Unidad 1: Fundamentos de la informática

En primer lugar recordaremos las definiciones de ordenador que conocemos:

Máquina electrónica que procesa datos para convertirlos en información útil.
Máquina capaz de aceptar unos datos de entrada, efectuar con ellos operaciones lógicas y aritméticas y proporcionar la información resultante a través de un medio de salida.
Todo aparato o máquina destinada a procesar información.

Entendemos por arquitectura del ordenador las diferentes partes que lo componen y podemos hablar así de dos componentes básicos en un ordenador el hardware y el software.

Hardware: Parte física o tangible del ordenador.

Algunos componentes hardware del ordenador son la memoria, la fuente de alimentación, los cables, la tarjeta gráfica, etc. Suele decirse que el hardware es todo aquel componente del ordenador que podemos tocar. El hardware tuvo especial importancia en las primeras generaciones de ordenadores debido a que no se utilizaban los componentes miniaturizados que existen actualmente y por lo tanto era necesaria una gran cantidad de componentes físicos. Sirva como ejemplo el computador ENIAC 2000 creado en 1946 que solamente era capaz de realizar operaciones como una calculadora sencilla y que ocupaba una extensión de 167m2.

Software: Parte lógica e intangible del ordenador.

Fundamentalmente el software del ordenador está compuesto por los programas que se ejecutan (incluyendo el Sistema Operativo) y por los datos que se procesan en él. Un ordenador sin ningún tipo de software no tendría sentido, sería una máquina que no haría nada.

Parte física del ordenador o ‘hardware’

El ordenador se compone de una serie de elementos físicos que le proporcionan su funcionalidad. Entre estos elementos podemos destacar varios.

Torre, caja o chasis.

Es un elemento metálico, no electrónico que sirve de soporte a los elementos internos del ordenador. Está hecho de chapa y a él se fijan los diferentes dispositivos mediante tornillos. Tiene asientos para la placa base y la fuente de alimentación, además de contener bahías de diferente tamaño: 3,5ʹʹ para discos duros; 5,25ʹʹ para unidades ópticas (DVD, BlueRay y CD-ROM); y últimamente, bahías de 2,5ʹʹ para discos duros de 2,5ʹʹ como son los discos duros de estado sólido (SSD).

Su diseño está pensado para que el aire fluya desde el exterior atravesando la caja, liberando el calor que se genera en el procesador, el chipset, la tarjeta gráfica, los discos duros y la fuente de alimentación.

Fuente de alimentación

Es un dispositivo cuadrado, fijado a la torre mediante cuatro tornillos que transforma la energía de la toma de enchufe del hogar (230V~50 Hz) a la corriente de funcionamiento del ordenador (12V, 5V, 3.3V en corriente continua). Su labor es la de proporcionar energía a todos los componentes internos del ordenador, tanto la placa base, como unidades ópticas o discos duros; y además sirve de protección contra sobrecargas de la red y picos de tensión (tormentas o mal estado de la red). Debe ser lo suficientemente potente como para suministrar la energía necesaria a todos los dispositivos del ordenador para su correcto funcionamiento. Los valores de potencia van entre 300 y 900 Watios en los ordenadores de sobremesa; y entre 70 y 120 Watios en ordenadores portátiles.

Placa base

Se encarga de interconectar todos los dispositivos del ordenador, los coordina y gestiona sus tiempos de funcionamiento. Además puede incluir dispositivos con funcionalidades concretas integrados entre sus circuitos como: dispositivo gráfico, de sonido, de red…

El conjunto de chips que se integran la placa base se denomina Chipset

La placa base contiene ranuras (slots) y zócalos (sockets) para los elementos internos principales del ordenador como son la memoria, el procesador, el almacenamiento secundario (disco duro y unidades ópticas) y las tarjetas de expansión.

Podemos diferenciar claramente dos partes dentro de la placa base, estas son: la Sur, gestionada por el chip Puente Sur (en inglés, SouthBridge), donde se conectan los dispositivos con menor tasa de transferencia; y la Norte, gestionada por el chip Puente Norte (en inglés, NorthBridge), donde se conectan los dispositivos con mayor tasa de transferencia.

Chip Puente Norte

Es un circuito integrado que interconecta los dispositivos de la placa base llamados 'rápidos', trabaja a una frecuencia alta, lo que le permite gestionar las comunicaciones a gran velocidad. Estos dispositivos interconectados por el Chip Puente norte son, por lo general:

Memoria R.A.M.
Procesador.
Puerto de gráficos.
Chip Puente Sur.

Chip Puente Sur

Es un circuito integrado que interconecta los dispositivos 'lentos' de la placa base con el Chip Puente Norte. Gestiona las conexiones de los dispositivos siguientes:

Dispositivos PCI, o PCI Express. Como son las tarjetas de expansión.
Dispositivos PATA/IDE. Utilizado para discos duros y unidades ópticas.
Dispositivos SATA. Utilizado para discos duros y unidades ópticas.
Dispositivos USB. Utilizado con un propósito universal.
Puertos estándares de entrada y salida. Puerto serie, puerto paralelo...

Procesador

El procesador es el elemento principal del ordenador. Se encarga de ejecutar las órdenes e instrucciones que utilizan los programas y de realizar las operaciones lógicas y aritméticas. Tiene dos tipos de memoria interna llamadas caché de nivel 1 y caché de nivel 2, que a su vez obtienen datos e instrucciones de la memoria Principal o RAM. Su rapidez se mide en el número de operaciones por segundo o ciclos de cómputo por segundo que puede realizar. Así que podemos decir que el “velocidad” de un procesador depende de la frecuencia con que realiza sus operaciones (ciclos por segundo) por lo que la unidad de medida son los Hz. Aunque una operación completa del procesador comprende varios ciclos. En los ordenadores actuales los procesadores son múltiples (2, 4 u 8 núcleos) y trabajan en paralelo (cada procesador ejecuta un programa o trozo de programa diferente) para reducir el tiempo de respuesta. Por ejemplo, el procesador Intel® Core™ i7-4790K trabaja a una frecuencia de hasta 4 GHz tiene 8MB de memoria caché que se reparten los 4 núcleos.

Memoria Principal o RAM (Random Access Memory)

Es la memoria donde se han cargado (desde el disco duro) los datos y programas que están siendo leídos y/o ejecutados por el procesador. Su tamaño varía entre 1GB y 32GB en los ordenadores de usuario más potentes. Hay diferentes tipos según su velocidad de lectura pero los más comunes son (de más antiguo a más moderno): DDR, DDR2, DDR3 y su velocidad de lectura abarca desde los 500 MB/s, las más antiguas; hasta los 17GB/s, las más modernas.

Existe un tipo de memoria para tarjetas gráficas que es la GDDR5, que basa su tecnología en la DDR2, pero consiguiendo mayor ancho de banda, esto es, leer más información a la vez.

La memoria RAM es una memoria de tipo volátil, esto es que permite el almacenamiento de datos sólo mientras le llegue corriente eléctrica, y cuando se apaga el ordenador la memoria RAM no es capaz de retener dato alguno.

Tarjeta gráfica.

Tarjeta que permite al ordenador trabajar con el dispositivo de la pantalla. Se encarga de generar las imágenes a gran velocidad (trabaja en paralelo) y tiene un procesador y una memoria RAM propios. Tanto el procesador, llamado GPU; como la memoria RAM que tiene una tarjeta gráfica, están especialmente diseñados para trabajar con imágenes, vídeo y animaciones en 3D.

Debido al las altas temperaturas generadas en el chip GPU, las tarjetas gráficas llevan incorporada refrigeración que puede ser forzada (con disipadores de calor y ventiladores) o no forzada (sólo con disipadores).

Disco duro

Es un tipo de almacenamiento secundario. El disco duro es el almacenamiento de datos por excelencia del ordenador. Su capacidad es grande con respecto a la memoria RAM, debido a que es una tecnología mucho más barata, y su velocidad de lectura es mucho menor.

Según su tamaño, existen dos tipos principales:

2,5ʹʹ → Discos duros de portátil, con un consumo menor en energía pero más caros. Su pequeño tamaño no está reñido con su capacidad ya que existen discos de hasta 2TB de este tamaño. Aunque inicialmente se pensaron para portátiles, este tamaño se está popularizando también en los ordenadores de sobremesa gracias a la tecnología de discos de estado sólido (SSD)
3,5ʹʹ → Discos duros de ordenadores de sobremesa. Pueden alcanzar un tamaño de hasta 4TB.

Según su tecnología de almacenamiento podemos distinguir 3 tipos de discos:

Magnéticos (HDD) → Almacenan la información magnetizando la superficie de un plato contenido en el disco. Son discos que giran a velocidades de hasta 7200 R.P.M. (120 vueltas por segundo). Sus partes principales son: los platos, que contienen la información; y el cabezal, que lee la información magnética del plato. Además tienen motores y circuitería.
Discos de estado sólido (SSD) → Aunque todavía no alcanzan el gran tamaño ni el bajo precio de los discos magnéticos poseen unas ventajas significativas con respecto de éstos. Consumen menos energía, se calientan menos y, sobretodo, son muchísimo más rápidos en general y en la búsqueda de archivos en particular.
Discos duros híbridos → Combinan las dos tecnologías arriba mentadas para intentar coger lo mejor de ambas: la alta velocidad y bajo tiempo de acceso de los discos de estado sólido; y el almacenamiento masivo y 'barato' de los discos magnéticos.

Tarjetas de expansión

Tarjetas electrónicas que permiten añadir funcionalidades al ordenador mediante la conexión a la placa base con las ranuras destinadas a tal efecto. Ejemplos de tarjetas de expansión son:

Tarjetas de red.

Son tarjetas electrónicas que tienen una o varias interfaces para conectar a una red local. Pueden ser cableadas (ethernet, fibra óptica, cable coaxial...) o inalámbricas (Wi-Fi). Normalmente hay una tarjeta de red integrada en las placas bases modernas.

Tarjetas módem.

Son tarjetas electrónicas que permiten conectar a una red informática de datos, como internet, a través de la línea telefónica convencional. Algunas también permiten actuar como teléfono a través del ordenador.

Tarjetas de televisión.

Son tarjetas electrónicas que permiten ver emisiones de televisión, ya sean analógicas, o digitales. Hay varios tipos según la emisión que se quiera captar: terrestre, por satélite o por cable.

Tarjetas de sonido.

Permiten añadir puertos de entrada y salida de sonido, tanto digital como analógico. Es la tarjeta a la cual conectamos el micrófono y los altavoces. Normalmente hay una tarjeta de sonido integrada en la placas bases modernas.

Unidades ópticas.

Las unidades ópticas son parte del almacenamiento secundario de los ordenadores (al igual que los discos duros). Tienen capacidades que oscilan entre los 650 MB y los 50GB y són unidades que aceptan soportes ópticos portables.

Los soportes ópticos más famosos, por orden de aparición son:

CD
DVD
Blu-Ray

Su tecnología se basa en conseguir almacenar información binaria (1s y 0s) según si el reflejo de un haz láser lanzado por un emisor, alcanza o no un receptor situados ambos en la unidad óptica.

Los discos ópticos tienen todos el mismo tamaño de diámetro y varias capas de composición, entre las que se encuentra la capa reflectante, la capa escribible y la capa de protección.

Unidades de almacenamiento externo, memorias flash y tarjetas de memoria

Son memorias de semiconductor con múltiples formatos, capacidades y tamaños que tienen un propósito general. Se pueden usar tanto como disco duro principal (en ordenadores incrustados como la Raspberry Pi), como almacenamiento secundario en móviles, portátiles, cámaras de fotos, tablets...

Comparación de tamaños de tarjetas de memoria: Compact Flash, SD y microSD

Aquí algunos ejemplos:

Lápiz de memoria.
Tarjetas de memoria: SD, xD Card, Compact Flash, MemoryStick...
Carcasas para discos duros portátiles: de 2,5 pulgadas o 3,5 pulgadas; y con diferentes conectividades: WiFi, Ethernet, USB, eSATA...

Puertos de entrada y salida. (E/S)

Son entradas y salidas de datos que permiten la conexión directa con el ordenador. Tanto para la transmisión de datos como para conectar dispositivos externos. Se consideran puertos de entrada/salida todos los conectores que existen en la torre del ordenador, sean analógicos o digitales. Ejemplos de puertos de E/S:

Puerto USB
Puerto serie
Puerto paralelo
Puerto VGA
Puerto ethernet
Puerto HDMI
Puerto DVI
...

Periféricos

Son elementos externos del ordenador (fuera de la torre) que nos permiten interactuar con él. Podemos introducir datos o visualizarlos, o ambas cosas a la vez. Ejemplos de periféricos son:

Teclado
Pantalla
Ratón
Escáner
Impresora
Altavoces
Micrófono
...

Parte lógica del ordenador o software

En un sistema informático, el software es la parte intangible del ordenador, esto es, que no es una parte física como el hardware. El software es un conjunto de instruciones y datos (1's y 0's) que utiliza el ordenador para funcionar. El software lo crean los programadores mediante unos conjuntos de reglas, órdenes y funciones, que se denominan lenguajes de programación; y que permiten crear procedimientos que serán ejecutados por el ordenador. Existen gran cantidad de lenguajes de programación diferentes, creados con diferentes propósitos y con ellos se puede programar y se programa cualquier tipo de sistema operativo, programa, driver, aplicación o base de datos.

Sistema operativo.

Un sistema operativo (S.O., SO ò frecuentemente OS, del inglés Operating System) es un programa informático o conjunto de programas que, en un sistema informático, gestionan los recursos de hardware y proveen servicios a los programas de aplicación, ejecutándose en un modo privilegiado respecto de los restantes. Los programas se crean para un Sistema Operativo en concreto, ya que es el sistema operativo el que sabe cómo se ha de interactuar con el hardware. Podemos decir que un Sistema Operativo se encuentra entre el Hardware y el Software de usuario, aunque es en sí mismo parte Software. Actúa como intermediario para crear una capa de abstracción sobre la que las aplicaciones de usuario trabajan independientemente del hardware que tengan debajo. Ejemplos de Sistemas Operativos son:

Microsoft Windows.
Mac OS X.
GNU/Linux.
Solaris.
FreeBSD.
OpenBSD.
Google Chrome OS.
Android.
Symbian.
Debian.
Ubuntu.
Fedora.

Driver o controlador de un dispositivo.

Esquema lógico de funcionamiento de un controlador dentro de un Sistema Operativo.

Un controlador es un programa informático que permite al sistema operativo interactuar con una parte específica del hardware. De esta manera se crea una abstracción entre el Hardware y el sistema operativo.

Son reglas que añadidas al sistema operativo, le permiten a éste actuar con el Hardware al que pertenecen, se consideran parte del sistema operativo, ya que se integran en él y han sido diseñados específicamente para él. Sin los drivers el Sistema Operativo no podría usar el hardware, por lo que los programas y aplicaciones de usuario no podrían interactuar con ese hardware.

Programa o aplicación

Un programa informático es un conjunto de instrucciones que una vez ejecutadas realizarán una o varias tareas en una computadora. Sin programas, estas máquinas no pueden funcionar. Al conjunto general de programas, se le denomina software, que más genéricamente se refiere al equipamiento lógico o soporte lógico de un ordenador digital. Ejemplos de programas son:

Microsoft Word.
Libreoffice.
AutoCAD.
SolidWorks.
Facebook.
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