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UNIDAD 3: ARQUITECTURA INTERNA

Por: arelysdelgado | Publicado: 04/03/2011 04:46 |


Arquitectura Interna del Computador (Software)

Así como la esencia del ser humano no está en su cuerpo sino en su algo abstracto llamado alma, es un elemento intangible llamado software que radica la mayor parte de la magia que ha convertido al computador en la herramienta más poderosa de nuestro tiempo.

Los computadores están formados por el hardware y el software. Lo único tangible del software es el sitio en el que se almacena: disquetes, discos compactos (CD ROM), disco duro., etc.

Los programas o software son conjuntos de instrucciones que le dicen al computador qué debe hacer específicamente. Un programa se puede comparar con una receta de cocina. La receta está llena de instrucciones que le dicen a la persona, paso a paso, qué acciones debe ir ejecutando y en qué orden para preparar el plato. El software, hace lo mismo, le indica al ordenador las instrucciones para que realice exactas tareas. Sin los programas, el computador es una máquina inútil, así como un estilógrafo es sólo una pieza de escribir cuando no está en manos del poeta. Hay diferentes clases de programas de computador. Las dos principales categorías son los sistemas operativos y el software aplicativo o las llamadas aplicaciones.

El sistema operativo es el programa más importante porque controla el funcionamiento del computador y el de los demás programas. Las aplicaciones, por su parte, son todos los programas que permiten al usuario realizar tareas: procesadores de palabra para escribir, juegos para divertirse, hojas de cálculo para trabajo financiero, browsers para navegar por la red.

El sistema operativo establece las reglas y parámetros para que el software aplicativo interactúe con el computador. Si no existiera el sistema operativo, cada desarrollador de software tendría que crear su propio método para que sus aplicaciones grabaran archivos en el disco duro, para desplegar textos y gráficos en la pantalla, para enviar texto a la impresora e infinidad de funciones más. Pero en lugar de hablar directamente con el hardware las aplicaciones hablan con el sistema operativo y este actúa como intérprete ante el hardware.

El sistema operativo también se encarga de repartir entre las diferentes aplicaciones abiertas los recursos del computador (como la atención del procesador o la memoria RAM) Los sistemas operativos se diseñan para que funciones sobre una familia particular de computadores. Se tiene que los sistemas operativos MS DOS y WINDOWS, trabajan en computadores personales (PC) basados en procesadores de INTEL o ATHLON. Y el sistema operativo Macintosh corre en PC MACINTOSH, los cuales usan procesadores POWER PC, anteriormente usaba MOTOROLA 680x0. Esta diferencia de procesadores obliga también al usuario a escoger el sistema que ha de corresponder, pues no son compatibles entre sí, la aplicación o suite (paquete de varias aplicaciones) adquirida.

Lo que hace tan especial al computador es su capacidad para cumplir múltiples funciones. Una aspiradora sólo sirve para aspirar o ventilar, una tostadora para tostar y no le servirá para freír huevos, en cambio el ordenador es un mueble multitareas, escribe, calcula, permite ver videos, interactúa con el usuario, almacena información, es biblioteca, discoteca, diseñador, contesta el teléfono, recibe y envía faxes, organiza la agenda, televisa conferencias o charlas, recuerda compromisos, permite jugar etc. Todo esto se logra con software aplicativos; las aplicaciones son las que hacen posible realizar todo tipo de tareas en el computador.

Lo anterior en computadores caseros o monousuario, pero si quisiera tener varios usuarios el software sería diferente, tendría que montar en el equipo una aplicación o suite (paquete de aplicaciones) para multiusuarios, como LINUX, NT WINDOWS, UNIX, etc.

No es desconocido para nosotros y tampoco para aquel ocasional o desprevenido usuario que se ha acercado a un ordenador que al encenderlo, la pantalla se ve ocupada por un mensaje descriptivo de la versión utilizada. Este simple hecho conlleva toda una frenética actividad en el interior de la máquina. Una sucesión de rápidas operaciones que pasan completamente desapercibidas para algunos, a no ser por los siseos y crujidos que proceden de la unidad de disco, reveladores de que algo está sucediendo en la intimidad del ordenador. El sistema operacional está cargando el equipo.

La descripción cronológica de los hechos en breve síntesis es lo que se describe a continuación. Un programa "cargador" de arranque en frío (cold start), viaja desde el disco hacia la memoria residente del sistema. La función de este programa no es otra que gestionar la carga del sistema operativo desde el disco rígido o duro o un disquete a la memoria interna, cediendo el control, a continuación, al propio sistema operativo. Este se encargará de ultimar las operaciones de iniciación y de visualizar en la pantalla el mensaje de presentación, acompañado del carácter de petición o "prompt" de sistema.

Toda la actividad da comienzo con la carga en memoria de un programa (cold start) cuya única misión es gestionar la carga de otro programa: el sistema operativo.

Funcionamiento Interno del Computador

Al iniciar el arranque, en la mayoría de computadores, cualquiera sea su tamaño o potencia, el control pasa mediante circuito cableado a unas memorias de tipo ROM, grabadas con información permanente (datos de configuración, fecha y hora, dispositivos, etc.)

Después de la lectura de esta información, el circuito de control mandará a cargar en la memoria principal desde algún soporte externo (disco duro o disquete) los programas del sistema operativo que controlarán las operaciones a seguir, y en pocos segundos aparecerá en pantalla el identificador o interfaz, dando muestra al usuario que ya se está en condiciones de utilización. Si el usuario carga un programa con sus instrucciones y datos desde cualquier soporte de información, bastará una pequeña orden para que dicho programa comience a procesarse, una instrucción tras otra, a gran velocidad, transfiriendo la información desde y hacia donde esté previsto en el programa con pausas si el programa es inactivo, en las que se pide al usuario entradas de información. Finalizada esta operación de entrada, el ordenador continuará su proceso secuencial hasta culminar la ejecución del programa, presentando sus resultados en pantalla, impresora o cualquier periférico.

Cada una de las instrucciones tiene un código diferente expresado en formato binario. Esta combinación distinta de unos y ceros la interpreta el “cerebro” del ordenador, y como está diseñado para que sepa diferenciar lo que tiene que hacer al procesar cada una de ellas, las ejecuta y continúa con la siguiente instrucción, sin necesidad de que intervenga el ordenador.

El proceso de una instrucción se descompone en operaciones muy simples de transferencia de información u operaciones aritméticas y lógicas elementales, que realizadas a gran velocidad le proporcionan una gran potencia que es utilizada en múltiples aplicaciones.

Realmente, esa información digitalizada en binario, a la que se refiere con unos y ceros, el ordenador la diferencia porque se trata de niveles diferentes de voltaje. Cuando se emplean circuitos integrados, los niveles lógicos bajo y alto, que se representan por ceros y unos, corresponden a valores muy próximos a cero y cinco voltios en la mayoría de los casos. Cuando las entradas de las puertas lógicas de los circuitos digitales se les aplica el nivel alto o bajo de voltaje, el comportamiento es muy diferente. Por ejemplo, si se le aplica nivel alto conducen o cierran el circuito; en cambio si se aplica nivel bajo no conducen o dejan abierto el circuito. Para que esto ocurra, los transistores que constituyen los circuitos integrados trabajan en conmutación, pasando del corte a la saturación.

Estructura Interna del Computador

En ella la conforman cada uno de los chips que se encuentran en la plaqueta base o tarjeta madre, estos son:

Bios

"Basic Input-Output System", sistema básico de entrada-salida. Programa incorporado en un chip de la placa base que se encarga de realizar las funciones básicas de manejo y configuración del ordenador.


Caché

Es un tipo de memoria del ordenador; por tanto, en ella se guardarán datos que el ordenador necesita para trabajar. Esta también tiene una segunda utilidad que es la de memoria intermedia que almacena los datos más usados, para ahorrar mucho más tiempo del tránsito y acceso a la lenta memoria RAM.


Chipset

Es el conjunto (set) de chips que se encargan de controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria o la caché, o el control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB.


USB

Un puerto USB permite conectar hasta 127 dispositivos y ya es un estándar en los ordenadores de última generación, que incluyen al menos cuatro puertos USB 2.0 en los más modernos, y algún USB 1.1 en los más anticuados. Pero ¿qué otras ventajas ofrece este puerto? Es totalmente Plug & Play, es decir, con sólo conectar el dispositivo y "en caliente" (con el ordenador ya encendido), el dispositivo es reconocido, e instalado, de manera inmediata. Sólo es necesario que el sistema operativo lleve incluido el correspondiente controlador o driver. Presenta una alta velocidad de transferencia en comparación con otro tipo de puertos. USB 1.1 alcanza los 12 Mb/s y hasta los 480 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0, mientras un puerto serie o paralelo tiene una velocidad de transferencia inferior a 1 Mb/s. El puerto USB 2.0 es compatible con los dispositivos USB 1.1

A través del USB no sólo se transfieren datos; además es posible alimentar dispositivos externos. El consumo máximo de este controlador es de 2.5 Watts. Los dispositivos se pueden dividir en dispositivos de bajo consumo (hasta 100 mA) y dispositivos de alto consumo (hasta 500 mA). Para dispositivos que necesiten más de 500 mA será necesaria alimentación externa. Hay que tener en cuenta, además, que si se utiliza un concentrador y éste está alimentado, no será necesario realizar consumo del bus. Una de las limitaciones de este tipo de conexiones es que longitud del cable no debe superar los 5 ms y que éste debe cumplir las especificaciones del Standard USB iguales para la 1.1 y la 2.0.


Zócalo ZIF

Es el lugar donde se inserta el "cerebro" del ordenador. Durante más de 10 años ha consistido en un rectángulo o cuadrado donde el "micro", una pastilla de plástico negro con patitas, se introducía con mayor o menor facilidad; recientemente, la aparición de los Pentium II ha cambiado un poco este panorama.


Slot de Expansión

Son unas ranuras de plástico con conectores eléctricos (slots) donde se introducen las tarjetas de expansión (tarjeta de vídeo, de sonido, de red...). Según la tecnología en que se basen presentan un aspecto externo diferente, con diferente tamaño y a veces incluso en distinto color. En esta se encuentran:

  • Ranuras PCI: el estándar actual. Pueden dar hasta 132 MB/s a 33 MHz, lo que es suficiente para casi todo, excepto quizá para algunas tarjetas de vídeo 3D. Miden unos 8,5 cm y generalmente son blancas.
  • Ranuras DIMM: son ranuras de 168 contactos y 13 cm. Originalmente de color negro.
  • Ranuras SIMM: los originales tenían 30 conectores, esto es, 30 contactos, y medían unos 8,5 cm. Hacia finales de la época del 486 aparecieron los de 72 contactos, más largos: unos 10,5 cm de color blanco.
  • Ranuras AGP: o más bien ranura, ya que se dedica exclusivamente a conectar tarjetas de vídeo 3D, por lo que sólo suele haber una; además, su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos, por lo que se utiliza como una ayuda para el PCI. Según el modo de funcionamiento puede ofrecer 264 MB/s o incluso 528 MB/s. Mide unos 8 cm y se encuentra bastante separada del borde de la placa.
  • Ranuras ISA: son las más veteranas, un legado de los primeros tiempos del PC. Funcionan a unos 8 MHz y ofrecen un máximo de 16 MB/s, suficiente para conectar un módem o una tarjeta de sonido, pero muy poco para una tarjeta de vídeo. Miden unos 14 cm y su color suele ser negro; existe una versión aún más antigua que mide sólo 8,5 cm.

Pila

Se encarga de conservar los parámetros de la BIOS cuando el ordenador está apagado. Sin ella, cada vez que encendiéramos tendríamos que introducir las características del disco duro, del Chipset, la fecha y la hora.


Conectores Internos

Bajo esta denominación se engloban a los conectores para dispositivos internos, como puedan ser la disquetera, el disco duro, el CD-ROM o el altavoz interno, e incluso para los puertos serie, paralelo y de joystick.


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