Fundamentos de computación
29/08/2011 (Semana 2)
Objetivos:
- Conocer los principales dispositivos físicos del computador.
- Hardware Interno y Externo.
- Tarjeta Madre.
- Chipset.
- CMOS.
- RTC.
- BIOS.
- Procesador.
De acuerdo al programa:
- Arquitectura interna de la computadora.
- Clasificación del hardware y su ubicación física dentro del computador.
- Memoria: Tipos, capacidad.
- Procesador central: componentes y su interactividad.
- Dispositivos de entrada/salida: tipos y características.
- Almacenamiento no primario: tipos y características.
- Periféricos comúnes.
Introducción al Hardware de Computadoras Dispositivos internos
1. Tarjeta Madre: Es una tarjeta rectangular rígida que contiene un sistema de circuitos que conecta al procesador con los dispositivos de hardware. En este componente se integran y coordinan tods los elementos que permiten un adecuado funcionamiento del computador, opera como plataforma o circuito principal.
1.1. Propósito: El propósito más básico de las placas madres es proveer las conexiones lógicas y eléctricas entre los componentes del sistema. Permite que las partes de una computadora reciban energía y se puedan comunicar con otras. El resto de dispositivos son conectados a la placa madre a través de conectores y/o cables.
1.2. Funciones básicas:
- Distribuir la corriente desde el suministro de energía hacia el resto de dispositivos del computador
- Proveer los datapath o los caminos de información para las señales de control de la información.
- Ofrecer varios sockets o puertos para conectar los componentes externos.
- Proveer puestos de expansión para añadir circuitos integrados (IC) o Printed Circuit Boards (PCB).
1.3. Primeras Tarjetas Madres: La primera tarjeta madre para computadoras de IBM tenía solamente un procesador y ranuras de tarjetas. Los usuarios conectaban sus dispositivos, como lectores de disquetes y controladores de memoria, dentro de las ranuras. Ahora, las tarjetas madre típicamente alojan una gran variedad de funciones integradas y que afectan directamente la capacidad de su computador y las posibilidades de mejora.
1.4. Partes principales de la Tarjeta Madre:
- Chip de memoria no volátil (Generalmente ROM-BIOS)
- Chipset
- CPU sockets
- Memory Slots
- Puertos PCI
- Puerto AGP
- Conector de disquete
- AMR (Audio Modem Riser)
- Power Supply Connector
- Batería
- Conectores PS-2
- Puerto paralelo de 25 pines
- Puerto serial de 9 pines
- Puerto VGA de 15 pines.
- Conectores USB
- Conector Ethernet
- Contector de audio de entrada y salida
- Dispositivos de enfriamiento
1.5. Estándares aplicables a las tarjetas madre:
1.5.1. Factor de Forma: La forma y el diseño de una placa es llamada: Factor de Forma. El factor de forma afecta la posición donde se colocarán los componentes individuales y la forma de la carcasa de la computadora. Normalmente, el factor de forma se utiliza para hacer referencia a la geometría, dimensiones, la disposición y los requisitos eléctricos de la placa madre.
1.5.1.1. Historia del Factor de Forma:
- En 1981, la IBM lanzó al mercado la primera computadora personal diseñada con una motherboard original. Tenía 5 puertos de expansión usados para aceptar componentes adicionales que pudieran añadirse al sistema posteriormente.
- En 1983 iBM lanzó al mercado la “extended technology” o la computadora XT la cual tenía tres puertos adicionales para expansión. Nace así el factor de forma XT.
- Un trazado (trace) es un reemplazo sólido para un cable. En la tarjeta madre hay muchos trazados, los cuales parecen carreteras o caminos. Cuando un componente está soldado a una tarjeta se dice que está integrado.
- En 1984 IBM lanzó el factor de forma AT (Advanced Technology)
- Otros factores de forma son ATX y micro ATX.
- AT miniatura/AT tamaño completo: es un formato que utilizaban los primeros ordenadores con procesadores 386 y 486.
- Este formato fue reemplzado por el formato ATX, cuya forma favorecía una mejor circulación de aire y facilitaba a la vez el acceso a los componentes.
1.5.1.2.Factor de Forma ATX: El formato ATX es una actualización del AT miniatura. La unidad de conexión de las placas madre ATX está diseñada para facilitar la conexión de periféricos. Los componentes de la placa madre están dispuestos en paralelo y esta disposición garantiza una mejor refrigeración.
1.5.1.2.1. ATX estándar: Tradicionalmente, el formato del estándar ATX es de 305x244 mm. Incluye un conector agp y 6 conectores PCI.
1.5.1.2.2. Micro-ATX: El formato micro-ATX resulta una actualización de ATX, que posee las mismas ventajas en un formato más pequeño 244 x 244 mm., a un menor costo. El Micro-ATX incluye un conector AGP y 3 conectores PCI.
1.5.1.2.3. Flex-ATX: Flex-Atx es una expansión del micro-ATX, que frece a su vez una mayor flexibilidad para los fabricantes a la hora de diseñar sus ordenadores. Incluye un conector AGP y 2 conectores PCI.
1.5.1.2.4. Mini-ATX: El MiniATX surge como una alternativa compacta al formato MicroATX (284 x 208 mm) e incluye a su vez, un conector AGP y 4 conectores PCI en lugar de los 3 del micro/ATX. Fue dise;ado principalmente para mini-PC.
1.5.1.3.Factor de Forma ITX: Elformato ITX (Tecnología de Información Extendida), respaldado por Via, es un formato muy compacto diseñado para configuraciones en miniatura como lo son las mini-PC. Existen dos tipos de formatos ITX principales:
1.5.1.3.1. Mini-ITX: Con dimensiones pequeñas (170 x 170 mm) y una ranura PCI.
1.5.1.3.2. Nano-ITX: Con dimensiones muy pequeñas 120 x 120 mm y una ranura miniPCI
1.5.1.4. Factor de Forma BTX: El formato BTX (Tecnología Balanceada Extendida), respaldado por la marca Intel, es un formato diseñado para mejorar tanto la disposición de componentes como la circulación de aire, la acústica y la disipación del calor. Los distintos conectores (ranuras de memoria, ranuras de expansión) se hallan distribuidos en paralelo, en el sentido de la circulación del aire. De esta manera, el microprocesador está ubicado al final de la carcasa, cerca dela entrada de aeración. El estándar BTX define tres formatos:
1.5.1.4.1. BTX estándar
1.5.1.4.2. Micro-BTX
1.5.1.4.3. Nano-BTX
1.5.1.4.4. Pico-BTX
1.5.2. Socket para el microprocesador: Determina el tipo de “Unidad Central de Procesamiento”(CPU) que la tarjeta madre usa.
1.5.3. Chipset: Es el enlace que une al microprocesador con el resto de la placa base. En un computador consta de dos partes principales, el Northbridge y el Southbridge. Todos los componentes del computador se comunican através de él. El chipset es una parte integrada de la placa base, por lo que no puede ser eliminado o mejorado. Algunos chipset pueden incluir un chip de gráficos o de audio lo que indica que no es necesario instalar una tarjeta adicional.
1.5.3.1.Northbridge: El puente norte se conecta directamente al procesador a través del bus frontal (FSB). Un controlador de memoria se encuentra en el northbridge, lo que da el accesso rápido a la memoria de la CPU. El puente norte también se conecta al bus AGP o PCI Express y a la propia memoria.
1.5.3.2.Southbridge: El puente sur es más lento que el puente norte y la información de la CPU tiene que pasar por el puente norte antes de llegar al puente sur. Otros buses conectan el puente sur al bus pci, los puertos USB y el IDE o conexiones con el disco duro.
1.5.4. BIOS: Basic Input/Output System, controla las funciones básicas de la computadora y realiza una comprobación automática cada vez que se enciende. Algunos sistemas cuentan con doble BIOS, lo que proporciona una copia de seguridad en caso de fallas o de errores durante la actualización.
1.5.4.1.Funciones de la BIOS:
- Un encendido de auto diagnóstico (POST) de la computadora a fin de comprobar que todos los principales componentes y periféricos de “bajo nivel” de un PC funcionen correctamente; entre ellos la memoria RAM, el disco duro (HD), la tarjeta gráfica, los dispositivos CD/DVD, el teclado y el ratón. En caso de malfuncionamiento, la BIOS instruye al ordenador para emitir un mensaje de error típicamente en serioes de beep.
- La BIOS administra el flujo de datos entre el sistema operativo y los principales dispositivos hardware de una computadora, disco duro, tarjeta de video, lectores CD/DVD, impresoras, ratón y teclado. El usuario puede cambiar ela configuración a través de la BIOS UI.
- Proporcinoar un conjunto de rutinas de bajo nivel que utiliza el sistema operativo de interfaz para dispositivos de hardware diferentes.
- Habilitar o inhabilitar algunos componentes de sistema-
1.5.4.2.Tipos de BIOS:
1.5.4.2.1. Rom – BIOS: Se trata de las primeras BIOS: Es utilizada hasta los años 90 grabadas en una memoria no volátil ubicada en la placa base y denominada ROM que garantizaba la independencia del resto del hardware. El inconveniente de este tipo de memoria era la escasa o nula posibilidad de ampliaciones o upgrade (actualizaciones) para adecuarse al aumento de capacidad del PC por ejemplo sustituir un disco duro con otro de mayor tamaño.
1.5.4.2.2. Shadow – BIOS: Es la versión de la BIOS cargada en la memoria RAM a través de un proceso conocido como “BIOS Shadowing”, que permite a la BIOS utilizar la RAM en lugar de la normal memoria ROM durante el proceso de arranque del ordenador, esto a fin de mejorar el rendimiento global del PC.
1.5.4.2.3. Flash – BIOS: Permite actualizar la BIOS cómodamente por ejemplo con la descargad irecta de la nueva versión desde la web del fabricante de la placa madre y no tener que remover físicamente el chip ROM. El mencionado proceso de actualización es comúnmente conocido como BIOS Flashing.
1.5.4.2.4. PnP – BIOS: Plug and Play BIOS es aquél Sistema Básico de Entrada/Salida que permite a la computadora reconocer directa y automáticamente un dispositivo externo de tipo hardware como por ejemplo un monitor, unos altavoces, una tarjeta gráfica, un escáner o una impresora, asignando a cada uno de ellos los recursos de sistema necesarios.
1.5.5. CMOS: Es una tecnología utilizada para la construcción de circuitos integrados, utilizada en microprocesadores, memorias RAM estáticas y diferentes circuitos lógicos. Complementary metal-oxide-semiconductor o CMOS es una de las familias lógicas empleadas en la fabricación de circuitos integrados. Su principal característica consiste en la utilización conjunta de transistores de tipo pMOS (polaridad positiva) y tipo nMOS (Polaridad negativa) configurados de tal forma que, en estado de reposo, el consumo de energía es únicamente el debido a las corrientes parásitas. Cuando se apaga el ordenador, la fuente de alimentación deja inmediatamente de proporcionar electricidad a la placa madre. Al encender nuevamente el ordenador, el sistema continúa con la configuración previa. Un circuito electrónico denominado CMOS, conserva algunos datos del sistema como la hora, la fecha y algunas configuraciones esenciales del sistema. EL CMOS se alimenta de manera contínua gracias a una pila. La información sobre el hardware en el ordenador (como el número de pistas o sectores en cada disco duro) se almacena directamente en el CMOS.
1.5.5.1.Diferencia entre BIOS y CMOS
- La BIOS es un programa, un conjunto de instrucciones cuyo objetivo es realizar el inventario del hardware del PC y el arranque del SO, por otro lado el CMOS es una memoria que almacena aquella información que será consultada, y eventaulmente modificada por la BIOS: fecha y hora, número de discos, cantidad de memoria del equipo, etc.
- La BIOS está grabada en una memoria no volátil (ROM o Flash), mientras que los datos del CMOS utilizan un chip de memoria de tipo RAM alimentado con batería.
1.5.6. Chip de reloj en tiempo real: Es un chip de batería que mantiene la configuración básica y la hora del sistema.
1.5.7. Reloj en Tiempo Real(RTC): Es un circuito cuya funcion es la de sincronizar las señales del sistema. Está constituído por un cristal que, cuando vibra, emite pulsos (denominados pulsos de temporizador) para mantener los elementos del sistema funcionando al mismo tiempo. La frecuencia de temporizador (expresada en MHz) es el número de veces que el cristal vibra por segundo, es decir, el número de pulsos de temporizador por segundo. Cuanto más alta sea la frecuencia, mayor será la cantidad de información que el sistema pueda procesar.
1.5.8. Ranuras y Puertos: Las ranuras y puertos encontrados en una tarjeta madre incluyen:
1.5.8.1.Peripheral Component Interconnect (PCI): Conexiones para video, tarjetas para captura de sonido y video, así como también tarjetas de red.
1.5.8.2.Accelerated Graphics Port (AGP): Dedicado para tarjetas de video.
1.5.8.3.Integrated Drive Electronics (IDE): Interfaces para discos duros.
1.5.8.4.Universal Serial Bus (USB): Periféricos externos.
1.5.8.5.Memory Slots: RAM.
1.5.8.6.Nuevos avances tecnológicos: Algunas tarjetas de memoria incorporan nuevos avances tecnológicos como:
1.5.8.6.1. Redundant Array of Independent Disc (RAID): Controladores que permiten al computador reconocer varias unidades como una sola.
1.5.8.6.2. PCI Express: Es un nuevo protocolo que actúa más como una red que como un bus. Puede eliminar la necesidad de otros puertos, incluyendo el puerto AGP.
1.5.8.6.3. Integración: En lugar de depender de tarjetas de conexión, algunas tarjetas madres tienen sonido, conexión de red, video y soporte de periférico de Forma Integrada.
1.5.9. Procesador: Es un circuito electrónico constituido por millones de componentes electrónicos integrados. Es básicamente, el encargado de realizar toda operación aritmético-lógica, de control y de comunicación con el resto de los componentes integrados que conforman un PC, siguiendo el modelo de Von Neumann. Funciona a la velocidad de un reloj interno que gracias a un cristal de cuarzo sometido a una corriente eléctrica envía pulsaciones denominados picos. Con cada pico de reloj el procesador ejecuta una acción que corresponde a una acción o una parte de ella. La velocidad del reloj (ciclo) corresponde al número de pulsos por segundos expresados en Hertz. (un procesacor de 200MHz envía 200,000 pulsaciones por segundo. Es el principal encargado de ejecutar los programas, sean de usuario o de sistema; sólo ejecuta instrucciones programadas a muy bajo nivel, realizando operaciones elementales básicamente las aritméticas y lógicas, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.
1.5.9.1.Procesador, Instrucciones: Una instrucción es la operación elemental que el procesador necesita para que pueda cumplir con las obligaciones encomendadas. Las instrucciones se almacenan en la memoria principal, esperando ser tratadas por el procesador. Estas poseen dos campos:
1.5.9.1.1. Código de operación: Representa la acción que el procesador debe ejecutar.
1.5.9.1.2. Código operando: Define los parámetros de la acción, de la información como de la dirección de la memoria.
1.5.9.2.Procesador, zócalos: Los zócalos o soquets permiten diferenciar un procesador de otro. Un zócalo es un sistema electromecánico de soporte y conexión eléctrica instalado en la placa base. Están soldados a la placa base, de manera que tienen una conexión eléctrica con los circuitos del circuito impreso. Existen variantes desde 40 conexiones para procesadores pequeños, hasta 1300. Cada pin del procesador debe estar alineado con su punto de soquet.
1.5.9.3.Procesador, doble núcleo: Los procesadores de doble núcleo son dispositivos donde hay físicamente dos procesadores independientes en un mismo encapsulado. Estos procesadores, para cada procesador interno posee una memoria caché de 1 o 2 Mb de capacidad, pero comparten la misma memoria principal para la carga de sus propios procesos. Ventajas: Menor consumo eléctrico, Menor espacio físico.
