio sitas en todas las superficies.

Debido a la inercia de giro del disco, tarda un tiempo en alcanzar de forma estable su velocidad nominal de rotación (velocidad a la que puede leer/escribir datos).

• Tiempo de acceso = tiempo de búsqueda + latencia

El tiempo de acceso es la suma del tiempo que se tarda en posicionar la cabeza lectora en la pista deseada (a lo que se le llama tiempo de búsqueda) más el tiempo que tarda la información solicitada en estar justo debajo de la cabeza preparada para ser leída (es decir, en alcanzar la información dentro de la pista), a esto se le denomina latencia.

• La velocidad de transferencia es la velocidad a la que se transfieren los bits de un sector. Se mide en bits por segundo (bits/s) y en sus múltiplos, o en Bytes por segundo y sus múltiplos. Dado que un byte se compone de 8 bits la relación entre ambas unidades es de 1/8.

La cantidad de datos almacenados por pista es igual para todas las pistas, pero no lo es, por tanto, la densidad de grabación, pues las pistas externas son de mayor longitud.

Un factor muy importante a tener en cuenta en la velocidad de transferencia que puede alcanzar un dispositivo es el tipo de interfaz con el que se conecta al procesador.

En el caso de la interfaz IDE, la más utilizada hoy.

La interfaz SCSI

Acrónimo de Small Computer Systems Interface. La tecnología SCSI (o tecnologías, puesto que existen multitud de variantes de la misma) ofrece, en efecto, una tasa de transferencia de datos muy alta entre el ordenador y el dispositivo SCSI (un disco duro, por ejemplo).

Los dispositivos SCSI son más caros que los equivalentes con interfaz IDE o paralelo y además requieren una tarjeta controladora SCSI para manejarlos, ya que sólo las placas base más avanzadas incluyen una controladora SCSI integrada.

DISCO DURO

RAM

CACHÉ

PROCESADOR

Velocidad

Capacidad