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Tema 2. Hardware

Ofimática Relaciones Laborales

2004 - 2005 OFIMATICA RR. LL.

Introducción

• Hardware: soporte físico de un computador.

• Posibilidades de cómputo• Posibilidades de expansión

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Introducción

• Sistema informático

Entradas Salida


Arquitectura

• Von Neumann (1945)

Disp. Entrada

Disp. Salida ALUMemoriaprincipal

Unidad de Control

CPU o procesador

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Arquitectura

• Memoria principal– Almacenamiento de datos e instrucciones– Conjunto de celdas

• Dirección de la celda.


Arquitectura

• A.L.U.: Unidad Aritmético-Lógica– Unidad para realizar operaciones aritméticas

y lógicas básicas.• Sumar, restar, multiplicar, dividir, desplazar• AND, OR, XOR, NOT

FalsoFalsoFalsoFalsoVerdadVerdadFalsoVerdadAND

FalsoVerdadFalsoVerdadVerdadVerdadFalsoVerdadOR

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Arquitectura

• A.L.U.: Unidad Aritmético-Lógica– Los datos los toma y los lee de la memoria

principal

Disp. Entrada


25 12

3737

25 12


Arquitectura

• Unidad de Control:– Lee una a una las instrucciones.– Manda las señales de control para se

ejecuten

Disp. Entrada


Unidad de Control

25 + 12

+

3737

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Arquitectura

• Funcionamiento:– Se carga el programa y los datos en memoria– La U.C. lee cada instrucción y manda las

señales correspondientes– La ALU opera según indica U.C.– El resultado vuelve a memoria– La U.C. lee la siguiente instrucción– …


Arquitectura

• Dispositivos de entrada/salida– Realizan la transferencia de datos con el

exterior (ej: cargar datos y programas, mostrar resultados, etc).

• Todas esta unidades se unen mediante unos caminos o buses.

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Clasificación

• Medidas de prestaciones: Potencia– MIPS: Millones de instrucciones por segundo.– Tipos de procesadores:

• RISC: procesadores con un conjunto reducido de instrucciones.

– Cada operación requiere muchas instrucciones muy simples (- menos tiempo para cada instrucción).

• CISC: procesadores con un conjunto amplio de instrucciones

– Cada operación requiere muy pocas instrucciones pero muy complejas (+ tiempo para cada instrucción)


Clasificación

• Potencia

– MIPS no es una buena medida de potencia

– MFLOPS: Millones de instrucciones en coma flotante por segundo

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Clasificación

• Supercomputadores:

– Computadores muy potentes para realizar cálculos muy complejos:

• Simulaciones (ej: explosiones nucleares)• Predicciones (ej: meteorología)• Bioinformática (ej: predicción secundaria de

proteínas)


Clasificación

• Supercomputadores– Top 500: http://www.top500.org

– Mare Nostrum:• 4º Computador del mundo• Centro de Computación de Barcelona• Potencia: 20.540 GFLOPS (20 billones de operaciones

en coma flotante por segundo)

• Cluster IBM: 2.268 nodos con 2 procesadores cada uno (4536 procesadores) PowerPC 2.2 GHz

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Clasificación

• Computadores medianos o mainframes– Computadores de uso general– Instituciones que procesan gran cantidad de

datos (ej: bancos)– Pensados para que muchos usuarios trabajen

a la vez con ellos.


Clasificación

• Computadores medianos o minicomputadores

– Computadores de uso general– Pequeñas instituciones que procesen un

número alto de datos.– Servidores departamentales

• Dar servicio de cómputo y/o almacenamiento para un conjunto reducido de personas.

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Clasificación

• Estaciones de trabajo (Workstations)

– Uso individual que requiera potencia de cálculo (ej: diseño asistido por computador, informática gráfica).

– Actualmente: Computadores con 1 procesador muy potente o varios normales (normalmente 2).


Clasificación

• Computadores Profesionales/Personales (PC)

– Uso general.– Pensados para un usuario (simultáneo).– Potencia reducida:

• Pentium 4 3’8 GHz: 4642 MFLOPS (4’6 GFLOPS)

• Pentium M 1’7 GHz: 2037 MFLOPS (2’0 GFLOPS)

• AMD Athlon 64 3200+: 3699 MFLOPS (3’7 GFLOPS)

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Placa Base

• Todos los componentes de un ordenador se integran en la placa base.

• Tiene:– Los buses entre unidades– Controladoras de periféricos– Algunos periféricos integrados– Los slots para la memoria y el procesador– Unos chips (chipset) para controlarlo todo.

• Placa Madre o “motherboard”


Placa Base

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Placa Base

• Tipos de Placas:– AT: Antiguas– Baby-AT: de los 286 a primeros Pentium– ATX: Otra disposición y más conectores

• Fabricantes:– QDI– Asus– MSI– etc


Placa Base

• Tecnología centrino (intel)

– Integrar en la placa base la comunicación inalámbrica.

– Pensado para ordenadores portátiles– Incluye:

• Procesadores• Chipsets• Tarjetas inalámbricas

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Chipset

• Definición:– El chipset es el conjunto de chips que se encargan de

controlar determinadas funciones del ordenador, como la forma en que interacciona el microprocesador con la memoria, control de los puertos y slots ISA, PCI, AGP, USB...

• Parte fundamental de una placa base. Las posibilidades de la placa base dependen del chipset (frecuencias de reloj, tipo de procesadores, etc).


Placa Base

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Chipset

• Fabricantes:

– Intel– AMD– Via– SiS– nVidia


Procesadores

• Procesadores o CPU– Unidad de control + Unidad Aritmético-Lógica– La frecuencia de reloj da una idea de la

potencia:• 3GHz significa que realiza 3x109 ciclos por

segundo.• Una instrucciones requiere varios ciclos para

completarse.• Una misma instrucción puede necesitar más ciclos

si necesita acceder a los datos que precisa (traerlos de memoria).

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Procesadores

• Diferentes procesadores necesitan diferentes números de ciclos para una misma instrucción.

• Símil:– Centímetros cúbicos de un motor

• Diferentes motores con mismos centímetros cúbicos tiene diferente potencia.

• Depende de la arquitectura (de cómo funcionen): diesel, gasolina, turbo, inyección, etc.


Procesadores

• No todos los procesadores entienden las mismas instrucciones

– Arquitectura x86: Intel y AMD– Arquitectura PowerPC: IBM– Arquitectura UltraSparc: SUN Microsystems– Arquitectura MIPS: MIPS Computer Systems

Inc.– Etc.

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Procesadores


Procesadores

• Fabricantes (PC):

– Intel: • PC: Pentium 4 HT, Prescot y Celeron• Servidores y WorkStations: Xeon

– AMD• Athlon XP• Athlon 64

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Memoria principal

• De su velocidad depende en parte la velocidad del sistema.

Disp. Entrada


Unidad de Control

25 + 12

+

3737


Memoria principal

• Para mejorar la eficiencia hay diferentes niveles de memoria

– Memoria interna al procesador• Registro: muy pocos y muy muy rápidos. A la

misma velocidad que el procesador• Caché: entorno a 1 MB, muy rápida. A la mitad de

la velocidad del procesador (+ ó -)

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Memoria principal

• Externa:– BIOS (ROM = Read Only Memory):

• De tipo sólo lectura.• Funciones básicas del ordenador• Se puede actualizar • Pequeña.

– RAM• Memoria para datos y programas• Rápida• Volátil


Memoria principal

• RAM (Memoria de Acceso Aleatorio):– Diferentes tipos. Actualmente DDR y DDR2

(4,3 GB/s)– Actualmente se suele montar 512 MB ó 1 GB

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Memoria principal


Buses

• Diferentes tipos:– Bus de sistema:

• Conecta las unidades de la placa base– Procesador– Memoria– Controladores de periférico

• La frecuencia (número de ciclos por segundo) influye en la velocidad:

– Cuando el procesador necesite datos y/o instrucciones• Actualmente: (FB) 800 MHz, 400 MHz, 333 MHz• Ha de soportarlo el chipset y el procesador

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Buses

• Expansión

– Añadir nuevas funcionalidades o unidades al sistema

• Tarjetas gráficas• Ratón, teclado• Discos duros• Impresoras• …


Buses

• Específicos:– Ratón y teclado (PS2)– AGP: Tarjeta gráfica– IDE, S-ATA: Discos (HD, CD, DVD, Floppy)

• Genéricos– Paralelo y Serie:

• Antiguos• Se utilizaban para impresoras y otros periféricos

(ratón, teclado, scanners).

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Buses

PS2

AGP

IDE

Serie y paralelo


Buses

• Genéricos:– PCI:

• Mayoría del hardware actual– Modems internos– Tarjetas de red– Tarjetas sintonizadoras de TV, radio o satélite– Tarjetas de sonido– Etc.

• En general: añadir nuevas unidades al ordenador• Para portátiles: miniPCI• En el futuro: PCI Express

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Buses

PCI


Buses

• Genéricos– SCSI:

• Conexión de dispositivos de alta velocidad• Muy utilizada para discos duros en servidores (se

supone que se evolucionará a utilizar S-ATA)– PCMCIA:

• Añadir dispositivos a portátiles– Tarjetas de red (ej: WiFi)– Modems– Otros tipos de conexiones (USB, FireWire, etc)

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Buses

• Genéricos– IrDA

• Conexión mediante infrarrojos con dispositivos u otros equipos

– Teléfonos móviles o PDA’s– Transferir ficheros con otros equipos– …

• Conexión sin cables que requiere que los dos equipos/dispositivos tengan contacto visual.


Buses

• Genéricos

– FireWire (IEEE 1394):

• Conexión de dispositivos externos de alta velocidad (400 Mb/s = 50 MB/s teóricos)

• Muy utilizado en cámaras de video digitales (se denomina conexión DV).

• Rivaliza con las conexiones USB 2.0

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Buses

• USB– Conexión de dispositivos externos

• 1.1: Velocidad moderada (12 Mb/s = 1,5 MB/s teóricos)• 2.0: Alta velocidad (480 Mb/s = 60 MB/s teóricos)

– Actualmente para todo tipo de dispositivos• Ratones, teclados, impresoras• Tarjetas de sonido, TV, impresoras, scanners• Discos duros, lectoras/grabadoras de CD y DVD• Casi cualquier dispositivo lo han portado.• Tarjetas de red, inalámbricas• Otras conexiones


Buses

• Para cada tipo de los que hemos visto la placa base tiene unidades de control.

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Dispositivos

• Definición– Unidades o dispositivos a través de los cuales

la CPU se comunica con el mundo exterior, y a los sistemas que almacenan información (actuando de memoria auxiliar).

• Dos tipos– Dispositivos de E/S– Dispositivos de almacenamiento


Dispositivos E/S

• Qué hacen:– Transforman información externa en señales

eléctricas codificadas permitiendo su transmisión, detección, interpretación, procesamiento y almacenamiento de forma automática (y viceversa).

En un lugar de la Mancha de cuyo nombre

no quiero acordarme…

010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

DispositivoEntrada

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Dispositivos E/S

• Todos los dispositivos tienen dos partes:

– La mecánica

– El controlador del periférico o “driver”• Interpreta las órdenes de la CPU y genera las

señales de control para que las entienda el dispositivo.


Dispositivos E/S

• Dispositivos de salida– Transforman datos del lenguaje del

ordenador a otro externo.

010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

..01101…

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Dispositivos de Salida

• Monitores

CRT TFT



• Monitor– El color se obtiene como combinación de tres

color rojo, verde y azul (RGB).

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• Parámetros:– Tamaño de la pantalla (pulgadas)

17’’



• Parámetros:– Relación de aspecto.

4/3

16/9Ancho/Alto

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• Parámetros:– Número de puntos = resolución que soporta

el monitor.

• 1024 x 768• 1280 x 1024• 1680 x 1050



• Parámetros– Relación de contraste: relación entre el brillo

de la parte más clara con la más oscura.– Ángulo de visión (suele ser menor en monitores TFT).

Ángulo desde laperpendicularidad

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• Parámetros– Densidad de puntos de imagen

• Número de puntos por pulgada (ojo humano es capaz de resolver 380 d/i a 45 cm.)

• Cuanto mayor sea la densidad mayor sensación de continuidad en la imagen (mejor calidad).

• Tamaño del punto = más o menos la inversa de la densidad (cuánto espacio ocupa cada punto).

– Frecuencia de refresco. Cada cuanto se actualiza la imagen del monitor (a mayor velocidad menor cansancio de los ojos)



• Controladores de video o tarjetas gráficas– Generan las imágenes que muestran los monitores.– Actualmente liberan al procesar de realizar cálculos

sobre las imágenes.• Texturas• Iluminación• …

– Existen estándares de procesamiento:• OpenGL• DirectX

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010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

…011010…



• Las capacidades de visualización gráfica de un ordenador dependen de:– La tarjeta gráfica

• Procesa imágenes…• y las manda al monitor a una determinada

resolución y velocidad de refresco

– El monitor• Debe de soportar el modo gráfico que utilice la

tarjeta gráfica

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• Proyectores– Actúan sustituyendo a los

monitores– Proyectan imágenes

(normalmente con menor resolución que los monitores)



• Impresoras– Obtener una imagen impresa de los datos

existentes en el ordenador

010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

…011010…

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• Impresoras

– Antes: conexión mediante puerto paralelo

– Actualmente: conexión USB aunque siguen manteniendo algunas la conexión paralelo.

– Diferentes tipos según la tecnología que utilizan



• Impresoras– Tipos:

• Matriciales: funcionamiento similar a las máquinas de escribir (conjunto de 9 ó 24 agujas que forman los caracteres martilleando sobre una cinta con tinta)

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• Impresoras– Matriciales

• Características:– Lentas– Muy baratas (sobre todo los recambios)– Permiten utilizar papel autocopia– Poca calidad

• Antiguas pero se siguen utilizando.



• Impresoras– Inyección de tinta:

• Lanzan gotas de tinta sobre el papel• Combinan tintas de tres colores + negro (opcional)

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• Impresoras– Inyección de tinta

• Características– Impresora barata pero cartuchos suelen ser caros

(incluyen cabezal)– En los últimos años mejora considerable en velocidad y

calidad (2400 dpi).– Admiten papel fotográfico (algunas tienen cartuchos

especiales).– Opción actual más común.



• Impresoras– Impresoras láser

• Funcionamiento similar a las fotocopiadoras

Tambor

Tóner Papel

Láser

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• Impresoras– Impresoras láser

• Características

– Hay en color y en blanco y negro– Últimamente algo más baratas (las de color son más

caras)– Cambio de tóner es caro– Calidad de impresión media– Alta velocidad



• Impresoras– Existen estándares para los datos mandados

a las impresoras (lenguajes comunes)

• PostScript (PS)• PCL (HP)

– Hay programas para poder ver ficheros con datos de estos tipos (GhostView para PS, etc.)

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Dispositivos E/S

• Dispositivos de entrada– Transforman datos externos al lenguaje del

ordenador (codificación).

010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

..01101…


Dispositivos de Entrada

• Teclado– Principal interfaz de los usuario ante un

ordenador.

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• Teclado– Conexión

• PS2: lo más habitual• USB: cada vez más• Inalámbricos. Dos partes:

Ondas de radio

Receptor

PS2 o USB



• Teclado– Dos tipos según funcionamiento de teclas

• De membrana– Son los más habituales– Más baratos– Se estropean más

• Mecánicos– Más caros– Se estropean menos

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• Teclado natural– En teoría son más cómodos de

utilizar (ergonómicos)

• Teclado multimedia– Más teclas con funcionalidades

extra (normalmente multimedia)



• Ratón– Su uso se extendió con el uso de las

interfaces gráficas.

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• Ratón:– Conexión

• PS2: lo más habitual• USB: cada vez más• Inalámbricos. Dos partes:

Ondas de radio

Receptor

PS2 o USB



• Ratón:– Tipos:

• Mecánicos– Detectan el movimiento mediante dos rodamientos en

contacto con una bola que gira libremente

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• Mecánicos: pueden ser– Ratón normal

– Trackball




• Mecánicos: – si se ensucian los rodamientos pierden precisión y puede llegar

a no funcionar (“da saltos”)• Ópticos: se basan en la reflexión de luz para detectar

movimientos.– No funcionan bien en todas las superficies (en las que reflejan

suelen fallar)– Menor mantenimiento y se estropean menos– Al principio necesitaban superficies especiales (cuadriculadas).

Ahora funcionan sobre superficies normales (folios, madera, etc).

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• Para los portátiles:– Touchpad:

» Superficie sensible al tacto.

» El movimiento se consigue desplazando un dedo sobre la superficie.



• Escáner:– Sirven para digitalizar imágenes = obtener

una imagen de un documento en formato electrónico.

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• Escáner:– Funcionamiento similar a las fotocopiadoras:

• Emiten luz y según la luz que reflejen (el color) a cada punto le dan un color u otro.

• La resolución depende de la cantidad de sensoresque tengan: Cada sensor de el valor de un punto.

010011011010100101010101001010010101001110101010100101001010

…

..01010..



• Escáner:

– El resultado es una imagen digital.– Existen programa para intentar reconocer

caracteres sobre las imágenes y así obtener documentos de texto.

– Estos programas se denominan OCR (Reconocimiento Óptico de Caracteres)

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• Escáner– Los lectores de códigos de barras son

escáneres pequeños con los programas para reconocer los códigos de barras.


Dispositivos

• Multifunción (E/S)– Unión de scanner e impresora que se utiliza

también de fotocopiadora y fax.

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• Cámaras digitales



• Cámaras digitales• Funcionamiento similar a scanner• Tomas muestras con sensores• Cuantos más sensores tengan mayor será la

calidad de las imágenes– MEGAPIXELS: número de puntos (pixels) que tomará

para obtener una imagen– MegaPixels ópticos: Número de puntos reales que toma

» Son los realmente importantes– MegaPixels interpolados: Número de puntos que crea a

partir de los puntos reales que toma.

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• Cámaras digitales• También influye la óptica (el juego de lentes para

el objetivo)– Ajustar una imagen (nitidez)– Zoom

• Almacenamiento de las fotografías: tarjetas de memoria

– Secure Digital– Compact Flash– xD– …



• WEB Cams– Funcionan como las cámaras digitales

– Pensadas para hacer videoconferencia• Calidad necesaria de imágenes no muy alta

– 640x480– 320x240

• Frecuencia de imágenes baja– 15 imágenes por segundo

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Dispositivos de Almacenamiento

• Definición:– Periféricos que sirven para almacenar la

información permanente y poder recuperarla de forma automática y eficiente.

• Necesidad:– Memoria del ordenador es pequeña– Y es volátil (necesita electricidad para

mantener la información)– Intercambio de información entre

ordenadores no conectados.



• Tipos– Magnéticos

• Discos duros• Disquetes• Cintas magnéticas

– Ópticos• Discos compactos (CD-ROM, CD-R, CD-RW)• DVD (DVD, DVD-R, DVD+R, …)• Discos magneto-ópticos

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• Magnéticos– Discos duros




• Principal dispositivo de almacenamiento en los ordenadores (unidades de disco C:, …)

• Se basan en magnetizar una superficie (para almacenar la información) y en determinar el sentido del magnetismo (leer información).

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• Interfaz de conexión con el ordenador– IDE (ATA133 ≈ 133 MB/s, ATA100 ≈ 100 MB/s, en

realidad suelen dar unos 50-60 MB/s)» Los más habituales actualmente» Montan unos 80, 100 ó 120 GB

– SCSI (Ultra 160 SCSI entorno 160 MB/s ó 320 MB/s)

– S-ATA (S-ATA150 entorno 150 MB/s)




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• El tamaño lo dan en base 10

• 80 GB son realmente 74,5 GB

• 120 GB son realmente 111,76 GB



• Magnéticos– Disquetes

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• Diferentes tamaños– 3 ½ : son los más habituales (capacidad 720 KB los

primeros, ahora 1’44 MB)– 5 ¼ : más antiguos, ya no se encuentran (capacidad 320

KB)– Unidades ZIP: se popularizaron en los 90 (capacidad

100 MB). Han perdido protagonismo debido a lo barato de los CD-R

– Unidades JAZZ: Sucesoras a las anteriores (capacidad 1 GB). Le pasa lo mismo pero en este caso con los DVD.




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• Magnéticos– Cintas magnéticas



• Magnéticos– Cintas magnéticas

• Son más lentas• Lectura secuencial• Grandes capacidades

– 400 GB, 600 GB o más.

• No se suelen utilizar en la informática doméstica.• Su mercado: empresas (realizar copias de

seguridad de gran cantidad de datos).

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• Ópticos– Basados en la reflexión de la luz



• Ópticos– Compact Disc (CD)

• Diferentes tipos– CD-ROM: Se fabrican con la información. Sólo se

pueden leer (vida: muchos años)– CD-R: Se pueden grabar una vez y leer múltiples veces.

Se basan en modificar un pigmento con un láser para marcar las zonas que reflejan y las que no. Vida útil: unos 6 años, después empieza a degradarse. Se puede prolongar si se cuida bien.

– CD-RW: Se pueden grabar y leer múltiples veces. Funcionamiento igual a los CD-R.

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• Ópticos– Compact Disc

• Capacidad:– 650 MB ó 74 min.

– 700 MB ó 80 min.– 800 MB ó 90 min.– 900 MB ó 100 min.



• Ópticos– Digital video disc/Digital versatile disc (DVD)

• Similares a los CD’s pero con mayor densidad de datos (más datos en menos espacio)

• Tipos– DVD-ROM: se escriben los datos en fábrica– DVD-R, DVD+R: Se escriben una vez se leen múltiples– DVD-RW, DVD+RW: Se escriben y leen muchas veces.

• Capacidad– Una capa 4’7 GB ó dos capas 9’4 GB (el estandar de

mayor capacidad DVD-18 son 17 GB, aún no disponibles).

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• Ópticos– Discos magneto-ópticos

• Mezcla de las dos tecnologías– Se escribe polarizando la superficie (se magnetiza)– Se lee con un láser (según la polarización reflejará de

una manera u otra).

• Discos de 3’5 pulgadas de unos 130 MB de capacidad.

• No muy populares (probablemente debido al éxito de los CD’s).



• Nuevas tecnologías: Memorias flash– Surgen como necesidad de almacenar gran

cantidad de información en dispositivos portátiles (lo que implica bajo consume eléctrico).

– Muy comunes en cámaras digitales (MMC, SD, Compact Flash, etc.)

– Capacidades variables: actualmente se pueden comprar de 1 GB (prototipos de 4 GB)

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• Memorias Flash– Pen Drive o unidades USB.

• Pequeños discos portátiles que se conectan al ordenador (normalmente USB).

• Muy ligeros• Últimamente bastante rápidos (USB 2.0 y

FireWire).• Capacidades: empezaron con 4 u 8 MB,

actualmente es barato comprar de 1 GB.• Muy de moda los reproductores MP3: Pen Drive +

Software/hardware para reproducir música.


Hardware• Ordenadores PC, “de marca” Vs. Clónicos

– PC:• Sólo serían los de IBM ya que fueron los primeros en

comercializar ordenadores personales• Tenían su propio hardware (sobre todo memorias y algunos

dispositivos). No compatibles con otros equipos.– De marca

• Montan hardware suyo y/o de varios fabricantes.• Dan garantía de todo el equipo (HP, Dell, Siemens, …).

– Clónicos• Montan hardware de varios fabricantes y la garantía la da

cada fabricante de su pieza• Por eso son más baratos.• La mayoría de los que venden las tiendas

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