FUNDACIÓN UNIVERSITARIA DEL ÁREA ANDINA CENTRO DE EDUCACIÓN A DISTANCIA TÉCNICO PROFESIONAL EN SISTEMAS MANTENIMIENTO DE COMPUTADORES UNIDAD 1: COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CÓMPUTO. INTRODUCCIÓN Un sistema de computación se compone de hardware o parte física y software o componente lógico, en la presente unidad damos una descripción básica de los elementos más comunes de estas dos categorías de componentes. COMPONENTES DE HARDWARE DE UN SITEMA DE CÓMPUTO: El chasis: Constituye la protección y soporte físico de componentes internos del equipo, en ellos se ubica la fuente de energía, que convierte la corriente alterna (CA) en corriente continua (CC) requerida para el funcionamiento de los demás componentes internos. El chasis debe tener características de forma y tamaño acordes con los elementos internos, incluyendo fuente de energía, y posibles adiciones futuras. Los chasis también cuentan con elementos de ventilación que provoca la circulación del aire en el interior del equipo y luego su salida con el fin de evitar el calentamiento de los elementos internos. Los chasis vienen diseñados de tal manera que los componentes internos puedan disponer de una conexión a tierra en el mismo chasis, contribuyendo así con la protección contra la descarga electrostática. Conectores de la fuente de energía: Según los elementos a los que proporcione alimentación de energía, las fuentes cuentan con distintos tipos de conectores, la mayoría hechos para insertarse en una única dirección, conocidos como conectores de llave. Las diferentes partes del conector cuentan con cables de diferente color asociados a diferentes características eléctricas. 1
Entre los diferentes tipos de conectores se cuentan: Conectores Molex: conector de llave que alimenta unidades ópticas y de disco duro.
Conectores Berg: conector de llave que alimenta a las unidades de disquete, que aunque muy poco se usan, continúan estando disponibles. el conector Berg es más pequeño que el Molex.
Conectores ranurados: vienen de 20 o 24 pines, en dos filas de 10 o 12 respectivamente, y son los utilizados para proporcionar alimentación a la board.
Conectores de alimentación auxiliar de 4 pines a 8 pines: tiene dos filas de dos a cuatro pines y proporciona energía a todas las áreas de la motherboard, tiene la misma forma que el conector principal, pero es más pequeño.
Componentes internos de un computador: Motherboard: La motherboard, también conocida como tarjeta madre o tarjeta principal, es una placa de circuitos impresos provista de los buses o rutas que comunican eléctricamente los diferentes elementos de la board y los que se conectan a ella y permiten que los datos viajen entre los distintos componentes. Diferentes tipos de board: La motherboard es la plataforma física a la que se conectan otros elementos internos del computador tales como el procesador, o CPU, las tarjetas de memoria RAM. Cuenta con ranuras de expansión, el chip del BIOS, un conjunto de chips, los sockets, los conectores internos y externos, y varios puertos. Según los elementos de los que esté compuesta la motherboard, sus características y capacidades, será posible conectar a ella diferentes elementos, por ejemplo un conjunto determinado de procesadores. Las motherboards existen en diferentes modalidades o factores de forma, tal como lo resume el cuadro de la derecha de la la siguiente figura:
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El conjunto de chips de una motherboard: permite a la que la CPU interactúe con los otros componentes, establece cuánta memoria puede agregarse y determina el tipo de conectores de la motherboard. La mayoría de conjuntos de chips se divide en dos componentes: Northbridge: generalmente controla el acceso a memoria RAM, tarjeta de vídeo y las velocidades a las cuales la CPU puede comunicarse con ellas. La tarjeta de vídeo a veces está integrada al Northbridge. Southbridge: generalmente permite la comunicación de la CPU con los discos duros, la tarjeta de sonido, los puertos USB y puertos de entrada/salida. Unidad central de procesamiento CPU o microprocesador: se considera el cerebro del sistema, se encarga de la mayoría de procedimientos de cálculo y procesamiento de datos. Las CPU vienen en diferentes factores de forma y capacidades, y cada uno requiere un socket específico. La mayoría de sockets y procesadores se construyen sobre la arquitectura de la matriz de rejilla de pines (PGA, pin grid array), en la cual los pines del procesador se insertan con una fuerza de inserción cero (ZIF). Cada modelo de procesador cuenta con un conjunto de instrucciones que define su funcionamiento, existen dos arquitecturas principales de CPU relacionadas con conjuntos de instrucciones: CPU con conjunto reducido de instrucciones (RISC, Reduced Instruction Set Computer): diseñados para ejecutar estas instrucciones muy rápidamente. CPU con conjunto complejo de instrucciones (CISC, Complex Instruction Set Computer): con un amplio conjunto de instrucciones, lo que implica menos pasos por operación. hyperthreading o procesamiento multihilo: característica de algunos procesadores que permite ejecución de varis fragmentos de código simultáneamente por canal, lo cual mejora el rendimiento. Para un sistema operativo, una CPU con hyperthreading parece ser dos CPU. Factores de capacidad de una CPU: La capacidad de una CPU se asocia a la velocidad y la cantidad de datos que puede procesar en paralelo.
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Velocidad: se mide en ciclos por segundo o hertz (Hz). Una CPU moderna trabaja a velocidades del orden de millones de ciclos por segundo o Gigahertz (GHz). Cantidad de datos que puede procesar en paralelo: este factor depende del tamaño del bus de datos del procesador o bus de CPU o bus frontal (FSB). Los procesadores modernos cuentan con un bus de datos 32 bits o de 64 bits. Recientes tecnología ha llevado a incorporar más de un núcleo de CPU en un chip.
CPU de núcleo único: Un núcleo dentro de un único chip de CPU que maneja todas las capacidades de procesamiento. CPU de doble núcleo: Dos núcleos dentro de un chip de CPU único en el cual ambos núcleos pueden procesar información al mismo tiempo.
Actualmente los fabricantes están lanzando al mercado procesadores de más de dos núcleos.
Sistema de ventilación: Se debe evitar el recalentamiento de los componentes internos del computador para evitar su daño. La ubicación de un ventilador en el chasis facilita la refrigeración del interior del computador, adicionalmente a ello se coloca un disipador de calor y un ventilador al procesador. También se puede colocar ventiladores a otros componentes, por ejemplo, a las tarjetas.
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Los computadores con CPU extremadamente rápidas pueden usar un sistema de refrigeración por agua, colocando una placa metálica sobre el procesador y bombeando agua hacia la parte superior, el agua es bombeada hacia un radiador, donde se enfría por aire y vuelve a circular. ROM (Read Only Memory): La memoria de sólo lectura o memoria ROM, consiste en chips ubicados en la motherboard y almacena instrucciones básicas para iniciar el computador y cargar el sistema operativo, a las que la CPU accede directamente. Los contenidos de la ROM no pueden borrarse ni modificarse por medios convencionales. Los diferentes tipos de memoria ROM son:
ROM: la información se escribe en el chip durante su proceso de fabricación, no puede borrarse ni reescribirse. Tecnología obsoleta.
PROM: (ROM Programable): la información se escribe en el chip después de su fabricación, no puede borrarse ni reescribirse.
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EPROM (ROM Borrable y programable) la información se escribe en el chip luego de su fabricación. La información puede borrarse mediante el uso de procedimientos basados en la exposición a luz ultravioleta
EEPROM (ROM programable y Borrable Electricamente), también conocida como ROM flash, la información se escribe en el chip luego de su fabricación y La información puede borrarse y reescribirse sin sacar el chip del computador.
RAM (Random Access Memory ): La memoria de acceso aleatorio o memoria RAM es el componente de almacenamiento temporal para datos y programas a los que accede la CPU en tiempo de ejecución. Al cortar el suministro energético desaparece su contenido, esto le da el carácter de memoria volátil. A mayor cantidad de memoria RAM que tenga un computador, mayor será su capacidad y rendimiento para almacenar y procesar programas y archivos de gran tamaño. A continuación se describe los diferentes tipos de memoria RAM:
DRAM (RAM Dinàmica): chip usado como memoria principal, debe actualizarse constantemente con pulsos de electricidad para que los datos permanezcan en el chip.
SRAM (RAM Estática): Es un chip que se utiliza como memoria cache, o memoria intermedia entre el procesador y la RAM, es mucho más rápida que la DRAM y no requiere frecuentes actualizaciones.
FPM (memoria DRAM de modo de Página Rápida) Memoria compatible con funciones de paginación, las cuales permiten acceso a datos más rapidamente que la DRAM común
EDO (RAM Extendida de Salida de Datos): Memoria que superpone acceso de datos consecutivos, acelerando el acceso para obtención de datos de lamemoria, la CPU no tiene que esperar a que finalice un ciclo de acceso para iniciar otro.
SDRAM (DRAM Síncrona) funciona en sincronía con el bus de memoria o ruta de datos entre entre la CPU y la memoria principal)
DDR SDRAM (SDRAM de Doble Velocidad de Datos): transfiere datos al doble de la velocidad que la SDRAM.
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DDR2 SDRAM (SDRAM de Doble Velocidad de Datos 2): más rápida que la DDR SDRAM, mejora el rendimiento al reducir el ruido y la diafonía entre los cables de la señal.
RDRAM (DRAM RAMBus): chip desarrollado para comunicaciones a muy altas velocidades.
Módulos de memoria: La evolución de los módulos de memoria RAM contempla diferentes tipos de módulos de memoria, entre los que se cuentan los siguientes:
DIP (Dual inline package): Chips de memoria individuales con dos filas de pines para conectar a la motherboard.
SIMM (Modulo de Memoria En Línea Simple): vienen en chips de 30 y 72 pines.
DIMM (Módulo de Memoria en Linea Doble): contiene chips de memoria SDRAM, DDR SDRAM y DDR2 SDRAM. Existen SDRAM DIMM de 168 pines y de 240 pines.
RIMM (Módulo de Memoria En Línea RAMBus): contiene chips RDRAM, presenta una configuración de 184 pines.
Memoria caché: La SRAM se usa como memoria caché para almacenar los datos usados más frecuentemente, proporciona al procesador un acceso más rápido a datos, los tipos de memoria caché son:
Memoria cache L1: Memoria cache interna integrada a la CPU.
Memoria cache L2: cache externa originalmente montada en la board cerca de la CPU, ahora está integrada a la CPU.
Memoria cache L3: usada en estaciones de trabajo de alto nivel y en equipos servidores.
Verificación de errores de memoria: Los errores de la memoria ocurren cuando los datos no se almacenan correctamente en RAM. El computador usa diferentes métodos de detección y corrección de errores de datos en la memoria, entre ellos tenemos:
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Sin paridad: No se comprueba la existencia de de errores en la memoria.
Con paridad: contiene 8 bits para datos y uno para comprobación de errores, llamado bit de paridad.
ECC (Memoria con código de corrección de errores): puede detectar errores de varios bits y corregir errores de bits individuales.
Tarjetas adaptadoras: Son tarjetas de circuito impreso que aumentan la funcionalidad de un computador, las de uso más común son: NIC (Network Interface Card): conecta un computador con un cable de red. NIC inalámbrica: conecta un computador a una red mediante inalámbricamente. Tarjeta de sonido: brinda capacidades de audio. Tarjeta de vídeo: brinda capacidad gráfica. Módem: conecta un computador a Internet mediante una línea telefónica. Adaptador SCSI: conecta dispositivos SCSI, tales como discos duros o unidades de cinta, a un computador. Adaptador de RAID: Conecta varios discos duros a un computador para mayor redundancia y mejorar el rendimiento. Puertos USB, paralelo y serial: usado para conectar dispositivos periféricos. Las tarjetas adaptadoras se instalan en las ranuras de expansión de la motherboard, según su tipo de conector, se requiere una determinada ranura de expansión. Los diferentes tipos de ranuras son: ISA (Arquitectura Estándar de la Industria): Ranura de expansión de 8 o 16 bits, bastante antigua y de poco uso en la actualidad. EISA (Arquitectura Estándar Industrial ampliada): Ranura de 32 bits bastante antigua y de poco uso en la actualidad. MCA (Arquitectura de Microcanal): Ranura de 32 bits, de propiedad de IBM, bastante antigua y de poco uso en la actualidad. PCI (Interconexión de Componente Periférico): Ranura de 32 o 64 bits, estándar de amplio uso. AGP (Puerto de gráficos Avanzado): Ranura de 32 bits, apropiada para adaptadores de video. PCI Express: Raanura de expansión de bus serial, compatible con las PCI. Unidades de almacenamiento: Se utilizan para almacenar datos de forma permanente, algunas, como los discos duros fijos, pueden instalarse dentro del chasis, y otras unidades (extraíbles) pueden conectarse externamente mediante un puerto USB, un puerto FireWire o uno SCSI. Algunos tipos comunes de unidades de almacenamiento son: 8
Unidad de disquete (almacenamiento magnético, de muy poco uso actualmente) Unidad de disco duro (almacenamiento magnético de uso generalizado) Unidad óptica (CD, DVD, Blue Ray) Unidad flash (comúnmente conocida como memoria USB) Unidad de red
Tipos de interfaces de las unidades de disco: Los discos duros y las unidades ópticas se fabrican con diferentes interfaces, la interfaz de conexión de la unidad debe ser la misma que la del controlador de la motherboard. Entre los diferentes tipos de interfaz se cuentan las siguientes: IDE (Integrated Drive Electronics): también conocida como conexión de tecnología avanzada (ATA, Advanced Technology Attachment), es una de las primeras interfaces, utiliza un conector de 40 pines. EIDE (Enhanced Integrated Drive Electronics o IDE mejorada): también llamada ATA-2, es una versión actualizada de la interfaz de controlador de unidad IDE, admite discos duros de más de 512 MB, permite el acceso directo a la memoria (DMA) y usa la interfaz de paquete ajunto AT (ATAPI) para alojar unidades ópticas y de cinta en el bus EIDE. Una interfaz EIDE usa un conector de 40 pines. PATA: ATA Paralela (Parallel ATA): versión paralela de ATA. SATA: Serial (Serial ATA) versión serial de ATA, utiliza un conector de 7 pines. SCSI: (Small Computer System Interface) interfaz de controlador de unidad que puede conectar hasta 15 unidades, puede conectar unidades internas y externas, usa un conectores de 50, 68 u 80 pines. Cables internos: Las unidades internas necesitan cable de potencia y cable de datos. La fuente de energía tiene un conector de alimentación SATA para unidades SATA, un conector de alimentación Molex para las unidades PATA y un conector Berg de 4 pines para las unidades de disquete. Los siguientes son algunos de los tipos comunes de cables de datos: 9
Cable de datos de unidad de disquete (FDD): tiene hasta dos conectores de unidad de 34 pines y uno de 34 pines para el controlador de la unidad. Cable de datos PATA (IDE): tiene 40 conductores, hasta dos conectores de 40 pines para las unidades y un conector de 40 pines para el controlador de la unidad. Cable de datos PATA (EIDE): tiene 80 conductores, hasta dos conectores de 40 pines para las unidades y un conector de 40 pines para el controlador de la unidad. Cable de datos SATA: tiene siete conductores, un conector de llave para la unidad y un conector de llave para el controlador de la unidad. Cable de datos SCSI: Existen tres tipos, Uno angosto de 50 conductores, hasta 7 conectores de 50 pines para las unidades y un conector de 50 pines para el controlador de la unidad, también llamado adaptador de host. Un cable de datos SCSI ancho tiene 68 conductores, hasta quince conectores de 68 pines para las unidades y un conector de 68 pines para el adaptador de host. Un cable de datos SCSI Alt-4 tiene 80 conductores, hasta 15 conectores de 80 pines para las unidades y un conector de 80 pines para el adaptador de host. Una línea de color en un cable identifica el pin 1 del cable, el pin 1 del cable debe estar alineado con el pin 1 de la unidad o el controlador. Algunos cables tienen guías que facilitan asegurar la correcta conexión. Puertos y los cables: Son los puertos y cables comúnmente utilizados para conectar dispositivos al computador, a continuación describimos los principales: Puertos y cables seriales: puede ser un conector DB-9 o DB-25, transmiten un bit de datos por vez. Usado para conectar un módem o una impresora. La longitud máxima es de 15,2 m (50 ft). Puertos y cables USB: (Bus Serial Universal): interfaz que conecta periféricos a un computador, los dispositivos USB son intercambiables en caliente, es decir, no se requiere apagar el computador. Un hub USB se usa para conectar varios dispositivos USB. Un único puerto USB en un computador admite hasta 127 dispositivos separados por varios hubs USB. Algunos dispositivos pueden alimentarse a través del puerto USB. USB 1.1 permitía velocidades de transmisión de hasta 12 Mbps en el modo de velocidad máxima y de 1,5 Mbps en el modo de velocidad baja. USB 2.0 permite velocidades de transmisión de hasta 480 Mbps. Los dispositivos USB sólo pueden transferir datos hasta la velocidad máxima permitida por el puerto específico. 10
Puertos y cables FireWire: interfaz de alta velocidad intercambiable en caliente. Un mismo puerto FireWire admite hasta 63 dispositivos. Algunos dispositivos pueden alimentarse a través del puerto FireWire. Puertos y cables paralelos: el puerto es un conector hembra de DB-25 tipo A estándar. El conector paralelo de una impresora es un conector Centronics de 36 pines de tipo B estándar. Algunas modernas impresora pueden usar un conector de 36 pines de alta densidad de tipo C, tienen una longitud máxima de 4,5 m (15 ft).
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Puertos y cables SCSI: puede transmitir datos a velocidades por encima de 320 Mbps y admite hasta 15 dispositivos. Conectando un único dispositivo SCSI a un puerto SCSI, el cable puede ser de hasta 24,4 m, conectando varios, el cable puede ser de hasta 12,2 m. Un puerto SCSI en un computador puede ser de tres tipos diferentes. PRECAUCIÓN: Algunos conectores SCSI se parecen a los conectores paralelos. Tenga cuidado de no conectar el cable al puerto equivocado. El voltaje usado en el formato SCSI puede dañar la interfaz paralela. Los conectores SCSI deben estar claramente identificados. Puertos y cables de red: Un puerto de red, conecta un computador a una red. La velocidad de conexión depende del tipo de puerto.
Puertos PS/2: Para conectar un teclado o un mouse. Puerto de audio: Upara conectar dispositivos de audio. Puertos y conectores de vídeo: para conectar un monitor
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Dispositivos de entrada: Utilizados para ingresar información al sistema, entre los más conocidos encontramos: Mouse y teclado: son los más comúnmente usados Cámara digital y cámara de vídeo digital Dispositivo de autenticación biométrica: aprovecha características exclusivas de cada usuario, como huellas dactilares, reconocimiento de voz o análisis de la retina. Pantalla táctil: cuentan con un panel transparente sensible a la presión. Escáner: digitaliza una imagen o un documento. Un lector de código de barras es un tipo de escáner que lee códigos de barras del código universal de productos (UPC).
Dispositivos de salida: Utilizados para mostrar información al usuario de un computador, los más usados son: Monitores y proyectores Impresoras y máquinas de fax Bocinas y auriculares Monitores y proyectores: Existen diferentes tipos de monitores, los cuales se diferencian en la tecnología usada para producir la imagen: CRT (Cathode-ray tube): es el monitor de tubo de rayos catódicos. El fósforo resplandece cuando es impactado por el rayo de electrones. La combinación de áreas resplandecientes y no resplandecientes produce la imagen en pantalla. LCD : (Liquid crystal display): comúnmente usado en portátiles. Consta de dos filtros polarizantes con una solución de cristal líquido entre ellos. DLP (Digital light processing): tecnología usada en proyectores, usa una rueda giratoria de color con una bandeja de espejos controlada por el microprocesador, llamada dispositivo digital de microespejos (DMD, Digital Micromirror Device). Cada espejo corresponde a un píxel específico. Impresoras, escáneres y máquinas de fax 13
Las impresoras son dispositivos de salida que crean copias impresas de archivos del computador. Algunas impresoras se especializan en aplicaciones particulares, como la impresión de fotografías en color. Otras impresoras del tipo multifunción, como la que se muestra en la Figura 3, están diseñadas para proporcionar servicios múltiples, como funciones de impresión, fax y copia. Bocinas y auriculares: son dispositivos de salida para señales de audio. El soporte de audio incluye los puertos que permiten el ingreso y la salida de señales de audio. La tarjeta de audio tiene un amplificador para dar potencia a los auriculares y a las bocinas externas. Recursos del sistema: Este apartado se refiere a los recursos de comunicación entre la CPU y otros componentes. Describimos a continuación algunos de ellos. IRQ o Solicitud de interrupción: Se utilizan por los diferentes componentes para solicitar información del procesador. Las IRQ recibidas por la CPU responde a ella atendiendo a una prioridad dada por el número IRQ asignado al componente. Los computadores modernos tienen 16 IRQ numerados de 0 a 15. Generalmente cada componente tiene asignada una IRQ exclusiva. Los conflictos de IRQ pueden ocasionar que los componentes dejen de funcionar, debido a la gran cantidad de componentes que pueden instalarse, hoy en día, la mayoría de los números de IRQ son asignados automáticamente con los sistemas operativos plug and play (PnP) y la implementación de ranuras PCI, puertos USB y puertos FireWire. Direcciones de puertos de entrada/salida (E/S): usadas en la comunicación entre los dispositivos y el software, cada componente tendrá un puerto de E/S exclusivo asignado. Acceso directo a la memoria: se usan por dispositivos de alta velocidad para comunicación directamente con la memoria principal, permiten que el dispositivo pase por alto la interacción con la CPU y almacene y recupere información directamente de la memoria.
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