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CAPITULO III
Hardware de la Computadora
3.1 Objetivos de Aprendizaje
• Conocer los dispositivos de hardware más importantes de un sistema de
cómputo y entender el funcionamiento básico de cada dispositivo.
• Identificar las unidades funcionales de una computadora y entender las
interacciones entre ellas.
3.2 Conceptos de Hardware
El hardware es el componente físico y tangible de una computadora. Existen
cuatro elementos principales en todo sistema de cómputo: (1) procesador, (2)
memoria, (3) dispositivos de entrada, y (4) dispositivos de salida. La Figura 1
muestra el diagrama de bloques de una computadora.
Fig. 1. Diagrama de Bloques de una Computadora
La parte activa de una computadora, la parte que realiza los cálculos y controla
todas las otras partes es el Procesador. El procesador contiene relojes
electrónicos que controlan la temporización de todas las operaciones; circuitos
electrónicos que llevan a cabo operaciones aritméticas como suma y
multiplicación; circuitos que identifican y ejecutan las instrucciones que contiene
un programa; y circuitos que traen los datos de la memoria. Las instrucciones y los
datos son guardados en la memoria principal. El procesador los extrae cuando
considera necesario. Los controladores supervisan los dispositivos de entrada,
como teclado y mouse; dispositivos de salida, como impresora y monitor, y
dispositivos de almacenamiento como el disco duro. El procesador y los
controladores de periféricos trabajan juntos para transferir información entre la
computadora y los usuarios. Algunas veces, el procesador se encargará de los
datos tomados de un dispositivo de entrada; la transferencia a través del
controlador; mover los datos a través del bus y cargarlos directamente en el
procesador (Figura 2). La salida de datos sigue la misma ruta en sentido contrario
pasar del procesador, a través del bus, a través de un controlador y a un
dispositivo directamente en, o fuera de, la memoria principal.
La Placa Madre (Mother Board)
Es la placa principal de circuitos en la computadora. Sostiene el procesa-
dor y la memoria, proporciona los slots de expansión para los periféricos,
y, ya sea directa o indirectamente, conecta todas las partes de la com-
putadora.
El principal propósito de la Tarjeta Madre es proporcionar las conexiones
eléctricas y lógicas para que los otros componentes del sistema se co-
muniquen.
Los principales componentes de la Tarjeta Madre son:
• Microprocesador o Procesador: (CPU – Unidad de Procesamiento Cen-
tral) el cerebro del computador montado sobre una pieza llamada zó-
calo o slot
• Memoria principal temporal: (RAM – Memoria de acceso aleatorio)
montados sobre las ranuras de memoria llamados generalmente ban-
cos de memoria.
• Las ranuras de expansión: o slots donde se conectan las demás tarje-
tas que utilizará el computador como por ejemplo la tarjeta de video,
sonido, modem, red, etc.
• Chips: como puede ser la BIOS, los Chipsets o controladores.
Figura 2. Ejemplo de una Tarjeta Madre o Principal:
Sistema de Buses de una Computadora
Los diferentes elementos que componen una computadora se tienen que
comunicar de alguna manera, y esta comunicación se realiza por los lla-
mados buses. Los buses son un conjunto de hilos o conexiones que lle-
van información de todo tipo de un elemento a otro, transportando la in-
formación en paralelo, (esto quiere decir, que los datos van por todos los
hilos del bus simultáneamente).
Fig. 31. Diagrama Esquemático de los componentes básicos de una computadora.
1 Fuente: www.uow.edu.au/~nabg/ABC/C1.pdf
El nombre del bus es generalmente determinado por el tipo de señal que está
transmitiendo o el método de operación. Normalmente, los buses internos de la
computadora se agrupan en tres áreas según sus usos más comunes. Estas áreas
son las siguientes:
• Buses de control (también llamado bus de control y temporización), dirección y
datos (también conocido como bus de memoria).
• Instrucción (I), operando (O), Entrada/Salida de la Memoria (I/O MEM) o de
Entrada/Salida del Controlador (IOC), Sistema de Interconexión del
Computador (CIS)
• Tiempo de bus multiplexado
A continuación se describen brevemente tres tipos de buses internos: control,
dirección y datos.
Bus de Control: Es utilizado por el procesador para dirigir y monitorear las
acciones de las otras áreas funcionales de la computadora. Se utiliza para
transmitir una variedad de señales individuales (lectura, escritura, interrupción,
reconocimiento, y así sucesivamente) necesarias para controlar y coordinar las
operaciones de la computadora.
Bus de Dirección: Está formado por todas las señales necesarias para definir
cualquiera de las posibles ubicaciones de dirección de memoria en la
computadora. Una dirección se define como una etiqueta, símbolo, u otro conjunto
de caracteres que se utilizan para designar un lugar o registro donde se almacena
la información. Antes de que los datos o instrucciones puedan ser escritos dentro o
leídos desde la memoria por el procesador o secciones E/S, una dirección debe
ser transmitida a la memoria a través del bus de direcciones.
Bus de datos (Bidireccional): A veces llamado el bus de memoria, se ocupa de
la transferencia de todos los datos e instrucciones entre las áreas funcionales de la
computadora. El bus de datos bidireccional sólo puede transmitir en una dirección
a la vez. El bus de datos se utiliza para transferir instrucciones desde la memoria
al procesador para su ejecución. Lleva los datos (operandos) a y desde el
procesador y memoria según sea requerido en la traducción de instrucciones. El
bus de datos también se utiliza para transferir datos entre la memoria y la sección
E/S durante operaciones de entrada y salida. La información sobre el bus de datos
es escrita en la memoria en la dirección definida por el bus de direcciones o
también, se realiza la lectura de datos de la dirección de memoria especificada por
el bus de direcciones. La Figura 3 es un ejemplo de sistema de bus de una
computadora; buses de control, dirección y datos.
Figura 42. Diagrama de un Sistema de Buses de una Computadora; control,
2 Fuente: http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_129.htm
dirección y datos.
3.3 Unidades Funcionales de una Computadora
Las computadoras digitales tienen tres unidades funcionales principales:
procesador, memoria y E/S. También deben ser consideradas otras dos áreas: el
sistema de buses y suministro eléctrico, las cuales cumplen un papel importante
junto con las áreas funcionales de la computadora. Los buses, son el medio por el
cual el procesador, la memoria y E/S se comunican entre ellos mismos, y el
suministro de potencia proporciona los requerimientos de voltaje necesarios para
la computadora. La Figura X muestra un diagrama de bloques típico de las
unidades funcionales de una computadora.
Para completar el sistema de cómputo, la computadora usa instrucciones para
realizar las operaciones. Y a través de las interfaces hombre/máquina, el usuario
puede controlar las operaciones de la máquina.
Figura 53. Diagrama de bloques de unidades funcionales de la computadora
3.4 El Procesador
El procesador es el cerebro de la computadora. Todas las operaciones
computacionales (lógicas y aritméticas) y decisiones operacionales son realizadas
por el procesador, ya que este se encarga de controlar todas las operaciones de la
computadora. La organización del procesador se hace incrementalmente más
compleja en tanto nos traslademos de un relativamente sencillo microprocesador a
una supercomputadora. Sin embargo, las funciones básicas de un procesador son
las mismas aunque hablemos de un mainframe, computadora personal o una
sencilla microcomputadora.
El procesador comprende dos unidades que interactúan entre sí: unidad de control
3 Fuente: http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_105.htm
y la unidad aritmética lógica (ALU). La unidad de Control dirige la secuencia de
operaciones en el procesador, interpreta las instrucciones, y proporciona
temporización y señales de control para ejecutar las instrucciones. La unidad
aritmética lógica implementa operaciones aritméticas y/o lógicas requeridas por
éstas instrucciones. El procesador generalmente está constituido de
temporizadores, circuitos, registros, selectores, comparadores, sumadores y
diferenciadores.
Unidad de Control
Como un “director de tráfico”, la unidad de control decide cuándo iniciar y parar
(control y temporización), qué hacer (instrucciones de programa), dónde guardar la
información (memoria), y quién se comunica con quién (E/S). Controla el flujo de
todos los datos que entran y salen de la computadora, desde el inicio hasta el fin
de las operaciones. Esto lo hace comunicándose o interconectándose con la ALU,
memoria y áreas de E/S. Figura X3.
Unidad Aritmética Lógica (ALU)
La unidad aritmética lógica (ALU), está diseñada para realizar las operaciones las
operaciones aritméticas y lógicas del procesador. La ALU se comunica con la
unidad de control, la cual le envía los datos y le indica las operaciones a realizar.
Figura 64. Diagrama de bloques de la ALU de una computadora
Hay muchas diferentes operaciones básicas que el procesador realiza a través de
la ALU. A continuación veremos ejemplos de estas operaciones:
• Sumar o restar dos números binarios
• Multiplicar o dividir dos números binarios
• Incrementar o decrementar un número binario en 1
• Aplicar la operación lógica AND a dos números binarios (aplicando a cada
par de bits de izquierda a derecha)
• Aplicar la operación lógica XOR a dos números
• Determinar si un número es cero, es positivo o es negativo
4 Fuente: http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_123.htm
• Determinar después de una operación aritmética si se ha cometido un error
(por ejemplo, si el resultado es demasiado grande)
• Determinar si dos números son el mismo número
3.7 Memoria
La memoria de un computador guarda (almacena) instrucciones de programa
(órdenes para realizar), datos (información), operandos (datos afectados o
manipulados) y cálculos (resultados de la ALU). El procesador controla la
información guardada en memoria. La información es llamada (lectura),
manipulada y/o escrita dentro de la memoria uso inmediato o posterior. La
memoria interna de una computadora es también llamada como memoria
principal. No se debe confundir con la memoria auxiliar o secundaria
proporcionada por diversos dispositivos periféricos.
Para una mejor comprensión, se ha clasificado la memoria en dos categorías
generales: memoria de lectura/escritura y memoria de solo lectura. Dentro del
grupo de lectura/escritura se encuentran memorias magnéticas (núcleo) y
memorias de semiconductor (estáticas y dinámicas). La memoria de solo lectura
puede ser subdividida dentro de partes programadas llamadas memory readonly
(ROM) y dispositivos programable de usuario llamados programmable readonly
memory (PROM). Esta clasificación es mostrada en la figura T.
Figura 7. Clasificación de la memoria de una computadora
Memoria RAM
Memoria de la computadora, denominada Memoria de Acceso Aleatorio, es un
área de almacenamiento a corto plazo para cualquier tipo de dato que la
computadora está usando. Atendiendo a sus características físicas las memorias
RAM se divide en dos grandes grupos: Estáticas SRAM ("Static RAM") y
dinámicas DRAM ("Dynamic RAM"). Ambas comparten la característica de perder
su contenido cuando se apaga el sistema, pero las DRAM tienen además la
necesidad de que su contenido sea constantemente actualizado. Los dos tipos
difieren en la tecnología que usan para almacenar los datos. La RAM dinámica
necesita ser refrescada cientos de veces por segundo, mientras que la RAM
estática no necesita ser refrescada tan frecuentemente, lo que la hace más rápida,
pero también más cara que la RAM dinámica. Ambos tipos son volátiles, lo que
significa que pueden perder su contenido cuando se desconecta la alimentación.
Ambos tipos de RAM son volátiles, significando que pierden su contenido cuando
se interrumpe el suministro de poder.
Memoria ROM
Su nombre viene del inglés Read Only Memory que significa Memoria de Solo
Lectura ya que la información que contiene puede ser leída pero no modificada.
En ella se encuentra toda la información que el sistema necesita para poder
funcionar correctamente ya que los fabricantes guardan allí las instrucciones de
arranque y el funcionamiento coordinado de la computadora. No son volátiles,
pero se pueden deteriorar a causa de campos magnéticos demasiados potentes.
La BIOS de una PC (Basic Input Operative System) es una memoria ROM, con la
facultad de configurarse según las características particulares de cada máquina.
Esta configuración se guarda en la zona de memoria RAM que posee esta BIOS y
se mantiene sin borrar cuando se apaga la computadora gracias a una pila que se
encuentra en la placa principal.
3.8 Disco Duro
El disco duro es un dispositivo de almacenamiento no volátil, es decir conserva la
información que le ha sido almacenada de forma correcta aun con la perdida de
energía. Emplea un sistema de grabación magnética digital; donde en la mayoría
de los casos se encuentra almacenado el sistema operativo de la computadora.
En este tipo de disco se encuentra una serie de platos metálicos dentro de la
carcasa, los cuales giran a gran velocidad. Sobre estos platos se sitúan los
cabezales encargados de leer o escribir los impulsos magnéticos. Hay distintos
estándares a la hora de comunicar un disco duro con la computadora. Existen
distintos tipos de interfaces las más comunes son:
• IDE (Integrated Device Electronics) también llamado ATA. Estándar más
utilizado hasta hace poco, por su versatilidad y bajo precio.
• SCSI (Small Computers System Interface) son discos duros de gran capacidad
de almacenamiento, generalmente usados en servidores.
• SATA (Serial ATA) es un nuevo estándar de conexión que utiliza un bus serie
para la transmisión de datos, estandarizado desde el año 2004.
Direccionamiento
Hay varios conceptos para referirse a las zonas del disco:
Plato: Cada uno de los discos que hay dentro del disco duro.●
Cara: Cada uno de los dos lados de un plato.●
Cabeza: Número de cabezales.●
Pista: Una circunferencia dentro de una cara; la pista 0 está en el borde exterior.●
Cilindro: Conjunto de varias pistas; son todas las circunferencias que están●
alineadas verticalmente (una de cada cara).
Sector: Cada una de las divisiones de una pista. El tamaño del sector no es fijo,●
siendo el estándar actual 512 bytes.
Antes que los datos puedan ser guardados en un disco duro, el disco debe
primero ser dividido en áreas numeradas, para que los datos puedan ser
fácilmente recuperados. Dividir el disco para que los datos puedan ser fácilmente
escritos y recuperados es lo que se conoce como formatear el disco, que consiste
en dividir cada superficie de datos en pistas y sectores.
Figura 85. Pistas sobre un segmento de un disco duro
5 Fuente: http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_255.htm
Figura 96. Sectores y pistas de un disco.
Estructura física
Dentro de un disco duro hay varios platos (entre 2 y 4), que son discos (de
aluminio o cristal) concéntricos y que giran todos a la vez. El cabezal (dispositivo
de lectura y escritura) es un conjunto de brazos alineados verticalmente que se
mueven hacia dentro o fuera según convenga, todos a la vez. En la punta de
dichos brazos están las cabezas de lectura/escritura, que gracias al movimiento
del cabezal pueden leer tanto zonas interiores como exteriores del disco.
Cada plato tiene dos caras, y es necesaria una cabeza de lectura/escritura para
cada cara (no es una cabeza por plato, sino una por cara). Cada uno de los brazos
es doble, y contiene 2 cabezas: una para leer la cara superior del plato, y otra para
leer la cara inferior.
6 http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_256.htm
Las cabezas de lectura/escritura nunca tocan el disco, sino que pasan muy cerca
(hasta a 3 nanómetros) ó 3 millonésimas de milímetro. Si alguna llega a tocarlo,
causaría muchos daños en el disco, rayándolo gravemente, debido a lo rápido que
giran los platos (uno de 7.500 revoluciones por minuto se mueve a 120 km/h en el
borde).
Figura 107. Brazo de acceso de disco buscando en el cilindro 20
Características de un disco duro
Las características que se deben tener en cuenta en un disco duro son:
Tiempo medio de acceso: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la●
pista y el sector deseado; es la suma del Tiempo medio de búsqueda (situarse en
la pista) y la Latencia media (situarse en el sector).
Tiempo medio de búsqueda: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en la●
7 Fuente: http://www.tpub.com/content/fc/14100/css/14100_257.htm
pista deseada; es la mitad del tiempo empleado por la aguja en ir desde la pista
más periférica hasta la más central del disco.
Latencia media: Tiempo medio que tarda la aguja en situarse en el sector●
deseado; es la mitad del tiempo empleado en una rotación completa del disco.
Velocidad de rotación: Revoluciones por minuto de los platos. A mayor velocidad●
de rotación, menor latencia media.
Tasa de transferencia: Velocidad a la que puede transferir la información a la●
computadora una vez la aguja está situada en la pista y sector correctos. Puede
ser velocidad sostenida o de pico.
Actividades de Afianzamiento y evaluación
• Explique cuál es la principal función de la tarjeta madre (Motheboard)
• Identificar los componentes de las siguientes tarjetas madre:
TM 598 LMR
TM 830
TM 805
TM 755
• Realice las actividades del archivo encontrado en el siguiente link:
http://www.ie.itcr.ac.cr/marin/mpc/tmadre/anim4.html
• Explique en qué consiste el modelo de Computadora de Von Newman.
• Explique qué elementos intervienen de qué forma se realiza la suma de dos
números.
• Consulte las características de las memorias de computadora más comunes
usadas actualmente (semiconductoras) y realice un paralelo con las memorias
magnéticas.
• Explique las diferencias entre las interfaces de discos duros IDE, SCOSI y
SATA.
• Explique cómo se realiza el grabado de datos en un disco duro.
Links de Interés
http://www.mundopc.net/ginformatico/p/procesad.phphttp://html.rincondelvago.com/memoria-ram-rom.htmlhttp://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_RAMhttp://e-hardware.es/componentes-hardware/%C2%BFque-es-la-memoriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Disco_durohttp://www.monografias.com/trabajos/discoduro/discoduro.shtmlhttp://html.rincondelvago.com/tipos-de-computadoras.html
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