1.1. Hardware

Es la parte física del sistema informático. En consecuencia, está compuesto por los elementos tangibles del sistema. A muy grandes rasgos sus componentes son:

• Unidad de control de procesos o CPU (por sus siglas en inglés).

• Memoria RAM.

• Dispositivos de E/S o periféricos

• Buses.

1.1.1. Componentes

1.1.1.1. CPU

La CPU o procesador es el componente encargado de controlar y ejecutar las operaciones que lleva a cabo el ordenador. Esta constituido por dos partes:

• Unidad de control (CU), que es la parte encargada de dirigir las operaciones, para lo cual dispone de una serie de registros:

  • Registro de instrucciones, que es el encargado de almacenar la instrucción que se está ejecutando.

  • Registro-contador de programas, que contiene la dirección de memoria donde se encuentra la siguiente instrucción a ejecutar.

  • Controlador y decodificador, que se encarga de interpretar la instrucción.

  • Secuenciador, que es el encargado de desmenuzar la instrucción en las microinstrucciones que la componen.

  • Reloj, que proporciona una sucesión de impulsos eléctricos a intervalos regulares.

• Unidad aritmético-lógica (ALU) es la parte del procesador encargada de realizar las operaciones aritméticas (sumar, restar, multiplicar, dividir, exponenciación, etc.) y lógicas:

  Operación		Símbolo
  Comparación	Mayor que	>
  	Mayor o igual que	>=
  	Menor que	<
  	Menor o igual que	<=
  	Igual	=
  	Distinto	!=
  Lógicas	Y lógico	AND
  	O lógico	OR
  	No lógico	NOT
  	O exclusivo	XOR

Las características fundamentales a tener en cuenta en u8n microprocesador son:

• Su cantidad de núcleos (o cores). Cada núcleo es un procesador independiente que coopera con los restantes.

• Su frecuencia de reloj (medida en múltiplos del Hz) y que mide el número de (millones de) veces por segundo a la que el procesador es capaz de conmutar la corriente eléctrica. Esto determina la rapidez con la que el procesador es capaz de ejecutar instrucciones.

• El tamaño de sus transistores que se mide en nanómetros. Cuanto menores sean, menor será el calentamiento y, en consecuencia, mayor el rendimiento.

• El tamaño en que manipula datos (p.e. las direcciones de memoria): 32 bits, 64 bits

Existen dos grandes familias de arquitecturas de microprocesador:

• RISC, que son procesadores con un conjunto simple de instrucciones. Siguen esta filosofía:

  • ARM, que es la arquitectura que se usa en dispositivos móviles.

  • PowerPC, que fue la arquitectura que usó Apple en sus ordenadores, antes de pasarse a x86_64.

• CISC, que son procesadores con un conjunto más complejo de instrucciones. Siguen esta filosofía:

  • x86 desarrollado por Intel para 32 bits.

  • x86_64 que es el sucesor para 64 bits y compatible con el anterior.

  Ambas arquitecturas han sido la predominantes en los ordenadores personales.

Ver también

Échele un ojo a este artículo de xataka sobre ambas arquiecturas.

1.1.1.2. Memoria

Es la encargada de almacenar tanto el software como los datos que manipula el sistema informático. Dentro de lo que es memoria podemos distinguir entre:

• La memoria de almacenamiento externo, que es permanente y se encuentra en periféricos de almacenamiento como el disco duro o los pendrives, por lo que la trataremos más adelante.

• La memoria interna ROM, que es una memoria en principio de sólo lectura que contiene programas que permiten el arranque del ordenador. En general, los componentes físicos (una impresora, una webcam, etc.) poseen su firmware en memoria no volátil. Sin embargo, dado que este código también está sujeto a mejoras y actualizaciones, las actuales memorias ROM no son estrictamente de sólo lectura, sino que permiten su escritura ocasional. La placa base no es una excepción y contiene la BIOS (sistema básico de Entrada/Salida) que se encarga de cargar el sistema operativo.

  Nota

  Las placas base, además de memoria ROM disponen de un tipo de memoria RAM de muy bajo consumo, la CMOS que permite configurar algunos parámetros relacionados con la BIOS. Por ejemplo, cuál debe ser la secuencia de arranque.

• La memoria interna RAM que almacena temporalmente los programas y datos que procesa el ordenador. El procesador lee y procesa datos que se encuentran en esta memoria.: Se caracteriza por:

  • Ser volátil, esto es, perderse al apagar el dispositivo y dejarla de alimentar eléctricamente.

  • Ser más rápida que la memoria de almacenamiento externa.

  • Ser más cara que la memoria de almacenamiento externa.

  Está constituida por celdas de 1 byte capaces de almacenar información binaria. Cada celda tiene una dirección distinta (dirección de memoria), para que el procesador sea capaz de leer y escribir en todas las celdas que componen la memoria. Por ese motivo, el tamaño que use el procesador para referir las direcciones de memoria, limita el tamaño máximo de memoria que puede utilizarse:

  • En los procesadores con arquitectura de 32 bits, al tener esta longitud las direcciones sólo se pueden referir 4GB de memoria RAM, ya que en 32 bits sólo se pueden referir 2³² celdas distintas. Como en cada celda es posible almacenar 1 byte, el memoria máxima referible es 2³² bytes o, lo que es lo mismo 4*2¹⁰*2¹⁰*2¹⁰ bytes, o sea, 4*1024*1024*1024 bytes, esto es, 4 GB.

  • En los procesadores con arquitectura de 64 bits, no existe limitación en la práctica ya que ésta es muy elevada (16 EB).

  Ha habido distintos tipos de memoria RAM, aunque la actual se denomina DDR (doble tasa de transferencia de datos) que ya va por su cuarta generación: DDR4.

1.1.1.3. Buses

Los buses son las líneas eléctricas u ópticas a través de las cuales se comunican CPU, memoria y resto de dispositivos. Hay tres tipos de buses:

• Bus de datos es la línea por la que intercambian datos la CPU y el resto de componentes.

• Bus de direcciones sirve para comunicar la dirección de memoria o el dispositivo con el cual se intercambia información.

• Bus de control sirve para que la CPU transmita a los dispositivos cuál es la orden a ejecutar y para que en sentido inverso se transmita la señal de estado resultante de tal ejecución.

Por otro lado, podemos distinguir también entre los buses internos (que conectan los componentes internos) y los buses de expansión que conectan la CPU con los periféricos.

Finalmente, en un bus la información puede fluir por una única línea bit a bit (bus en serie) o por varias líneas por cada una de las cuales fluye un bit (bus en paralelo). En principio, los buses en paralelo deberían ser más rápidos, pero en la práctica es necdesario sincronizar los bits que llegan por dístinta línea. En consecuencia, los buses de expansión modernos suelen ser en serie (PCI-Express, USB, SATA) y no en paralelo (AGP, IDE[1] o PCI han quedado obsoletos).

1.1.1.4. Periféricos

Los periféricos o dispositivos de E/S son los dispositivos que permiten interactuar al ordenador con el exterior. Puede distinguirse entre:

Periféricos de entrada

Son aquellos que permiten introducir información en el ordenador. Por ejemplo, ratón o teclado.

Periféricos de salida

Son aquellos que proporcionan información generada en el ordenador al exterior. Por ejemplo, impresora o pantalla.

Periféricos de entrada/salida (o de comunicación)

Transmiten información al ordenador desde el exterior o en sentido contrario. Por ejemplo, una tarjeta de red.

Periféricos de almacenamiento

Dispositivos que almacenan información de forma permanente como discos duros o pendrives.

Los periféricos requieren software para poder usarse:

• La parte del software que se encuentra en el propio periférico recibe el nombre de firmware.

• La parte del software ejecutada por la propia CPU recibe el nombre de driver o controlador.

1.1.2. Tipos de dispositivos hardware

Puede distinguirse entre:

Superordenadores

Son ordenadores con una muy alta capacidad de procesamiento y memoria, destinados por lo general a tareas computacionales muy específicas en el ámbito de la investigación. El sitio top500.org ofrece la lista de las 500 máquinas más potentes del planeta, aunque esta página de la wikipedia, proporciona un resumen y detalla las diez primeras posiciones. Todos los superordenadores de la lista (los quinientos) corren Linux como sistema operativo. Los dos últimos superordenadores que no lo hacían, corrían AIX, pero desaparecieron de ella en 2017.

Ordenadores centrales (mainframes)

Son ordenadores también con gran capacidad de procesamiento y memoria que usan grandes corporaciones y organismos para el manejo de ingentes cantidades de información.

Servidores

Son ordenadores de capacidad mucho más reducida que la de los mainframes que dan servicio a un moderado número de usuarios.

Ordenadores de escritorio

Son ordenadores personales usados como herramienta de trabajo en casa o en la empresa, o bien como estación para el manejo de los tipos anteriores de ordenador. Su capacidad de procesamiento es menor al de los anteriores.

Dispositivos móviles

Son ordenadores de reducido tamaño, pensados para ser manejables y fácilmente transportables. Dentro de ellos englobamos a los ordenadores portátiles, las tablets y los smartphones. Por lo general, tienen unas capacidades algo menores que los ordenadores de escritorio, aunque pueden alcanzar su nivel; y han cobrado especial relevancia en los últimos años con la aparición de los smartphones que han desplazado a los ordenadores de escritorio en el gusto de los usuarios que utilizaban éstos como mera herramienta de consulta y comunicación.

Otros dispositivos

Existen otro tipo de dispositivos que constituyen un sistema informático y disponen de sistema operativo, pero que se encargan de realizar tareas muy específicas:

• Dispositivos de red (routers, switches).

• Videoconsolas.

• NAS.

• SmartTVs.

• etc.

Notas al pie

[1]

De hecho, la tecnología IDE también recibe el nombre de PATA, donde la «P» significa paralelo.