Arquitectura de ordenadores

Un ordenador ejecuta una serie de instrucciones que ha escrito un programador y con ellas opera sobre datos para por ejemplo hacer que suene música.

A los programas se les denomina software y a los componentes físicos se les denomina hardware. En esta unidad vas a comprender como funciona un ordenador estudiando los componentes básicos: el procesador, la placa base, la memoria y disco duro.

Vamos a ver una explicación menos formal de cuales son los componentes de un ordenador y para que sirven.

Un ordenador es una máquina capaz de hacer muchas operaciones simples por segundo.

Un ordenador intercambia datos con el exterior mediante los periféricos (ya sean de entrada o de salida). También puede almacenar datos de forma temporal en la memoria principal (RAM). Si esta memoria deja de estar alimentada, los datos almacenados en ella se perderían. La información se puede guardar en la memoria auxiliar como los discos duros, de forma que se conserven aunque se apague el ordenador.

Se llama hardware al conjunto de los componentes y elementos que integran la parte material de un ordenador.

Se llama software al conjunto de programas, instrucciones y reglas informáticas para ejecutar ciertas tareas en una computadora. Se suele decir que es el soporte lógico de un sistema informático.

Clasificación del hardware

Puede realizar atendiendo a dos criterios: la utilidad y la función.

Según la utilidad de los componentes en el ordenador se clasifican en:

• Básico.- es el conjunto de componentes necesarios para otorgar la funcionalidad mínima a un ordenador.

• Complementario.- son los elementos utilizados para realizar funciones específicas que no son estrictamente necesarias para el funcionamiento del ordenador.

Según la función que tienen los componentes en el ordenador se clasifican en:

• Procesamiento.- básicamente es la CPU.

• Almacenamiento.- lo forman las memorias.

• Entrada.- son los periféricos de entrada.

• Salida.- son los periféricos de salida.

• Entrada/salida.- son los periféricos que pueden realizar las dos funciones.

A continuación tienes una lista de compomentes del ordenador.

Divídelos en dos grupos indicando cuáles son los componentes del ordenador que pueden considerarse parte del hardware básico o cuáles parte del hardware complementario.

En tu portfolio, crea un cuadro de texto donde se pueda leer "Actividad 1". Bajo este cuadro de texto, genera otros  dos cuadros que respondan a esta tarea.

Ejemplo:

Inserta la tarea en tu portfolio digital. 

La arquitectura de un ordenador es el diseño básico o modelo de funcionamiento del mismo.

Esta arquitectura no ha cambiado mucho a lo largo del tiempo. Esto mismo no se puede decir de cada componente ya que, individualmente, la evolución ha sido drástica. Veremos los componentes de un ordenador en el siguiente apartado, ahora solo estudiaremos su arquitectura.

Por ejemplo, se puede pensar en el componente más importante de un sistema informático: el microprocesador. La capacidad de procesamiento o la velocidad del mismo ha tenido una evolución exponencial que permite que hoy día se puedan utilizar aplicaciones muy potentes impensables hace 10 años.

La arquitectura básica de un ordenador es la arquitectura de Von Neumann. En ella, se distinguen los siguientes elementos:

• La Unidad central de proceso (CPU o Central Processing Unit), compuesta de:

  • Unidad de control.

  • Unidad aritmético-lógica.

• Memoria principal.

• Dispositivos de entrada/salida y memoria auxiliar.

CPU o unidad central de procesos

Un ordenador es una máquina que es capaz de realizar muchas operaciones sencillas por segundo.

Atendiendo al esquema de la arquitectura clásica de un ordenador, la unidad de control que se encuentra dentro de la Unidad Central de Proceso, se encarga de acceder a la memoria para extraer las instrucciones del programa que debe ejecutar. Las analiza e interpreta y controla su ejecución, dirigiendo el funcionamiento de todas las partes del ordenador afectadas para poder llevar a cabo la ejecución de la instrucción.

Las instrucciones que ejecuta un ordenador son sencillas, como puede ser una operaciones de suma. Para la realización de estas operaciones se tiene la Unidad Arimético Lógica (ALU). La unidad de control se encarga de la preparación de la instrucción, buscando los datos en memoria necesarios para realizar la operación, esperando a que la ALU ejecute la operación y guardando el resultado de la operación en memoria.

Memoria principal

Cuando se quiere ejecutar una aplicación, normalmente esta debe estar instalada en el disco duro o memoria auxiliar. Sería muy poco eficiente que el microprocesador tuviera que estar intercambiando datos con el disco duro, dado que los tiempos para leer o escribir en el mismo son mucho mayores que los tiempos de acceso a la memoria RAM o memoria principal del ordenador. Por tanto, una aplicación que se quiere ejecutar, en primer lugar se debería cargar en la memoria RAM y desde ahí, el microprocesador va accediendo para ejecutar las líneas del programa que debe ejecutar. 

Dispositivos de Entrada/Salida (Periféricos)

Un ordenador es una máquina que no trabaja de forma aislada, por tanto, es necesario intercambiar datos con el exterior y esto se hace a través de los periféricos. Para poder introducir información desde el exterior se utilizan los periféricos de entrada. El clic de un ratón y la introducción de caracteres mediante un teclado es un ejemplo de información que proviene del exterior. La pantalla de un ordenador mostrando una aplicación o un sonido que se escucha a través de unos altavoces son un ejemplo de información que proviene del ordenador y va al exterior mediante los periféricos de salida.

Formulario

Realizar el formulario "Arquitectura del ordenador" en classroom.

En este apartado vamos a conocer los componentes principales de un ordenador personal; ten en cuenta que la informática está siempre cambiando pero la estructura básica del ordenador sigue siendo la misma de Von Neumann que ya vimos anteriormente.

3.1. Placa Base

Los componentes que se encuentran en la placa base son:

1. Microprocesador.- zócalo para conectar el microprocesador y su sistema de ventilación.

2. BIOS (Basic Input Output System).- pequeño chip de memoria ROM con las instrucciones necesarias para el arranque y la carga del sistema operativo grabadas por el fabricante.

3. Chipset.- conjunto de chips de circuitos integrados que sirven de conexión entre el microprocesador y el resto de elementos (RAM, BIOS).

4. Slots o ranuras de expansión.- para conectar las tarjetas controladoras de los periféricos.

5. Ranuras de memoria RAM.- para conectar los módulos (DIMM o SIMM) de memoria RAM (se describe en apartado de "Memorias").

6. Puertos de conexión para dispositivos que se conectan directamente a la placa base.

La imagen siguiente es una placa base en la que se han referenciado los elementos anteriormente mencionados.

Sockets y placas

Hay dos grandes fabricantes de procesadores, Intel y AMD. Los procesadores se encajan en la placa base en el llamado zócalo o socket. En cada socket sólo encajan determinadas gamas de procesadores. Veamos un pequeño resumen:

Las placas para AMD son:

• Socket AM2 , donde podemos usar procesadores Athlon 64, Athlon FX, Athlon X2, Sempron, Phenom

• Socket AM3, para procesadores Athlon II y Phenom II X2/X3/X4.

Las placas para Intel son:

• Socket 775: Pentium 4, Celeron, Pentium D (doble núcleo), Core 2 Duo, Core 2 Quad

• Socket 1156 para el Core i5

• Socket 1366 para el Core i7.

Seguro que has visto distintos tamaños de torres de ordenador, algunas pequeñas como cajas de zapatos. Lógicamente usarán placas de distinto tamaño. Tenemos, según su tamaño, las ATX y las MicroATX. Las MicroATX son más pequeñas y vienen integradas con otros componentes, como la tarjeta de sonido lo que ahorra espacio.

Juego de la placa base

Accede al enlace y prueba tus conocimientos acerca de los componentes de las placas base. No os preocupéis si no acertáis muchas a la primera, este ejercicio no es evaluable; simplemente tomadlo como una forma divertida de APRENDER.

3.2. CPU o microporcesador

Los procesadores los podemos clasificar según estás características:

• Número de Núcleos: Los modernos procesadores llevan varios núcleos de proceso o también llamados Core, esto hace que se pueda ejecutar varias instrucciones de manera simultánea por lo que tendremos mayor rendimiento cuánto más núcleos tengamos. (Core 2 Duo, Core i3, core i5, Core i7, etc) Son los cocineros.

• Frecuencia de reloj: a mayor frecuencia más rápido trabaja el procesador. Ahora alcanzan los Ghz (entre 1 y 6)

• Bits de proceso (32bits o 64bits). Cuanntos más bits procesen a la vez, mayor rendimiento. (Imagina que el cocinero pude pelar el doble de patatas,¿no crees que acabará antes?)

• Ancho de banda del bus (533Mhz, 800Mhz, 1000Mhz, 1066Mhz, 1333Mhz) Las instrucciones y los datos tienen que ir entrando y saliendo del procesador, cuanto más ancho de banda mejor.

3.3. Memoria principal

Podríamos comparar la RAM a la mesa de la cocina. En la mesa de la cocina el cocinero tiene las recetas que elabora y los ingredientes. Y habrás imaginado que cuanto más grande sea la mesa de la cocina más recetas puede hacer a la vez y cuantos más ingredientes estén a la mano más cantidad de comida podrá servir el cocinero.

La capacidad de la RAM se mide en bytes, las actuales son de varios GB (gigabytes). Y las hay que, a igual capacidad, trabajan a una frecuencia más rápida (DDR4 y DDR5) son las que te encontrarás ahora mismo al comprar ordenadores).

Los fabricantes identifican la memoria RAM de la siguiente forma: Capacidad - Tipo - Frecuencia.

Por ejemplo 1 GB DDR 400 o 2 GB DDR2 800

3.4. Dispositivos de almacenamiento

Disco duro

El disco duro es el componente hardware que permite almacenar de forma permanente la información. Como ya sabrás los discos duros son no volátiles, aunque no reciban corriente la información no se pierde. Por eso cuando encendemos el ordenador nuestros programas y archivos continúan allí.

Los discos duros tradicionales se forman con un conjunto de platos metálicos donde una serie de cabezales lee o escribe en cada cara de los platos (arriba y abajo). Tanto para leer como para escribir se hace por impulsos magnéticos. Para ello los platos giran continuamente; ¿recuerdas las antiguas cintas de cassette? Pues es el mismo principio.

Discos duros de estado sólido (SSD)

Un disco duro magnético tiene partes móviles por lo que su fiabilidad no es muy alta, sobre todo, si el ordenador en el que está insertado es de tipo portátil ya que estará sometido a vibraciones y pequeños golpes.

Los discos duros en estado sólido (SSD) son más fiables ya que no tienen partes móviles, leen y escriben más rápido y además, consumen menos y son muy silenciosos en comparación con los discos duros magnéticos. Actualmente alcanzan también grandes capacidades de almacenamiento.

Por tanto, salvo el precio, todo son ventajas de los discos SSD frente a los magnéticos.

Infografía componentes de un equipo informático

Realiza en un programa online (como Canva) una infografía que muestre título, descripción e imágenes de los siguientes elementos:

• Placa base

• Microprocesador

• Memoria RAM

• Disco duro

Inserta la tarea en tu portfolio digital. 

Formulario

Realiza el formulario "Componentes de un ordenador personal" en classroom.

4.1. Periféricos

Periféricos de entrada

Estos periféricos permiten introducir datos desde el exterior hacia el sistema informático. Esa información será necesaria para la ejecución de los programas que esté ejecutando el ordenador. Algunos ejemplos de periféricos de entrada:

• Teclado.

• Ratón.

• Micrófono.

• Escáner que permite digitalizar documentos.

• WebCam.

Periféricos de salida

A través de estos periféricos, la computadora es capaz de mostrar el resultado de los programas que se están ejecutando al exterior, ya sea mostrando información visual como puede ser el caso de un monitor o imprimiendo un documento mediante una impresora. Algunos ejemplos de periféricos de salida:

• Monitor.

• Impresora.

• Altavoces.

• Proyector.

Periféricos de entrada/salida

Estos periféricos permiten la comunicación del ordenador con el exterior en ambos sentidos (hacia al exterior o desde el exterior al ordenador). Algunos ejemplos de periféricos de entrada/salida:

• Una impresora multifunción. Esta dispositivo no solo hace de impresora sino que también puede hacer de escáner (para digitalizar documentos) e incluso de fax para enviar y recibir documentos a través de la línea telefónica.

• Una pantalla táctil es otro ejemplo ya que, además de mostrar información a través de la pantalla, permite la introducción de datos al ser táctil.

• Una tarjeta de red. A estos dispositivos también es posible encontrarlos como periféricos de comunicación.

Periféricos de almacenamiento

Estos periféricos también se podrían clasificar como periféricos de entrada/salida, ya que pueden almacenar datos como resultado de la ejecución de un programa o pueden enviar datos al microprocesador porque son necesarios para ejecutar un programa. Algunos ejemplos:

• Disco duro externo. Normalmente utilizar el puerto USB para la transferencia de datos.

• Memoria USB. Similar al disco duro externo, pero suele ser más pequeña tanto en dimensiones físicas como en capacidad de almacenamiento.

• Lector/grabador de CD y DVD.

4.2. Puertos

Actividad final. Presupuestos de equipos informáticos. 

Imagina que trabajas en una tienda de informática. Debes recomendar un modelo de equipo perfecto para cada uno de los tres casos siguientes:

1. Equipo portátil y ligero para estudiante de la ESO

2. Equipo para gaming

3. Equipo para un editor de video que debe viajar con frecuencia

Haz tres tablas en un mismo archivo de google docs en la que escribas, para cada caso, la marca y modelo del equipo seleccionado, CPU, GPU, RAM y memoria interna. A continuación busca, para cada equipo, tres presupuestos en tres tiendas online diferentes, inspirado en la tabla de la página 12.

Inserta la tarea en tu portfolio digital. 

Ejemplo: