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domingo, 24 de abril de 2011

Componentes Físicos (Hardware)

Componentes Hardware



Un sistema computacional consiste en un conjunto de componentes electrónicos y electromecánicos interconectados que almacenan y transforman símbolos en base a las instrucciones especificadas en los componentes software del mismo sistema.
Conceptualmente, es posible distinguir 5 tipos de componentes hardware:

  • Procesadores
  • Memoria principal
  • Dispositivos de entrada
  • Dispositivos de almacenamiento secundario
  • Dispositivo de salida



Una computadora debe ser capaz de recibir, a través de sus dispositivos de entradaciertos datos e instrucciones para manipular éstos. Una vez que los datos e instrucciones son ingresados, el computador debe ser capaz de almacenarlos internamente en su memoria primaria y luego, procesar los datos en base a las instrucciones suministradas utilizando su(s) procesador(es).

Dado que la memoria principal posee una capacidad limitada y es típicamente volátil (su contenido se pierde cuando el componente no recibe energía), es necesario disponer de alternativas para el almacenamiento de datos e instrucciones; ese es el rol de los dispositivos de almacenamiento secundario.

Finalmente, el producto resultante del procesamiento de los datos es entregado al usuario u otros sistemas a través de los dispositivos de salida.

¿Por qué es importante conocer sobre los componentes hardware de un sistema computacional?

Pese a que la mayor parte de los sistemas computacionales poseen una estructura similar, las características de sus componentes hardware varían y estas variaciones pueden crearproblemas a los usuarios:

  • Un primer problema es la capacidad de la memoria y los dispositivos de almacenamiento secundario: La capacidad de la memoria determina la extensión de almacenamiento y por lo tanto, la complejidad de los programas y la cantidad de datos que puede almacenar.
  • Un segundo problema es la velocidad del procesador. Pese a que la velocidad de los procesadores se ha incrementado en dos órdenes de magnitud en los últimos 20 años, su velocidad puede no ser la adecuada para cierta necesidad de procesamiento de datos. Si el usuario requiere realizar muchos cálculos, como es el caso del procesamiento científico y gráfico, diferencias en términos de la velocidad del procesador pueden dar origen a diferencias de horas, días, meses y aún años en la producción de los resultados.
    • Si tiene acceso a más de un sistema computacional, investigue la velocidad del procesador de cada uno de ellos.


Dispongo de acceso directo a una computadora personal, a mi computadora personal y a la que utilizo en el trabajo. La primera es un 486DX4 100 MHz, la segunda es un Pentium MMX 233 MHz y la última es un Pentium MMX 166 MHz

    • Ejecute en dichos sistemas computacionales programas que realicen la misma tarea (ej: digitalizacion de vídeo, edición de imágenes 2-D o 3-D, clasificación y/o ordenamiento de un conjunto de datos de gran tamaño, reemplazo de una palabra en un archivo de texto de gran tamaño). ¿Es apreciable la diferencia de velocidad?


Definitivamente. Se aprecia enormemente la diferencia entre los pentium con respecto al 486 y en menor medida entre el 166 y el 233.

    • ¿Cuál es la percepción existente en la organización a la que Ud. pertenece en relación al impacto de cambios en la velocidad de los procesadores en las tareas de procesamiento de datos?


El proceso de globalización exige una más rápida respuesta del personal que labora en una empresa para poder lograr un nivel competitivo con los mejores. Por tal razón, la disponibilidad de herramientas adecuadas para la labor que se debe ejecutar es importante e imperativa; por otro lado, una computadora rápida permite culminar trabajos en menor tiempo y liberar congestión dentro de las redes de datos corporativos.

  • Otro problema es la compatibilidad. La forma en que los datos son almacenados, no es la misma en todos los sistemas. Del mismo modo, distintos procesadores reconocen distintos tipos de instrucciones. En consecuencia, un programa ejecutable en un computador puede no ser ejecutable en otro que posea un procesador diferente.
    • ¿Son todos los sistemas computacionales de su organización idénticos?


A pesar de corresponderse a computadoras de tecnología semejante, no necesariamente son productos elaborados por un mismo fabricante. En general, las computadoras de escritorio son de tecnología semejante, Pentium MMX 166 con 32 MRAM y disco de 2 GB como estándar corporativo; pero también existen computadoras de otro tipo de tecnología como las Machintoch para el procesamiento de imágenes mediante herramientas como los scanner y que se ubican en los centros de usuarios o los AS400 como computadores VM corporativos para el análisis y almacenamiento de datos corporativos de interes para grupos de trabajo especializados.

    • De no ser así, ¿qué problemas han causado las diferencias entre ellos?


El mayor problema es la integración de las plataformas para poder operar con paquetes de oficina estándar dentro de la corporación.

El procesador.



El procesador es el encargado de realizar los cálculos aritméticos, tomar decisiones lógicas y coordinar gran parte de las acciones realizadas por los restantes componentes del sistema computacional. La primeras dos tareas son realizadas por la unidad aritmético-lógica u operador de datos, mientras que la última es realizada por la unidad de control.






La unidad aritmético-lógica (ALU) contiene circuitos aritméticos y lógicos capaces de sumar, restar, multiplicar, dividir y comparar números. Junto con ello, la ALU contiene un conjunto de componentes denominados registros, que permiten el almacenamiento de datos al interior del procesador en forma temporal.
Para realizar una computación, los números son transferidos desde la memoria principal hacia los registros en la CPU y de allí enviados a los circuitos aritméticos y lógicos, siendo los resultados de la operación realizada enviados también a algún registro para de allí ser transferidos, de ser necesario, a la memoria principal








La unidad de control es la encargada de generar señales hacia los distintos componentes de modo tal de posibilitar la ejecución de las instrucciones. Para ello, la instrucción a ser ejecutada es almacenada en un registro de instrucciones y decodificada por un decodificador de instrucciones el cual posibilita la activación selectiva de aquellas señales de control asociadas a la ejecución de una instrucción específica.

 

 

La memoria principal


 La memoria principal es aquel componente del sistema computacional que almacena los programas y datos que están siendo procesados. Ella, en tiempo de ejecución, debe contener el sistema operativo, las instrucciones para manipular los datos y los datos mismos.

Las computadoras utilizan dos tipos de memoria de acceso aleatorio:
  • Memoria de solo lectura (ROM - Read Only Memory)
  • Memoria de lectura y escritura (RAM - Random Access Memory)
En la memoria de tipo ROM residen los programas de arranque de la máquina que le indican al microprocesador que hacer y como evaluar el hardware existente (del que dispone); la ROM contiene el programa en forma permanente que establece las características de la máquina y la interconectividad entre los dispositivos desde el punto de vista del hardware y sus líneas de control; son los programas que se cargen en la computadora, los que determinaran que tipo de uso se le va ha dar al dispositivo desde el punto de vista de trabajo que debe de realizar según su capacidad.
En la RAM residen en forma temporal los programas cargados por el usuario para el desarrollo de trabajos útiles según sus necesidades (las del usuario).
  • La próxima vez que Ud. encienda un computador tome nota de las acciones que pueda percibir y que afecten algún componente hardware.
  • ¿Podría Ud. establecer qué programas residen en la ROM de su computador?
A pesar de que al momento de arrancar la computadora, los programas residentes en la ROM se ejecutan en forma oculta; solo una de las rutinas es posible visualizar y esta es la rutina de evaluación de la existencia de memoria. Sin embargo, cuando se instala algún dispositivo conflictivo o se desinstala por ejemplo la memoria RAM o el teclado, el programa de la ROM al evaluar el hardware existente detecta la falta de estos y emite un anuncio sonoro o en forma de texto que advierte al usuario sobre la situación anormal encontrada. También es posible ver como la ROM residente en tarjetas y periféricos, emite un mensaje escrito y gráfico en algunos casos indicando al usuario de la existencia y reconocimiento de este hardware (ejemplo las funciones de ahorro de energía o la existencia de tarjetas de vídeo especial)
Las memorias ROM almacenan ciertos programas e información necesaria para el funcionamiento del sistema computacional en forma permanentemente, de ahí el calificativo "solo de lectura". Este tipo de memoria es no volátil, ya que su contenido no desaparece o se borra cuando se desconecta el suministro eléctrico al componente.
Las instrucciones básicas que se necesitan para que un computador inicie su operación están almacenadas en memorias ROM, así como también algunos programas utilitarios y, en algunos casos, software.
Las memorias RAM también puede almacenar ciertos programas vitales para el funcionamiento de la computadora. Sin embargo en las RAM el usuario puede almacenar la información, modificarla o borrarla. La capacidad de la RAM afecta la forma en que se ejecutan los programas y la cantidad de datos que pueden procesarse. Cuanto más fácil de usar sea un programa, tanta más RAM se necesitará generalmente.
LA RAM es una memoria volátil, su contenido se pierde cuando la computadora se desconecta (excepto en algunas que están provistas de baterías específicamente orientadas a mantener el contenido de la RAM).

  • ¿Alguna vez ha estado utilizando un sistema computacional en el momento en que se ha suspendido el suministro de energía eléctrica?


Si.
  • ¿Qué ha ocurrido con los datos en esos casos?
Los trabajos así como los datos que se estaban obteniendo en el momento, se pierden si no se dispone de una unidad de energía de respaldo como los UPS. Solo se pierden los datos que se encuentran en la RAM y que no se han almacenado en un medio de registro permanente como el disco duro.
La memoria principal de un computador está formada por componentes electrónicos biestables, es decir, que pueden adoptar uno de dos estados posibles (on/off, 0/1). Cada uno de estos componentes es capaz de almacenar un dígito binario o bit.
Los bits en la memoria deben ser organizados de modo tal de poder almacenar y/o recuperar datos: caracteres y números. Para ello, los bits son organizados en grupos, constituyendo cada uno de esos grupos una posición de almacenamiento. Un grupo de 8 bits constituye un byte y en él es posible almacenar la representación binaria de un caracter. Típicamente, un grupo de 16 bits se denomina palabra, sin embargo, el término se ha generalizado de modo tal que se utiliza para indicar un grupo de 8*k bits, con k>1. Se habla entonces, por ejemplo, de palabras de 32 o 64 bits.
La capacidad de almacenamiento de un computador es medida en términos del número de bytes en memoria principal. Generalmente, la capacidad es establecida en kilobytes (KB) omegabytes (MB).
1 KB = 1024 bytes = 210 Bytes
1 MB = 1048576 bytes = 220 bytes

  • Tome el primer libro que se encuentre a su alcance y estime el número de caracteres promedio por página.
  • ¿Cuál es la capacidad de almacenamiento del computador que Ud. está utilizando?


En memoria RAM es capaz de almacenar hasta 32 MB = 33554432 bytes = 225 bytes
  • ¿El equivalente a cuántas páginas del libro seria posible almacenar en la memoria principal de su computador?


Del libro en cuestión, podría almacenar el equivalente de 11184 páginas, a razón de 60 caracteres por línea y 50 líneas por página, lo que equivale a 3000 caracteres por página (3000 bytes por página).Cada posición de almacenamiento es identificada unívocamente mediante una dirección.
La dirección de una cierta posición de almacenamiento es análoga al número que permite identificar una casilla de correos. El contenido de la posición de almacenamiento asociada a una cierta dirección es análogo al contenido de una casilla de correos particular asociada a un cierto número de casilla.

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