EL HARDWARE EL HARDWARE 1.- Microprocesador El microprocesador, micro o "unidad central de procesamiento", CPU[1] , es un chip que sirve como cerebro del ordenador. En el interior de este componente electrónico existen millones de transistores integrados. Suelen tener forma de prisma chato , y se instalan sobre un elemento llamado
zócalo[2]).
directamente
a
la
También, placa
en
modelos
madre,
y
antiguos
en
modelos
solía
soldarse
recientes
el
microprocesador se incluye en un cartucho especial que se inserta en el zócalo y que suele incluir la conexión con un ventilador de enfriamiento. El microprocesador está compuesto por: registros, la Unidad de control, la Unidad aritméticológica, y dependiendo del procesador, una unidad en coma flotante. Cada fabricante de microprocesadores tendrá sus propias familias de estos, y cada familia su propio conjunto de instrucciones. De hecho, cada modelo concreto tendrá su propio conjunto, ya que en cada modelo se tiende a aumentar el conjunto de las instrucciones que tuviera el modelo anterior.
1.1.- Principales parámetros Los principales parámetros característicos de un microprocesador son su ancho de bus (medido en bits), la frecuencia de reloj a la que trabajan (medida en hercios), y el tamaño de memoria caché (medido en kilobytes). Generalmente, el microprocesador tiene circuitos de almacenamiento (o memoria caché) y puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. Existen dos tipos de memoria caché cuyo funcionamiento es análogo:
•
L1 o interna (situada dentro del propio procesador y por tanto de acceso aún más rápido). La caché de primer nivel contiene muy pocos kilobytes (unos 32 ó 64 Kb).
•
L2 o externa (situada entre el procesador y la RAM). Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 kb y 4 Mb. La memoria caché L2 es ligeramente más lenta y con más latencias que la L1, pero es más barata y de mayor cantidad de datos. En los primeros microprocesadores, sólo la memoria caché L1 estaba integrada en el CPU, la caché L2 estaba en la placa madre, pero actualmente todos los procesadores tienen la memoria caché L2 integrada dentro de el mismo.
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Juan J. Abeijón Martínez
EL HARDWARE A.- Funcionamiento El microprocesador secciona en varias fases de ejecución la realización de cada instrucción:
•
Fetch, lectura de la instrucción desde la memoria principal,
•
Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer,
•
Fetch de los datos necesarios para la realización de la operación,
•
Ejecución,
•
Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.
Cada una de estas fases se realiza en uno o varios ciclos de CPU, dependiendo de la estructura del procesador, y concretamente de su grado de supersegmentación. La duración de estos ciclos viene determinada por la frecuencia de reloj, y nunca podrá ser inferior al tiempo requerido para realizar la tarea individual (realizada en un solo ciclo) de mayor coste temporal. El microprocesador dispone de un oscilador de cuarzo capaz de generar pulsos a un ritmo constante, de modo que genera varios ciclos (o pulsos) en un segundo. Velocidad Actualmente se habla de frecuencias de Megaherzios (MHz) o incluso de Gigaherzios (GHz), lo que supone millones o miles de millones, respectivamente, de ciclos por segundo. El indicador de la frecuencia de un microprocesador es un buen referente de la velocidad de proceso del mismo, pero no el único. La cantidad de instrucciones necesarias para llevar a cabo una tarea concreta, así como la cantidad de instrucciones ejecutadas por ciclo ICP son los otros dos factores que determinan la velocidad de la CPU. La cantidad de instrucciones necesarias para realizar una tarea depende directamente del juego de instrucciones disponible,
mientras
que
el
ICP
depende
de
varios
factores,
como
el
grado
de
supersegmentación y la cantidad de unidades de proceso o "pipelines" disponibles entre otros. Bus de datos Los modelos de la familia x86 (a partir del 386) trabajan con datos de 32 bits, al igual que muchos otros modelos de la actualidad. Pero los microprocesadores de las tarjetas gráficas, que tienen un mayor volumen de procesamiento por segundo, se ven obligados a aumentar este tamaño, y así tenemos hoy en día microprocesadores gráficos que trabajan con datos de 128 ó 256 bits. Estos dos tipos de microprocesadores no son comparables, ya que ni su juego de instrucciones ni su tamaño de datos son parecidos y por tanto el rendimiento de ambos no es comparable en el mismo ámbito. La arquitectura x86 se ha ido ampliando a lo largo del tiempo a través de conjuntos de operaciones especializadas denominadas "extensiones", las cuales han permitido mejoras en
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EL HARDWARE el procesamiento de tipos de información específica. Este es el caso de las extensiones MMX y SSE de Intel, y sus contrapartes, las extensiones 3DNow!, de AMD. A partir de 2003, el procesamiento de 64 bits fue incorporado en los procesadores de arquitectura x86 a través de la extensión AMD64 y posteriormente con la extensión EM64T en los procesadores AMD e Intel, respectivamente. Zócalos El zócalo es una matriz de pequeños agujeros ubicados en una placa base donde encajan, sin dificultad, los pines de un microprocesador Esta matriz permite la conexión entre el microprocesador y el resto del equipo. En los primeros ordenadores personales el microprocesador venía directamente soldado a la placa base, pero la aparición de una amplia gama de microprocesadores llevó a la creación del zócalo. En general cada familia de microprocesadores requiere un tipo distinto de zócalo, ya que existen diferencias en el número de pines, su disposición geométrica y la interconexión requerida con los componentes de la placa base. Por tanto, no es posible conectar un microprocesador a una placa base con un zócalo no diseñado para él. Puertos de entrada y salida El microprocesador tiene puertos de entrada/salida en el mismo circuito integrado. El chipset es un conjunto de circuitos integrados que se encarga de realizar las funciones que el microprocesador delega en ellos. El conjunto de circuitos integrados auxiliares necesarios por un sistema para realizar una tarea suele ser conocido como chipset, cuya traducción literal del inglés significa conjunto de circuitos integrados. Se designa circuito integrado auxiliar al circuito integrado que es periférico a un sistema pero necesario para el funcionamiento del mismo. La mayoría de los sistemas necesitan más de un circuito integrado auxiliar; sin embargo, el término chipset se suele emplear en la actualidad cuando se habla sobre las placas base de los IBM PCs. Chipset Este término fue usado frecuentemente entre 1970 y 1990 para designar los circuitos integrados encargados de las tareas gráficas de los ordenadores domésticos de la época: el Commodore Amiga y el Atari ST. Ambos ordenadores tenían un procesador principal, pero gran cantidad de sus funciones gráficas y de sonido estaban incluidas en coprocesadores separados que funcionaban en paralelo al procesador principal. Se ha comparado al Chipset con la médula espinal: una persona puede tener un buen cerebro, pero si la médula falla, todo el cuerpo no sirve para nada. En los microprocesadores normales el chipset está formado por 2 circuitos auxiliares al procesador principal:
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EL HARDWARE •
El puente norte se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria, controlando las funciones de acceso hacia y desde el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP, y las comunicaciones con el puente sur.
•
El puente sur controla los dispositivos asociados: la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN y una larga lista de todos los elementos que podamos imaginar integrados en la placa madre. El puente sur es el encargado de comunicar el procesador con el resto de los periféricos.
1.2.- Síntesis histórica El primer microprocesador comercial, el Intel 4004, fue presentado el 15 de noviembre de 1971. Los diseñadores jefe fueron Ted Hoff y Federico Faggin de Intel, y Masatoshi Shima de Busicom (más tarde de ZiLOG). Los microprocesadores modernos están integrados por millones de transistores y otros componentes empaquetados en una cápsula cuyo tamaño varía según las necesidades de las aplicaciones a las que van dirigidas, y que van desde el tamaño de un grano de lenteja hasta el de casi una galleta. Las partes lógicas que componen un microprocesador son, entre otras: unidad aritmético-lógica, registros de almacenamiento, unidad de control, Unidad de ejecución, memoria caché y buses de datos control y dirección. Existen una serie de fabricantes de microprocesadores, como IBM, Intel, Zilog, Motorola, Cyrix, AMD. A lo largo de la historia y desde su desarrollo inicial, los microprocesadores han mejorado enormemente su capacidad, desde los viejos Intel 8080, Zilog Z80 o Motorola 6809, hasta los recientes Intel Itanium, Transmeta Efficeon o Cell. Ahora los nuevos micros pueden tratar instrucciones de hasta 256 bits, habiendo pasado por los de 128, 64, 32, 16, 8 y 4. Desde la aparición de los primeros computadores en los años cuarenta del siglo XX, muchas
fueron
las
evoluciones
que
tuvieron
los
procesadores
antes
de
que
el
microprocesador surgiera por simple disminución del procesador.
Antecedentes Entre esas evoluciones podemos destacar estos hitos: ENIAC
fue
un
computador
con
procesador
multiciclo
de
programación cableada, esto es, la memoria contenía solo los datos y no los programas. ENIAC fue el primer computador, que funcionaba según una técnica a la que posteriormente se dio el nombre de monociclo.
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EL HARDWARE EDVAC fue la primera máquina de Von Neumann, esto es, la primera máquina que contiene datos y programas en la misma memoria. Fue el primer procesador multiciclo.
El IBM 7030 (apodado Stretch) fue el primer computador con procesador
segmentado. La
segmentación
siempre
ha
sido
fundamental en Arquitectura de Computadores desde entonces.
El IBM 360/91 supuso grandes avances en la arquitectura segmentada, introduciendo la detección dinámica de riesgos de memoria, la anticipación generalizada y las estaciones de reserva.
El CDC 6600 fue otro importante computador de microprocesador segmentado, al que se considera el primer supercomputador.
El último gran hito de la Arquitectura de Computadores fue la segmentación superescalar, propuesta por John Cocke, que consiste en ejecutar muchas instrucciones a la vez en el mismo microprocesador.
Los
primeros
procesadores
superescalares
fueron los IBM Power-1
Avances Hay que destacar que los grandes avances en la construcción de microprocesadores se deben más a la Arquitectura de Computadores que a la miniaturización electrónica. El microprocesador se compone de muchos componentes. En los primeros procesadores gran parte de los componentes estaban ociosos el 90% del tiempo. Sin embargo hoy en día los componentes están repetidos una o más veces en el mismo microprocesador, y los cauces están hechos de forma que siempre están todos los componentes trabajando. Por eso los microprocesadores son tan rápidos y tan productivos. Esta productividad tan desmesurada, junto con el gran número de transistores por microprocesador (debido en parte al uso de memorias cache) es lo que hace que se necesiten los inmensos sistemas de refrigeración que se usan hoy en día. Inmensos en comparación con el microprocesador, que habitualmente consiste en una cajita de 2 centímetros de largo y de ancho por 1 milímetro de altura, cuando los refrigeradores suelen tener volúmenes de al menos 5 centímetros cúbicos.
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EL HARDWARE Evolución del microprocesador 1971
El primer microprocesador comercial fue el Intel 4004, que salió al mercado el 15 de noviembre de 1971
1972: Intel 8008
1978: Intel 8086, Motorola 68000
1979: Intel 8088
1982: Intel 80286, Motorola 68020
1985: Intel 80386, AMD80386
1989:Intel 80486, Motorola 68040, AMD80486
1993:Intel Pentium, Motorola 68060, AMD K5, MIPS R10000
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EL HARDWARE 1995: Intel Pentium Pro
1997: Intel Pentium II, AMD K6, PowerPC (versiones G3 y G4), MIPS R120007
1999: Intel Pentium III, AMD K6-2
2000: Intel Pentium 4, Intel Itanium 2, AMD Athlon XP, AMD Duron, PowerPC G4, MIPS R14000
2005: Intel Pentium D, Intel Core Duo, AMD Athlon 64, AMD Athlon X2, AMD Athlon FX
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Juan J. Abeij贸n Mart铆nez
EL HARDWARE
2006: Intel Core 2 Duo, AMD Semprom, AMD Turion, AMD Opteron
1.3.- Otros usos También se suele llamar popularmente CPU a la caja del ordenador donde van alojados los componentes básicos del mismo, es decir, además de la CPU en sí, la placa base, las tarjetas de expansión, el disco duro, la fuente de alimentación, etc.
2.- Arquitectura de computadores El concepto de Arquitectura de computadores se define como las características visibles para el usuario de una computadora relativas a las funcionalidades o prestaciones que una determinada configuración, organización o estructura de computadoras puede brindar, por ejemplo aspectos relacionados con formato de instrucción, modo de direccionamiento, conjunto de instrucciones, entre otros.
•
Plataforma informática o Plataforma de computación - Refiriéndose a tipos de computadora en el mercado
•
o
Acorn
o
Amiga
o
Amstrad
o
Atari
o
Commodore
o
Macintosh
o
MSX
o
Spectrum
o
PC de IBM
Arquitectura del hardware - Refiriéndose únicamente al tipo de procesador
o
ARM
Strong ARM
o
DEC Alpha
o
IA32, x86 o i386
IA64
AMD64
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EL HARDWARE o
MIPS
o
PowerPC
o
PA-RISC
o
Sparc
o •
UltraSparc
Motorola 68000
Línea de diseño de la arquitectura y otros conceptos - Entran aquí conceptos como los siguientes:
o
CISC
o
RISC
o
VLIW
o
EPIC
o
FORTH
o
BIOS
o
Endianness
2.1.- Arquitectura Von Neumann La arquitectura Von Neumann se refiere a las arquitecturas de computadoras que utilizan el mismo dispositivo de almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos (a diferencia de la arquitectura Harvard). El término se acuñó en el documento First Draft of a Report on the EDVAC (1945), escrito por el conocido matemático John von Neumann, que propuso el concepto de programa almacenado. Dicho documento fue redactado en vistas a la construcción del sucesor de la computadoraENIAC, y su contenido fue desarrollado por Presper Eckert, John Mauchly, Arthur Burks, y otros durante varios meses antes de que Von Neumann redactara el borrador del informe. Los ordenadores con arquitectura Von Neumann constan de cinco partes: La unidad aritmético-lógica o ALU, la unidad de control, la memoria, un dispositivo de entrada/salida y el bus de datos que proporciona un medio de transporte de los datos entre las distintas partes.
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EL HARDWARE
Un ordenador con arquitectura Von Neumann realiza o emula los siguientes pasos secuencialmente: 1. Enciende el ordenador y Obtiene la siguiente instrucción desde la memoria en la dirección indicada por el contador de programa y la guarda en el registro de instrucción. 2. Aumenta el contador de programa en la longitud de la instrucción para apuntar a la siguiente. 3. Descodifica la instrucción mediante la unidad de control. Ésta se encarga de coordinar el resto de componentes del ordenador para realizar una función determinada. 4. Se ejecuta la instrucción. Ésta puede cambiar el valor del contador del programa, permitiendo así operaciones repetitivas. El contador puede cambiar también cuando se cumpla una cierta condición aritmética, haciendo que el ordenador pueda 'tomar decisiones', que pueden alcanzar cualquier grado de complejidad, mediante la aritmética y lógica anteriores. 5. Vuelve al paso 2. Hoy en día, la mayoría de ordenadores están basados en esta arquitectura, aunque pueden incluir otros dispositivos adicionales, (por ejemplo, para gestionar las interrupciones de dispositivos externos como ratón, teclado, etc).
2.2.- Placa base La placa base, placa madre o tarjeta madre (en inglés motherboard) es la tarjeta de circuitos impresos que sirve como medio de conexión entre: El microprocesador, circuitos electrónicos de soporte, ranuras para conectar parte o toda la RAM del sistema, la ROM y ranuras especiales (slots) que permiten la conexión de tarjetas adaptadoras adicionales. Estas tarjetas de expansión suelen realizar funciones de control de periféricos tales como monitores, impresoras, unidades de disco, etc. Se diseña básicamente para realizar tareas específicas vitales para el funcionamiento de la computadora, como por ejemplo las de:
•
Conexión física.
•
Administración, control y distribución de energía eléctrica.
•
Comunicación de datos.
•
Temporización.
•
Sincronismo.
•
Control y monitoreo.
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EL HARDWARE Para que la placa base cumpla con su cometido, lleva instalado un software muy básico denominado BIOS.
A.- Tipos de placas A continuación se describen los tipos de placas más usuales.
•
XT (8.5 × 11" or 216 × 279 mm)
•
AT (12 × 11"–13" o 305 × 279–330 mm)
•
Baby-AT (8.5" × 10"–13" o 216 mm × 254-330 mm)
•
ATX (Intel 1996; 12" × 9.6" o 305 mm × 244 mm)
•
EATX (12" × 13" o 305mm × 330 mm)
•
Mini-ATX (11.2" × 8.2" o 284 mm × 208 mm)
•
microATX (1996; 9.6" × 9.6" o 244 mm × 244 mm)
•
LPX (9" × 11"–13" o 229 mm × 279–330 mm)
•
Mini-LPX (8"–9" × 10"–11" o 203–229 mm × 254–279 mm)
•
NLX (Intel 1999; 8"–9" × 10"-13.6" o 203–229 mm × 254–345 mm)
•
FlexATX (Intel 1999; 9.6" × 9.6" o 244 × 244 mm max.)
•
Mini-ITX (VIA Technologies 2003; 6.7" × 6.7" o 170 mm × 170 mm max.; 100W max.)
•
Nano-ITX (VIA Technologies 2004; 120 mm × 120 mm max.)
•
BTX (Intel 2004; 12.8" × 10.5" o 325 mm × 267 mm max.)
•
MicroBTX (Intel 2004; 10.4" × 10.5" o 264 mm × 267 mm max.)
•
PicoBTX (Intel 2004; 8.0" × 10.5" o 203 mm × 267 mm max.)
•
WTX (Intel 1998; 14" × 16.75" o 355.6 mm × 425.4 mm)
•
ETX y PC/104, utilizados en sistemas embebidos.
Formato de Placa AT Es el empleado por el IBM AT y sus clones en formato sobremesa completo y torre completo. Su tamaño es de 12 pulgadas (305 mm) de ancho x 11-13 pulgadas de profundo. Su gran tamaño dificultaba la introducción de nuevas unidades de disco. Además su conector con la fuente de alimentación inducía fácilmente al error siendo numerosos los casos de gente que freía la placa al conectar indebidamente los dos juegos de cables (contar con un código de color para situar 4 cables negros en la zona central). El conector de teclado es el mismo DIN 5 del IBM PC original.
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EL HARDWARE Formato de Placa Baby AT IBM presenta en 1985 el formato Baby AT, que es funcionalmente equivalente a la AT, pero significativamente menor : 8,5 pulgadas de ancho y de 10 a 13 pulgadas de profundo. su menor tamaño favorece las cajas más pequeñas y facilita la ampliación, por lo que toda la industria se vuelca en él abandonando del AT. No obstante sigue heredando los problemas de diseño del AT, con la multitud de cables que dificultan la ventilación (algo que se va volviendo más crítico a medida que sube la potencia de los microprocesadores) y con el micro alejado de la entrada de alimentación. Todo esto será resuelto por el formato ATX. Pero dado el gran parque existente de equipos en caja Baby AT, durante un tiempo se venderán placas Super Socket 7 (que soportan tanto los Pentium MMX como los AMD K6 II y otros micros, hasta los 500 Mhz, e incluyen slot AGP) en formato Baby AT pero con ambos conectores de fuente de alimentación (AT y ATX). Las cajas ATX, incluso hoy, soportan en sus ranuras el formato Baby AT.
Formato de Placa ATX El formato ATX (siglas deAdvanced Technology Extended') es presentado por Intel en 1995. con un tamaño de 12 pulgadas de ancho por 9,6 pulgadas de profundo, este nuevo formato se resuelven todos los inconvenientes que perjudicaron a la ya mencionada
placa.
Los
puertos
más
habituales
(impresoraCentronics, RS-232 en formato DB-9, la toma de joystick/midi y de tarjeta de sonido, los puertos USB y RJ-45 (para red a 100) y en algunos casos incluso la salida de monitor VGA, se agrupan en el lado opuesto a los slots de ampliación. El puerto DIN 5 de teclado es sustituido por las tomas PS/2 de teclado y ratón (llamadas así por introducirlas IBM en su gama de ordenadores PS/2 y rápidamente adoptada por todos los grandes fabricantes) y situados en el mismo bloque. Todo esto conlleva el que muchas tarjetas necesarias se integren en al placa madre, abaratando costes y mejorando la ventilación. Inmediatamente detrás se sitúa el zócalo o slot de procesador y las fijaciones del ventilador (que al estar más próxima a la fuente de alimentación y su ventilador, actúa más eficientemente), justo al lado de la nueva conexión de fuente de alimentación (que elimina el quemado accidental de la placa). Tras él vienen los slots de memoria RAM y justo detrás los conectores de las controladoras IDE, SCSI (principalmente en servidores y placas de gama alta) y de controladora de disquete, justo al lado de las bahías de disco de la caja (lo que reduce los cables) La nueva fuente, además del interruptor físico de corriente como en la AT, tiene un modo de apagado similar al de los electrodomésticos de consumo, alimentado a la placa con una pequeña corriente que permite que responda a eventos (como una señal por la red o un mando a distancia) encendiéndose o, si se ha habilitado el modo de hibernado heredado de los portátiles, restablecer el trabajo en el punto donde se dejó.
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EL HARDWARE Cabe mencionar la versión reducida de este formato las placas mini ATX.
Formato de Placa microATX El formato microATX (también conocida como µATX) es un formato de placa base pequeño con un tamaño máximo de 9,6 x 9,6 pulgadas (244 mm x 244 mm) empleada principalmente en cajas tipo cubo y SFF. Debido a sus dimensiones sólo tiene sitio para 1 o 2 slots PCI y/o AGP, por lo que suelen incorporar puertos FireWire y USB 2 en abundancia (para permitir conectar unidades externas de disco duro y regrabadoras de DVD). Especificaciones de microATX (PDF)
Formato de Placa LPX Basada en un diseño de Western Digital, permite el uso de cajas más pequeñas en una placa ATX situando los slots de expansión en una placa especial llamada riser card (una placa de expansión en sí misma, situada en un lateral de la placa base como puede verse en esta imagen). Este diseño sitúa a las placas de ampliación en paralelo con la placa madre en lugar de en perpendicular. Generalmente es usado sólo por grandes ensambladores como IBM, Compaq, HP o Dell, principalmente en sus equipos SFF (Small Form Format o cajas de formato pequeño). Por eso no suelen tener más de 3 slots cada uno.
3.- Hardware Se denomina hardware o soporte físico al conjunto de elementos materiales que componen
un
ordenador.
Hardware
también
son
los
componentes
físicos
de
una
computadora tales como el disco duro, CD-Rom, disquetera (floppy), etc.. En dicho conjunto se incluyen los dispositivos electrónicos y electromecánicos, circuitos, cables, tarjetas, armarios o cajas, periféricos de todo tipo y otros elementos físicos. El hardware se refiere a todos los componentes físicos (que se pueden tocar) de la computadora: discos, unidades de disco, monitor, teclado, ratón (mouse), impresora, placas, chips y demás periféricos. En cambio, el software es intangible, existe como ideas, conceptos, símbolos, pero no tiene sustancia. Una buena metáfora sería un libro: las páginas y la tinta son el hardware, mientras que las palabras, oraciones, párrafos y el significado del texto son el software. Una computadora sin software sería tan inútil como un libro con páginas en blanco.
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EL HARDWARE 3.1.- Hardware Generalidades Computadora: aparato electrónico capaz de interpretar y ejecutar comandos programados para operaciones de entrada, salida, cálculo y lógica. Las computadoras: 1. Reciben entradas. La entrada son los datos que se capturan en un sistema de computación para su procesamiento. 2. Producen salidas. La salida es la presentación de los resultados del procesamiento. 3. Procesan información 4. Almacenan información Todo sistema de cómputo tiene componentes de hardware dedicados a estas funciones: 1. Dispositivos de entrada 2. Dispositivos de salida 3. Unidad central de procesamiento. Es la computadora real, la "inteligencia" de un sistema de computación. 4. Memoria y dispositivos de almacenamiento. Cada dispositivo de entrada es sólo otra fuente de señales eléctricas; cada dispositivo de salida no es más que otro lugar al cual enviar señales; cada dispositivo de almacenamiento es lo uno o lo otro, dependiendo de lo que requiera el programa; no importa cuáles sean los dispositivos de entrada y salida si son compatibles. Los elementos fundamentales que justifican el uso de las computadoras, radican en que las computadoras son:
•
Útiles.
•
Baratas: tanto con respecto a sí mismas como con respecto al costo de la mano de obra.
•
Fáciles de utilizar.
Tecnologías y avances
•
1ª generación: Con tubos de vacío, tubos de vidrio del tamaño de una bombilla que albergaban circuitos eléctricos. Estas máquinas eran muy grandes caras y de difícil operación.
•
2ª generación: con transistores. Máquinas más pequeñas, confiables y económicas.
•
3ª generación: Con la tecnología que permitió empaquetar cientos de transistores en un circuito integrado de un chip de silicio.
•
4ª
generación:
con
el
microprocesador,
que
es
un
computador
completo
empaquetado en un solo chip de silicio.
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EL HARDWARE 3.2.- Tipos de hardware Se clasifica generalmente en básico y complementario, entendiendo por básico todo aquel dispositivo necesario para iniciar el ordenador, y el complementario como su nombre lo dice sirve para realizar funciones específicas o más allá de las básicas.
A.- Periférico de ordenador Un periférico es un dispositivo de soporte físico a una computadora, que le permite interactuar con el exterior por medio de la entrada, salida y el almacenamiento de datos así como la comunicación entre ordenadores. El término suele aplicarse a los dispositivos que no forman parte indispensable de una computadora (como lo son cpu y memoria) y que son, en cierta forma, opcionales. También se suele utilizar habitualmente para definir a los elementos que se conectan externamente a un puerto de la misma, aunque muchos de ellos se han vuelto tan indispensables para las computadoras personales de hoy en día que ya son integrados desde la fabricación en la tarjeta principal. Periféricos usuales de una computadora Los dispositivos periféricos pueden dividirse en cuatro categorías principales:
•
Almacenamiento: Su función principal es asegurar la permanencia de la información producida y/o manejada por la computadora después de que esta ha sido apagada.
Grabadoras (CD/DVD): Externas
Discos duros externos
Memorias USB
Tarjeta Flash
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EL HARDWARE Grabadoras de cinta (Streamer)
•
Entrada: Aportan datos al ordenador para su tratamiento por parte de la CPU. Son la interfaz por medio de la cual el ser humano introduce información al mismo.
Cámara Web
Escáner de códigos de barras
Escáner
Joystick
Ratón
Lápiz óptico
Teclado
Pantalla táctil
Micrófono
Tarjeta digitalizadora
Conversor Analógico/Digital
•
Salida: Se encargan de transmitir los datos procesados por el CPU de vuelta a la persona que está utilizando la computadora por diferentes medios.
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EL HARDWARE Monitor
Pantalla
Tarjeta Gráfica
Altavoces
Tarjeta sonido
•
Comunicación: Su función es servir de canal entre una o más computadoras o entre la computadora y un dispositivo periférico externo.
Fax-Módem
Tarjeta de red
Controladores de puertos (serial, paralelos, usb, etc..)
Paralelo Serial Hub USB
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EL HARDWARE B.- Otra clasificación Periféricos de entrada Son los que permiten que el usuario aporte información exterior. Entre ellos podemos encontrar: teclado, ratón (mouse), escáner, SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida), micrófono, etc.
Periféricos de salida Son los que muestran al usuario el resultado de las operaciones realizadas por el PC. En este grupo podemos encontrar: monitor, impresora, altavoces, etc.
Periféricos de entrada/salida Son los dispositivos que pueden aportar simultáneamente información exterior al PC y al usuario. Aquí se encuentran: módem (Modulador/Demodulador), unidades de almacenamiento (Discos duros, disquetes o floppy), ZIP, Memorias de pequeño tamaño, flash, etc)... Tarjeta de expansión Las tarjetas de expansión son dispositivos con diversos circuitos integrados y controladores para ampliar la capacidad de un ordenador, las tarjetas de expansión más comunes sirven para añadir memoria, controladoras de unidad de disco, controladoras de vídeo, puertos serie o paralelo y dispositivos de módem internos. Por lo general, se suelen utilizar indistintamente los términos placa y tarjeta para referirse a todas las tarjetas de expansión. En la actualidad las tarjetas suelen ser de tipo PCI, PCI Express o AGP. Como ejemplo de tarjetas que ya no se utilizan tenemos la de tipo Bus ISA. Bus ISA
Bus PCI
Bus PCI Express
Bus AGP
Gracias al avance en la tecnologia USB y a la integracion de audio/video en la placa base, hoy en dia se emplean cada vez menos.
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EL HARDWARE 4.- Memoria de ordenador Memoria de ordenador, y, de vez en cuando Memoria se refiere a componentes de un ordenador, dispositivos y medios de grabación que retienen datos informáticos durante algún intervalo tiempo. Las Memorias de ordenador proporcionan una de las principales funciones de la computación moderna, la retención de información. Es uno de los componentes fundamentales de todos los ordenadores modernos que, acoplados a una Unidad Central de Proceso (CPU por su acrónimo en inglés), implementa lo fundamental del modelo de ordenador de Von Neumann, usado desde los años 1940. En la actualidad, memoria' suele referirse a una forma de almacenamiento de estado sólido conocido como memoria de acceso aleatorio (RAM por sus siglas en inglés) y otras veces se refiere a otras formas de almacenamiento rápido pero temporal. De forma similar, almacenamiento se refiere a formas de almacenamiento masivo como Discos ópticos y tipos de almacenamiento magnético como discos duros y otros tipos de almacenamiento más lentos que las memorias RAM, pero de naturaleza más permanente. Estas distinciones contemporáneas son de ayuda porque son fundamentales para la arquitectura de computadores en general. Además, se refleja una diferencia técnica importante y significativa entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo que se ha ido difuminando por el uso histórico de los términos "almacenamiento primario" (a veces "almacenamiento principal"), para memorias de acceso aleatorio, y "almacenamiento secundario" para dispositivos de almacenamiento masivo. Esto se explica en las siguientes secciones, en las que el término tradicional "almacenamiento" se usan como subtítulo por conveniencia.
4.1.- Propósitos del almacenamiento Los componentes fundamentales de los ordenadores de propósito general son la unidad aritmético-lógica, la unidad de control, espacio de almacenamiento y los dispositivos de entrada/salida. Si se elimina el almacenamiento, el aparato sería una simple calculadora en lugar de un ordenador. La habilidad para almacenar las instrucciones que forman un programa de ordenador y la información que manipulan las instrucciones es lo que hace versátilles a los ordenadores diseñados según la arquitectura de programas almacenados. Un Ordenador digital representa toda la información usando el sistema binario. Texto, números, imágenes, sonido y casi cualquier otra forma de información puede ser transformada en una sucesión de bits, o dígitos binarios, cada uno de los cuales tiene un valor de 1 o 0. la unidad de almacenamiento más común es el byte, igual a 8 bits. Una determinada información puede ser manipulada por cualquier ordenador cuyo espacio de almacenamiento es suficientemente grande como para que quepa el dato correspondiente o la representación binaria de la información. Por ejemplo, un ordenador con un espacio de almacenamiento de ocho millones de bits, o un megabyte, puede ser usado para editar una novela pequeña. Se han inventado varias formas de almacenamiento basadas en diversos fenómenos naturales. No existen ningún medio de almacenamiento de uso práctico universal y todas las formas de almacenamiento
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EL HARDWARE tienen sus desventajas. Por tanto, un sitema informático contiene varios tipos de almacenamiento, cada uno con su propósito individual, como se muestra en el diagrama.
A.- Almacenamiento Primario El Almacenamiento primario está directamente conectado a la unidad central de proceso del ordenador. De estar presente para que la CPU funcione correctamente al igual que, usando una analogía biológica, los pulmones deben de estar presentes (para almacenar oxígeno) para que el corazón funcione (y pueda bombear y oxigenar la sangre). Como se muestra en el diagrama, el almacenamiento primario consiste en tres tipos de almacenamiento:
•
Los registros del procesador son internos de la unidad central de proceso. Los registros contienen información que las unidades aritmético-lógicas necesitan llevar a la instrucción en ejecución. Técnicamente, son los más rápidos de los almacenamientos de ordenador, siendo transistores de conmutación integrados en el chip de silicio de la CPU que funcionan como "flipflop" electrónicos.
•
La memoria caché es un tipo especial de memoria interna usada en muchas unidades centrales de proceso para mejorar su eficiencia o rendimiento. Parte de la información de la memoria principal se duplica en la memoria caché. Comparada con los registros, la caché es ligeramente más lenta pero de mayor capacidad. Sin embargo, es más rápida pero de mucha menor capacidad que la memoria principal. También es de uso común la memoria caché multi-nivel - la "caché primaria" es más pequeña, rápida y cercana al dispositivo de procesamiento; la "caché secundaria" es más grande y lenta, pero más rápida y mucho más pequeña que la memoria principal.
•
La Memoria principal contiene los programas en ejecución y los datos con que operan. La unidad aritmético-lógica puede transferir información muy rápidamente entre un registro del procesador y localizaciones del almacenamiento principal, también conocidas como "direcciones de memoria". En los ordenadores modernos se usan memorias de acceso aleatorio basadas en electrónica del estado sólido, que está directamente conectada a la CPU a través de un "bus de memoria" (como se ve en el diagrama) y de un "bus de datos". Al bus de memoria también se le llama bus de dirección o bus frontal, (Front Side Bus) y ambos buses son "superautopistas" digitales de alta velocidad. Los métodos de acceso y la velocidad son dos de las diferencias técnicas fundamentales entre memoria y dispositivos de almacenamiento masivo. (Nótese que, con el tiempo, los avances tecnológicos harán que se superen todos los tamaños y capacidades de almacenamiento mostrados en el diagrama).
B.- Almacenamiento secundario, terciario y fuera de línea La Memoria secundaria requiere que el ordenador use sus canales de entrada/salida para acceder a la información y es usada para almacenamiento a largo plazo de información persistente. Sin embargo, la mayoría de los sistemas operativos usan los dispositivos de almacenamiento secundario como memoria virtual para incrementar artificialmente la cantidad aparente de memoria principal en el ordenador. A la memoria secundaria también se le llama "almacenamiento masivo", tal y como se muestra en el diagrama de arriba. Habitualmente, la memoria secundaria o de almacenamiento masivo es de mucha mayor capacidad que la memoria primaria (memoria principal), pero también es mucho más lenta. En
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EL HARDWARE ordenadores modernos, los discos duros suelen usarse como dispositivos de almacenamiento masivo. El tiempo necesario para acceder a un byte de información dado almacenado en un disco duro es de alrededor de unos pocas milésimas de segundo (milisegundos). En cambio, el tiempo que lleva acceder lo mismo en una memoria de acceso aleatorio se mide en mil-millonésimas de segundo (nanosegundos). Esto ilustra cuan significativa es la diferencia de velocidad que distingue las memorias de estado sólido de los dispositivos rotantes de almacenamiento magnético: Los discos duros son del orden de un millón de veces más lentos que la memoria. Los dispositivos rotantes de almacenamiento óptico (unidades de CD y DVD) son incluso más lentos que los discos duros, aunque es probable que sus velocidades de acceso mejoren a la par que los avances tecnológicos. Por lo tanto, el uso de la memoria virtual, que es cerca de millón de veces más lenta que memoria “verdadera”, enlentece apreciablemente el funcionamiento de cualquier ordenador. Muchos sistemas operativos implementan la memoria virtual usando términos como memoria virtual o "fichero de caché". La principal ventaja histórica de la memoria virtual era que era mucho más barata que la memoria real. Esa ventaja es menos relevante hoy en día. Aun así, muchos sistemas operativos siguen implementándola, a pesar de provocar un funcionamiento significativamente peor. La Memoria terciaria es un sistema donde un Brazo robótico "montará" (conectará) o "desmontará" (desconectará) un medio de almacenamiento masivo fuera de línea (ver siguiente punto) según lo pida el sistema operativo del ordenador. La memoria terciaria se usa en el área del almacenamiento industrial, la computación científica en grandes sistemas informáticos y redes empresariales. Este tipo de memoria es algo que los usuarios de ordenadores personales normales nunca ven de primera mano. El almacenamiento fuera de línea es un sistema donde el medio de almacenamiento puede ser extraído fácilmente del dispositivo de almacenamiento. Estos medios de almacenamiento suelen usarse para transporte y archivo de datos. En ordenadores modernos son de uso habitual para este propósito los disketes, discos ópticos y las memorias flash, incluyendo las "unidades USB". También hay discos duros USB que se pueden conectar en caliente. Los dispositivos de almacenamiento fuera de línea usados en el pasado son Cintas magnéticas en muchos tamaños y formatos diferentes, y las baterías extraíbles de discos Winchester.
C.- Almacenamiento de Red El Almacenamiento de Red es cualquier tipo de almacenamiento de ordenador que incluye el hecho de acceder a una información a través de una red informática. Discutiblemente, el almacenamiento de red permite centralizar el control de información en una organización y reducir la duplicidad de la información. El almacenamiento en red incluye:
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El Almacenamiento asociado a red es una memoria secundaria o terciaria que reside en un ordenador al que otro ordenador puede acceder a través de una red de área local, una red de area extensa privada (VPN) o, en el caso de almacenamientos de archivos en línea, internet
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Las redes de ordenadores son ordenadores que no contienen dispositivos de almacenamiento secundario. En su lugar, los documentos y otros datos son almacenados en un dispositivo de la red.
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4.2.- Características de las memorias La división entre primario, secundario, terciaro, fuera de línea se basa en la jerarquía de memoria, o distancia desde la unidad central de proceso. Hay otras formas de caracterizar a los distintos tipos de memoria.
A.- Volatilidad de la información •
La memoria volátil requiere energía constante para mantener la información almacenada. La memoria volátil se suele usar solo en memorias primarias.
•
La memoria no volátil retendrá la información almacenada incluso si no recibe corriente eléctrica constantemente. Se usa para almacenamientos a largo plazo y, por tanto, se usa en memorias secundarias, terciarias y fuera de línea.
•
Memoria dinámica es una memoria volátil que que además requiere que periódicamente se refresque la información almacenada, o leída y reescrita sin modificaciones.
B.- Habilidad para acceder a información no contígua •
Acceso aleatorio significa que se puede acceder a cualquier localización de la memoria en cualquier momento en el mismo intervalo de tiempo, normalmente pequeño.
•
Acceso secuencial significa que acceder a una unidad de información tomará un intervalo de tiempo variable, dependiendo de la unidad de información que fue leída anteriormente. El dispositivo puede necesitar buscar (posicionar correctamente el cabezal de lectura/escritura de un disco), o dar vueltas (esperando a que la posición adecuada aparezca debajo del cabezal de lectura/escritura en un medio que gira continuamente).
C.- Habilidad para cambiar la información •
Las memorias de lectura/escritura o memorias cambiables permiten que la información se reescriba en cualquier momento. Un ordenador sin algo de memoria de lectura/escritura como memoria principal sería inútil para muchas tareas. Los ordenadores modernos también usan habitualmente memorias de lectura/escritura como memoria secundaria.
•
La memorias de solo lectura retiene la información almacenada en el momento de fabricarse y la memoria de escritura única (WORM) permite que la información se escriba una sola vez en algún momento tras la fabricación. También están las memorias inmutables, que se utilizan en memorias terciarias y fuera de línea. Un ejemplo son los CD-ROMs.
•
Las memorias de escritura lenta y lectura rápida es una memoria de lectura/escritura que permite que la información se reescriba múltiples veces pero con una velocidad de escritura mucho menor que la de lectura. Un ejemplo son los CD-RW.
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EL HARDWARE D.- Direccionabilidad de la información •
En la memoria de localización direccionable, cada unidad de información accesible individualmente en la memoria se selecciona con su dirección de memoria numérica. En ordenadores modernos, la memoria de localización direccionable se suele limitar a memorias primarias, que se leen internamente por programas de ordenador ya que la localización direccionable es muy eficiente, pero difícil de usar para los humanos.
•
En las memorias de sistema de archivos, la información se divide en Archivos informáticos de longitud variable y un fichero concreto se localiza en directorios y nombres de archivos legibles por humanos. El dispositivo subyacente sigue siendo de localización direccionable, pero el sistema operativo del ordenador proporciona la abstracción del sistema de archivos para que la operación sea más entendible. En los ordenadores modernos, las memorias secundarias, terciarias y fuera de línea usan sistemas de archivos.
•
En las Content-addressable memory, cada unidad de información leíble individualmente se selecciona con una valor hash o un identificador corto sin relación con la dirección de memoria en la que se almacena la información. La memoria de contenido direccionable pueden se construida usando software o hardware, siendo la opción hardware la opción más rápida y cara.
E.- Capacidad y eficiencia •
La capacidad de almacenamiento es el la cantidad de información que un dispositivo puede mantener almacenada. Se expresa en bits o bytes (por ejemplo, 10.4 megabytes).
•
La densidad de almacenamiento se refiere a la compacidad de la información almacenada. Es la capacidad de almacenamiento dividido por una unidad de longitud, área o volumen (por ejemplo, 1.2 megabytes per square centimeter).
•
La latencia es el tiempo que lleva alcanzar a una localización particular en la memoria. Las unidades de medida más relevantes son: el nanosegundo para la memoria principal, el milisegundo para la memoria secundaria y el segundo para la memoria terciaria. Podría tener sentido separar latencia de lectura y latencia de escritura y, en caso de memorias de acceso secuencial, latencia mínima, máxima y media.
•
La tasa de lectura/escritura es el ratio al cual la información puede ser leída de o escrita en la memoria. En una memoria de ordenador, la tasa de lectura/escritura se suele expresar en términos de megabytes por segundo o MB/s, aunque suele usarse también bit rate. Como en latencia, podría diferenciarse entra tasa de lectura y tasa de escritura.
4.3.- Tecnologías, dispositivos y medios A.- Memorias Magnéticas Las memorias magnéticas usan diferentes patrones de magnetización sobre una superficie cubierta con una capa magnetizada para almacenar información. Las memorias magnéticas son no volátiles. Se llega a la información usando uno o más cabezales de lectura/escritura. Como el cabezal de lectura/escritura solo cubre una parte de la superficie, el almacenamiento magnético es de acceso secuencial y debe buscar,
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EL HARDWARE dar vueltas o las dos cosas. En ordenadores modernos, la superficie magnética será de alguno de estos tipos: Disco magnético
Disquete
Usado
para
memoria
fuera de línea Disco duro
Cinta magnética
Usado Usado
para
memoria
para
memoria
terciaria y fuera de línea
secundaria En las primeras computadoras, el almacenamiento magnético se usaba también como memoria principal en forma de memoria de tambor, memoria de núcleo, memoria en hilera de núcleo, memoria película delgada, memoria de Twistor o memoria burbuja. Además, a diferencia de hoy, las cintas magnéticas se solían usar como memoria secundaria.
B.- Memoria de semiconductor La memoria de semiconductor usa circuitos integrados basados en semiconductores para almacenar información. Un chip de memoria de semiconductor puede contener millones de minúsculos transistores o condensadores. Existen memorias de semiconductor de ambos tipos: volátiles y no volátiles. En los ordenadores modernos, la memoria principal consiste casi exclusivamente en memoria de semiconductor volátil y dinámica, también conocida como memoria dinámica de acceso aleatorio. Con el cambio de siglo, ha habido un crecimiento constante en el uso de un nuevo tipo de memoria de semiconductor no volátil llamado memoria flash. Dicho crecimiento se ha dado, principalmente en el campo de las memorias fuera de línea en ordenadores domésticos. Las memorias de semiconductor no volátiles se están usando también como memorias secundarias en varios dispositivos de electrónica avanzada y ordenadores especializados.
C.- Memorias de disco óptico Las memorias en disco óptico almacenan información usando agujeros minúsculos grabados al ácido en la superficie de un disco circular. La información se lee iluminando la superficie con un diodo laser y observando la reflexión. Los discos ópticos son no volátil y de acceso secuencial. Los siguientes formatos son de uso común:
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EL HARDWARE CD, CD-ROM, DVD: Memorias de solo lectura, usada par distribución masiva de información digital (música, vídeo, programas informáticos)
CD-R, DVD-R, DVD+R: Memorias de escritura única usada como memoria terciaria y fuera de línea
CD-RW, DVD-RW, DVD+RW, DVD-RAM: Memoria de escritura lenta y lectura rápida usada como memoria terciaria y fuera de línea
Blu-ray
HD DVD
Se han propuesto los siguientes formatos: HVD
Discos cambio de fase Dual
D.- Memorias de discos magneto ópticos Las Memorias de disco magneto óptico son un disco de memoria óptica donde la información se almacena en el estado magnético de una superficie ferromagnética. La información se lee ópticamente y se escribe combinando métodos magnéticos y ópticos. Las memorias de discos
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EL HARDWARE magneto ópticos son de tipo no volátil, de acceso secuencial, de escritura lenta y lectura rápida. Se usa como memoria terciaria y fuera de línea.
E.- Otros métodos iniciales La cinta de papel y las tarjetas perforadas se usaron para almacenar información para procesamiento automático desde los 1980s, mucho antes de que existieran los ordenadores de propósito general. La información se grababa perforando agujeros en el papel o la tarjeta. La lectura se realizaba por sensores eléctricos (más tarde ópticos) donde una localización particular podía estar agujereada o no. Para almacenar información, los tubos Williamsusaban un tubo de rayos catódicos y los tubos Selectrónusaban un gran tubo de vacío. Estos dispositivos de memoria primaria tuvieron una corta vida en el mercado ya que el tubo de Williams no era fiable y el tubo de Selectron era caro. La memoria de línea de retardo usaba ondas sonoras en una sustancia como podía ser el Mercurio para guardar información. La memoria de línea de retardo era una memoria dinámica volátil, ciclo secuencial de lectura/escritura. Se usaba como memoria principal.
F.- Otros métodos propuestos La memoria de cambio de fase usa las fases de un material de cambio de fase para almacenar información. Dicha información se lee observando la resistencia eléctrica variable del material. La memoria de cambio de fase sería una memoria de lectura/escritura no volátil, de acceso aleatorio podría ser usada como memoria primaria, secundaria y fuera de línea. La memoria holográfica almacena ópticamente la información dentro de cristales o fotopolímeros. Las memorias holográficas pueden utilizar todo el volumen del medio de almacenamiento, a diferencia de las memorias de discos ópticos, que están limitadas a un pequeño número de superficies en capas. La memoria holográfica podría ser no volátil, de acceso secuencial y tanto de escritura única como de lectura/escritura. Puede ser usada tanto como memoria secundaria como fuera de línea. La memoria molecular almacena la información en polímeros que pueden almacenar puntas de carga eléctrica. La memoria molecular puede ser especialmente interesante como memoria principal.
4.3.- Tipos de Memoria de un ordenador A.- Memoria RAM RAM es el acrónimo inglés de Random Access Memory (memoria de acceso aleatorio). Se trata de una memoria de semiconductor en la que se puede tanto leer como escribir información. Es una memoria volátil, es decir, pierde su contenido al desconectar la energía eléctrica. Se utiliza normalmente como memoria temporal para almacenar resultados intermedios y datos similares no permanentes.
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EL HARDWARE En estas memorias se accede a cada celda (generalmente se direcciona a nivel de bytes) mediante un cableado interno, es decir, cada byte tiene un camino prefijado para entrar y salir, a diferencia de otros tipos de almacenamiento, en las que hay una cabeza lectograbadora que tiene que ubicarse en la posición deseada antes de leer el dato deseado. Las RAMs se dividen en estáticas y dinámicas. Una memoria RAM estática mantiene su contenido inalterado mientras esté alimentada. La información contenida en una memoria RAM dinámica se degrada con el tiempo, llegando ésta a desaparecer, a pesar de estar alimentada. Para evitarlo hay que restaurar la información contenida en sus celdas a intervalos regulares, operación denominada refresco. Las memorias se agrupan en módulos, que se conectan a la placa base del computador. Según los tipos de conectores que lleven los módulos, se clasifican en Módulos SIMM (Single In-line Memory Module), con 30 ó 72 contactos, módulos DIMM (Dual In-line Memory Module), con 168 contactos y módulos RIMM (RAMBUS In-line Memory Module) con 184 contactos. Cuando compramos memoria RAM en nuestra tienda de informática, comprobamos cómo estos pequeños chips no se encuentran sueltos, sino soldados a un pequeño circuito impreso denominado módulo, que podemos encontrar en diferentes tipos y tamaños, cada uno ajustado a una necesidad concreta (SIMM, DIMM, RIMM). Memoria DRAM Representa la DRAM (Dinamic RAM): memoria asíncrona, su tiempo de refresco era de 80 ó 70 ns (nanosegundos). Se utilizó en la época de los i386, en forma de módulos SIMM o DIMM.
Memoria SRAM Artículo principal SRAM Representa la abreviatura de Static Random Access Memory. El hecho de ser estáticas quiere decir que no es necesario refrescar los datos, ya que sus celdas están formadas por flip-flops de transistores bipolares (6 transistores por bit) que mantienen el dato siempre y cuando estén alimentadas. Otra de sus ventajas es su velocidad, comparable a la de los procesadores actuales. Como contraprestación, debido al elevado número de transistores por bit, las SRAM tienen un elevado precio, por lo que su uso se limita a las memorias caché de procesadores y microcontroladores. Estas memorias tienen una capacidad muy reducida (entre 64 y 1024 KB aproximadamente) en comparación con la memoria SDRAM del sistema, pero permiten aumentar significativamente el rendimiento del sistema global debido a la jerarquía de memoria. Memoria Tag RAM Este tipo de memoria almacena las direcciones de memoria de cada uno de los datos de la DRAM almacenados en la memoria caché del sistema. Así, si el procesador requiere un dato y encuentra su dirección en la Tag RAM, va a buscarlo inmediatamente a la caché, lo que agiliza el proceso.
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Memoria VRAM Éste tipo de memoria fue utilizada en las controlador gráfico para poder manejar toda la información visual que le manda la CPU del sistema, y podría ser incluida dentro de la categoría de Peripheral RAM. La principal característica de esta clase de memoria es que es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. De esta manera, es posible que la CPU grabe información en ella, mientras se leen los datos que serán visualizados en el monitor en cada momento. Por esta razón también se clasifica como DualPorted. No obstante, fue sustituida inicialmente por la SDRAM (más rápida y barata) y posteriormente por la DDR, DDR2 y DDR3 (también denominada GDDR3: Graphics DDR3), más rápidas y eficientes. Memoria FRAM Artículo original: FRAM La memoria FRAM (RAM Ferroeléctrica) es una memoria de estado sólido, similar a la memoria RAM, pero que contiene un funcionamiento más parecido a las antiguas memorias de ferrite. Esta memoria, en lugar de preservar la carga de un microscópico capacitor, contiene dentro moléculas que preservan la información por medio de un efecto ferroeléctrico.
B.- Memoria ROM ROM es el acrónimo de Read-Only Memory (memoria de sólo lectura). Es una memoria de semiconductor no destructible, es decir, que no se puede escribir sobre ella, y que conserva intacta la información almacenada, incluso en el caso de interrupción de corriente (memoria no volátil). La ROM suele almacenar la configuración del sistema o el programa de arranque del ordenador. La memoria de sólo lectura o ROM es utilizada como medio de almacenamiento de datos en los ordenadores. Debido a que no se puede escribir fácilmente, su uso principal reside en la distribución de programas que están estrechamente ligados al soporte físico del ordenador, y que seguramente no necesitarán actualización. Por ejemplo, una tarjeta gráfica puede realizar algunas funciones básicas a través de los programas contenidos en la ROM. Hay una tendencia a poner cada vez menos programas en la estática ROM, y más en los discos, haciendo los cambios mucho más fáciles. Los ordenadores domésticos a comienzos de los 80 venían con todo su sistema operativo en ROM. No había otra alternativa razonable ya que las unidades de disco eran generalmente opcionales. La actualización a una nueva versión significa usar un soldador o un grupo de interruptores DIP y reemplazar el viejo chip de ROM por uno nuevo. En el año 2000 los sistemas operativos en general ya no van en ROM. Todavía los ordenadores pueden dejar algunos de sus programas en memoria ROM, pero incluso en este caso, es más frecuente que vaya en memoria flash. Los teléfonos móviles y los asistentes personales digitales (PDA) suelen tener programas en memoria ROM (o por lo menos en memoria flash).
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EL HARDWARE Algunas de las consolas de videojuegos que utilizan programas basados en la memoria ROM son la Super Nintendo, la Nintendo 64, la Mega Drive o la Game Boy. Estas memorias ROM, pegadas a cajas de plástico aptas para ser utilizadas e introducidas repetidas veces, son conocidas como cartuchos. Por extensión la palabra ROM puede referirse también a un archivo de datos que contenga una imagen del programa que se distribuye normalmente en memoria ROM, como una copia de un cartucho de videojuego. Una razón de que todavía se utilice la memoria ROM para almacenar datos es la velocidad ya que los discos son más lentos. Aún más importante, no se puede leer un programa que es necesario para ejecutar un disco desde el propio disco. Por lo tanto, la BIOS, o el sistema de arranque oportuno del ordenador normalmente se encuentran en una memoria ROM. La memoria RAM normalmente es más rápida de leer que la mayoría de las memorias ROM, por lo tanto el contenido ROM se suele trasvasar normalmente a la memoria RAM cuando se utiliza.
Sobre todo lectura Además de los chips clásicos de memoria ROM Programables por máscara, descritos arriba, hay ROMs llamadas de "sobre todo lectura" (del inglés, Read-Mostly Memory). Ésta puede ser escrita durante su realización, pero además se puede cambiar su contenido después. Algunos ejemplos: PROM
EPROM
EEPROM
MEMORIA FLASH
C.- Memoria CACHÉ En informática, un caché es un conjunto de datos duplicados de otros originales, con la propiedad de que los datos originales son costosos de acceder, normalmente en tiempo, respecto a la copia en el caché. Cuando se accede por primera vez a un dato, se hace una copia en el caché; los accesos siguientes se realizan a dicha copia, haciendo que el tiempo de acceso aparente al dato sea menor. Por otro lado el término caché puede utilizarse también para una zona de memoria de disco denominado caché de disco (Disk cache o Cache buffer en inglés).
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EL HARDWARE
Características generales La memoria caché se define como una pequeña porción de memoria muy rápida, cuyo objetivo es reducir los estados de espera, y estar a la velocidad del procesador. Es de acceso aleatorio (también conocida como acceso directo) y funciona de una manera similar a como lo hace la memoria principal (RAM). Además funciona con 2 fenómenos en un código típico LTR (localidad temporal de referencia) y LER (localidad espacial de referencia). LTR: Accede a una localidad de memoria varias veces en un período corto. LER: Accede a localidades adyacentes y lo lleva a memoria caché. En esta memoria las direcciones son dinámicas, es decir, si se ocupa un bloque de memoria, esto es transportado por la caché para evitar fallas en la asignación de direcciones. Con el aumento de la rapidez de los microprocesadores ocurrió la paradoja de que las memorias principales no eran suficientemente rápidas como para poder ofrecerles los datos que éstos necesitaban. Por esta razón, los ordenadores comenzaron a construirse con una memoria caché interna situada entre el microprocesador y la memoria principal. Existen Tres tipos de memoria caché cuyo funcionamiento es análogo:
•
L1 o interna (situada dentro del propio procesador y por tanto de acceso aún más rápido y aún más cara). La caché de primer nivel contiene muy pocos kilobytes (unos 32, 64, 128 o 256 Kb).
•
L2 o externa (situada entre el procesador y la RAM). Los tamaños típicos de la memoria caché L2 oscilan en la actualidad entre 256 kb y 4 Mb: la memoria caché es un tipo especial de memoria que poseen los ordenadores.
•
L3. Esta memoria se encuentra en algunas placas base. A medida que los microprocesadores comenzaron a incluir cachés L2 dentro de sus arquitecturas, se comenzó a llamar caché L3 al caché extra integrado en las motherboards entre el microprocesador y la memoria principal. Simplemente, lo que una vez fue el caché L2, ahora se denomina L3 cuando se usa en micros con cachés L2 integrados.
Composición interna Las memorias caché están compuestas por dos elementos distintos: un directorio que almacena etiquetas que identifican la dirección de memoria almacenada y bloques de información, todos de igual tamaño, que guardan la información propiamente dicha.
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EL HARDWARE Diseño En el diseño de la memoria caché se deben considerar varios factores que influyen directamente en el rendimiento de la memoria y por lo tanto en su objetivo de aumentar la velocidad de respuesta de la jerarquía de memoria. Estos factores son las políticas de ubicación, extracción, reemplazo, escritura y el tamaño de la caché y de sus bloques. Política de ubicación Decide dónde debe colocarse un bloque de memoria principal que entra en la memoria caché. Las más utilizadas son: Directa Al bloque n-ésimo de memoria principal le corresponde la posición n módulo k donde k es el número de bloques de la memoria caché. Asociativa Cualquier bloque de memoria principal puede ir en cualquier lado del bloque de memoria caché. Asociativa por conjuntos La memoria caché se divide en varios conjuntos de bloques, así al bloque i-ésimo de memoria principal le corresponde el conjunto i módulo (k/n) donde k es el número de bloques de memoria caché. Dicho bloque de memoria podrá ubicarse en cualquier posición dentro del conjunto asociado de la memoria caché. Política de extracción La política de extracción determina cuándo y cuál bloque de memoria principal hay que traer a memoria caché. Existen dos políticas muy extendidas: Por demanda Un bloque sólo se trae a memoria caché cuando ha sido referenciado y se produzca un fallo. Con prebúsqueda Cuando se referencia el bloque i-ésimo de memoria principal, se trae además el bloque (i+1)-esimo. Política de reemplazo Determina qué bloque de memoria caché debe abandonarla cuando no existe espacio disponible para un bloque entrante. Hay dos políticas muy importantes que son:
•
Aleatoria:El bloque es reemplazado de forma aleatoria.
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FIFO:Se usa un algoritmo FIFO (First In First Out, el primero que entra es el primero que sale) para determinar qué bloque debe abandonar la caché. Este algoritmo generalmente es poco eficiente.
Política de escritura Determina cuándo se actualiza la información en memoria principal cuando se ha escrito en memoria caché. Existen dos políticas principales: Escritura inmediata También llamada en inglés Write Through. Cuando se escribe un bloque en memoria caché se actualiza directamente la información también en memoria principal, manteniendo la coherencia en todo momento. Escritura aplazada En inglés Write Back, cuando se escribe un bloque en memoria caché, se marca como sucio usando un bit especial llamado normalmente dirty bit. Cuando el bloque sea desalojado de memoria caché (mediante la correspondiente política de reemplazo), se comprueba el bit de sucio, y si está activado se escribe la información de dicho bloque en memoria principal. También es llamada como política de post-escritura.
5.- SISTEMA BINARIO A.- Bit Múltiplos de bits Prefijos decimales
Prefijos binarios
Nombre
Símbolo
Múltiplo
Nombre
Símbolo
Múltiplo
kilobit
kbit ó kb
10
3
kibibit
Kibit ó Kib
2
10
megabit
Mbit ó Mb
10
6
mebibit
Mibit ó Mib
2
20
gigabit
Gbit ó Gb
10
9
gibibit
Gibit ó Gib
2
30
terabit
Tbit ó Tb
10
12
tebibit
Tibit ó Tib
2
40
petabit
Pbit ó Pb
10
15
pebibit
Pibit ó Pib
2
50
exabit
Ebit ó Eb
10
18
exbibit
Eibit ó Eib
2
60
zettabit
Zbit ó Zb
10
21
zebibit
Zibit ó Zib
2
70
yottabit
Ybit ó Yb
10
24
yobibit
Yibit ó Yib
2
80
Bit es el acrónimo de Binary digit. (dígito binario). Un bit es un dígito del sistema de numeraciónbinario. La Real Academia Española (RAE) ha aceptado la palabra bit con el plural bits.
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EL HARDWARE Mientras que en nuestro sistema de numeración decimal se usan diez dígitos, en el binario se usan solo dos dígitos, el 0 y el 1. Un bit o dígito binario puede representar uno de esos dos valores, 0 ó 1. Podemos imaginarnos un bit como una bombilla que puede estar en uno de los siguientes dos estados:
Apagada
o encendida
El bit es la unidad mínima de información empleada en informática, en cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos representar dos valores cualesquiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, amarillo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de "apagado" (0), y el otro al estado de "encendido" (1).
Origen del término Claude E. Shannon primero usó la palabra bit en un trabajo académico de 1948. Él atribuyó su origen a John W. Tukey, que había escrito una nota en los laboratorios Bell el 9 de enero de 1947 en la cual contrajo las palabras "binary digit" (dígito binario) a simplemente "bit", formando una palabra combinada. Curiosamente, Vannevar Bush había escrito en 1936 sobre los "bits de información" que podían ser almacendos en las tarjetas perforadas usadas en las computadoras mecánicas de ese tiempo.
[1]
Combinaciones de bits
Hay 4 combinaciones posibles con dos bits Bit 1
Bit 0
0
0
0
1
1
0
1
1
Con un bit podemos representar solamente dos valores. Para representar o codificar más información en un dispositivo digital, necesitamos una mayor cantidad de bits. Si usamos dos bits, tendremos cuatro combinaciones posibles:
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EL HARDWARE •
0 0 - los dos están "apagados"
•
0 1 - el primero (de derecha a izquierda) está "encendido" y el segundo "apagado"
•
1 0 - el primero (de derecha a izquierda) está "apagado" y el segundo "encendido"
•
1 1 - los dos están "encendidos"
Con estas cuatro combinaciones podemos representar hasta cuatro valores diferentes, como por ejemplo, los colores rojo, verde, azul y negro. A través de secuencias de bits, se puede codificar cualquier valor discreto como números, palabras, e 4
imágenes. Cuatro bits forman un nibble, y pueden representar hasta 2 = 16 valores diferentes; ocho bits 8
forman un octeto, y se pueden representar hasta 2 = 256 valores diferentes. En general, con n número n
de bits pueden representarse hasta 2 valores diferentes. Nota: Un byte y un octeto no son la misma cosa. Mientras que un octeto siempre tiene 8 bits, un byte contiene un número fijo de bits, que no necesariamente son 8. En los computadores antiguos, el byte podría estar conformado por 6, 7, 8 ó 9 bits. Hoy en día, en la inmensa mayoría de los computadores, y en la mayoría de los campos, un byte tiene 8 bits, siendo equivalente al octeto, pero hay excepciones.
Valor de posición En cualquier sistema de numeración, el valor de los dígitos depende del lugar en el que se encuentren. En el sistema decimal, por ejemplo, el dígito 5 puede valer 5 si está en la posición de las unidades, pero vale 50 si está en la posición de las decenas, y 500 si está en la posición de las centenas. Generalizando, cada vez que nos movemos una posición hacia la izquierda el dígito vale 10 veces más, y cada vez que nos movemos una posición hacia la derecha, vale 10 veces menos. Esto también es aplicable a números con decimales.
+---------+---------+---------+ | Centena | Decena
| Unidad
|
+---------+---------+---------+ |
x 100
|
x 10
|
x 1
|
+---------+---------+---------+ Por tanto, el número 153 en realidad es: 1 centena + 5 decenas + 3 unidades, es decir, 100 + 50 + 3 = 153. En el sistema binario es similar, excepto que cada vez que un dígito binario (bit) se desplaza una posición hacia la izquierda vale el doble (2 veces más), y cada vez que se mueve hacia la derecha, vale la mitad (2 veces menos).
+----+----+----+----+----+ | 16 |
8 |
4 |
2 |
Valor del bit
1 | <-- de acuerdo a
+----+----+----+----+----+
su posición
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EL HARDWARE Abajo vemos representado el número 19. 16 + 2 + 1 = 19. 16
8
4
2
1
<-- Valor de posición Representación
gráfica
de los bits como bombillas encendidas y apagadas 1
0
0
1
1
<-- Dígitos binarios (bits)
También se pueden representar valores "decimales" (números reales, de punto flotante). Abajo vemos el número 5.25 representado en forma binaria. 4 + 1 + 0.25 = 5.25 4
2
1
1/2
1/4
<-- Valor de posición Representación
gráfica
de los bits como bombillas encendidas y apagadas 1
0
1
0
1
<-- Dígitos binarios (bits)
Aunque la representación de números reales no es exactamente como lo que se muestra arriba, el esquema da una idea del concepto. Subíndices Cuando se trabaja con varios sistemas de numeración o cuando no está claro con cual se está trabajando, es típico usar un subíndice para indicar el sistema de numeración con el que se ha representado un número. El 10 es el subíndice para los números en el sistema decimal y el 2 para los del binario. En los ejemplos de arriba se muestran dos números en el sistema decimal y su equivalente en binario. Esta igualdad se representa de la siguiente manera:
•
1910 = 100112
•
5.2510 = 101.012
Bits más y menos significativos Un conjunto de bits, como por ejemplo un byte, representa un conjunto de elementos ordenados. Se llama bit más significativo (MSB) al bit que tiene un mayor peso (mayor valor) dentro del conjunto, análogamente, se llama bit menos significativo (LSB) al bit que tiene un menor peso dentro del conjunto. En un Byte, el bit más significativo es el de la posición 7, y el menos significativo es el de la posición 0
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EL HARDWARE +---+---+---+---+---+---+---+---+ | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | <-- Posición del bit +---+---+---+---+---+---+---+---+ |128|64 |32 |16 | 8 | 4 | 2 | 1 | <-- Valor del bit de acuerdo a su posición +---+---+---+---+---+---+---+---+ |
|
|
+-- Bit menos significativo
+------------------------------ Bit más significativo En una palabra de 16 bits, el bit más significativo es el de la posición 15 y el menos significativo el de la posición 0.
+----+----+----+----+----+----+---+---+---+---+---+---+---+---+---+--+ | 15 | 14 | 13 | 12 | 11 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 | 0 | <-- Posición del bit +----+----+----+----+----+----+---+---+---+---+---+---+---+---+---+--+ |2^15|2^14|2^13|2^12|2^11|2^10|512|256|128|64 |32 |16 | 8 | 4 | 2 | 1 | <-- Valor del bit de acuerdo +----+----+----+----+----+----+---+---+---+---+---+---+---+---+---+--+
a su posición |
|
|
+-
- Bit menos significativo +------------------------------------------------------------------- Bit más significativo Tomemos, por ejemplo, el número decimal 27 codificado en forma binaria en un octeto: 4
3
1
0
27 = 16 + 8 + 2 + 1 = 2 + 2 + 2 + 2 -> 0 0 0 1 1 0 1 1 7
Aquí, el primer '0', el de la izquierda, (que se corresponde con el coeficiente de 2 ), es el bit más 0
significativo, siendo el último '1', el de la derecha, (que se corresponde con el coeficiente de 2 ), el menos significativo. En cualquier caso, el bit más significativo es el del extremo izquierdo y el menos significativo el del extremo derecho. Esto es análogo al sistema decimal, en donde el dígito más significativo es el de la izquierda y el menos significativo el de la derecha, como por ejemplo, en el número 179, el dígito más significativo, el que tiene mayor valor, es el 1, (el de las centenas), y el menos significativo, el 9, (el de las unidades).
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EL HARDWARE Little endian y Big endian En los computadores cada byte se identifica con su posición en la memoria (dirección). Cuando se manejan números de más de un byte, éstos también deben estar ordenados. Este aspecto es particularmente importante en la programación en código máquina, ya que algunas máquinas consideran el byte situado en la dirección más baja el menos significativo (arquitecura little endian, como los procesadores Intel) mientras que otras consideran que ése es el más significativo (arquitectura big endian, como los procesadores Motorola). De este modo, un byte con el número decimal 27 se almacenaría en una máquina little endian igual que en una máquina big endian, ya que sólo ocupa un byte. Sin embargo, para números más grandes los bytes que los representan se almacenarían en distinto orden en cada arquitectura. Por ejemplo, consideremos el número hexadecimal entero AABBCCDD, de 32 bits (4 bytes), localizado en la dirección 100 de la memoria. El número ocuparía las posiciones desde la 100 a la 103, pero dependiendo de si la máquina es little o big endian, los bytes se almacenarían de diferente manera:
Little-endian (Como Intel)
...
100
101
102
103
DD
CC
BB
AA
...
Big-endian (Como Motorola)
...
100
101
102
103
AA
BB
CC
DD
...
En las imágenes de arriba, en donde se representan las posiciones de memoria 100, 101, 102 y 103 creciendo de izquierda a derecha, "parece" que la representación big endian es más natural, ya que el número AABBCCDD lo podemos leer correctamente (ver figura), mientras que en la representación little endian parece que el número está alrevéz, o "patas pa' arriba". Sin embargo, no hay nada que nos impida imaginarnos que las direcciones de memoria "crecen" de derecha a izquierda, y al observar la memoria de esta manera, la representación little endian "se ve natural" y es la big endian la que "parece" alrevéz, como se muestra en las figuras de abajo.
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EL HARDWARE
Little-endian
...
103
102
101
100
AA
BB
CC
DD
103
102
101
100
DD
CC
BB
AA
...
Big-endian
...
...
B.- Byte Múltiplos de bytes prefijo SI
prefijo binario
Nombre Símbolo Múltiplo Nombre Símbolo Múltiplo 103
kibibyte
KiB
210
megabyte MB
106
mebibyte MiB
220
gigabyte GB
109
gibibyte GiB
230
terabyte
TB
1012
tebibyte TiB
240
petabyte PB
1015
pebibyte PiB
250
exabyte
EB
1018
exbibyte EiB
260
zettabyte ZB
1021
zebibyte ZiB
270
yottabyte YB
1024
yobibyte YiB
280
kilobyte
kB
Voz inglesa, se pronuncia báit, que si bien la Real Academia Española ha aceptado como equivalente a octeto, es decir a ocho bits, para fines correctos, un byte debe ser considerado como una secuencia de bits contiguos, cuyo tamaño depende del código de información o código de carácteres en que sea definido. Se usa comúnmente como unidad básica de almacenamiento de información en combinación con los prefijos de cantidad. Los prefijos kilo, mega, giga, etc. se consideran potencias de 1024 en lugar de potencias de 1000. Esto es 10
así porque 1024 es la potencia de 2 (2 ) más cercana a 1000. Se utiliza una potencia de dos porque la computadora trabaja en un sistema binario. Sin embargo, para el SI, los prefijos mantienen su significado usual de potencias de mil. Así,
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EL HARDWARE Nombre Abrev. Factor kilo
K
Tamaño en el SI
2
10
= 1024
10³ = 1000
= 1 048 576
10 = 1 000 000
mega
M
2
20
giga
G
2
30
= 1 073 741 824
10 = 1 000 000 000
tera
T
2
40
= 1 099 511 627 776
10
12
= 1 000 000 000 000
peta
P
2
50
= 1 125 899 906 842 624
10
15
= 1 000 000 000 000 000
exa
E
2
60
= 1 152 921 504 606 846 976
10
18
= 1 000 000 000 000 000 000
= 1 180 591 620 717 411 303 424
10
21
= 1 000 000 000 000 000 000 000
= 1 208 925 819 614 629 174 706 176
10
24
= 1 000 000 000 000 000 000 000 000
= 1 237 940 039 285 380 274 899 124 10
27
zetta
Z
2
70
yotta
Y
2
80
2
90
bronto
B
geop
Ge
224 2
100
6 9
= 1 000 000 000 000 000 000 000 000
000 = 1 267 650 600 228 229 401 496 703 10
205 376
30
= 1 000 000 000 000 000 000 000 000
000 000
En 1998 fue creado un nuevo sistema de prefijos para denotar múltiplos binarios por la IEC. Oficialmente, el padrón IEC especifica que los prefijos del SI son usados solamente para múltiplos en base 10 (Sistema decimal) y nunca base 2 (Sistema binario).
Nuevo padrón de prefijos IEC Nombre Abrev. Factor kibi
Ki
2
10
= 1024 = 1 048 576
mebi
Mi
2
20
gibi
Gi
2
30
= 1 073 741 824
tebi
Ti
2
40
= 1 099 511 627 776 = 1 125 899 906 842 624 = 1 152 921 504 606 846 976
pebi
Pi
2
50
exbi
Ei
2
60
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