HARDWARE DE UN ORDENADOR PERSONAL

HARDWARE DE UN ORDENADOR PERSONAL
1 Introducción
Los términos “datos” e “información” suelen utilizarse como sinónimos, pero en realidad si
los datos no se procesan (ordenan, operan, clasifican, etc.) estos no constituyen
información.
Dato es la unidad mínima de información que, una vez elaborada y procesada, genera la
información.
Estos apuntes pretenden dar una visión general de la parte física del ordenador personal.
2.1 Un poco de historia: Generaciones de ordenadores
- Primera generación (1946-1954): Corresponde a los
ordenadores electrónicos constituidos por válvulas de vacío. Eran muy
voluminosos, sujetos a múltiples averías y con un alto consumo
energético. En un principio estaban orientados a ser utilizados en
el cálculo científico, aunque muy pronto se ofrecieron para
operaciones de gestión. El Eniac es un ejemplo de ordenador de
esta generación, ocupando una superficie de 140 m2 y un peso de 30 T.
- Segunda generación (1955-1964): Surge con la utilización de transistores
montados sobre circuitos impresos, sustituyendo a las válvulas de vacío. El
volumen, el costo y la fiabilidad mejoraron considerablemente.
- Tercera generación (1965-1970): Al perfeccionarse las
tecnologías de semiconductores condujo a la obtención de
componentes que incluían múltiples transistores, resistores y diodos.
Estos componentes, llamados circuitos integrados fueron utilizados
en los ordenadores dando lugar a esta generación. La mayor novedad
fueron los chips, que remplazaron a los circuitos de transistores, reduciéndose así el coste
y el tamaño físico. Un chips es un pequeño componente, fabricado con una fina capa de
silicio y que contiene diminutos circuitos electrónicos.
- Cuarta generación (1971-1981): Se puede situar en la aparición de los
circuitos con integración a gran escala. En 1971 la firma Intel consiguió
integrar en un solo bloque la mayor parte de una Unidad Central de
Proceso, fabricando un componente (el 4004) al que se empezó a llamar
microprocesador.
Quinta generación (a partir de 1982): Se desarrollaron así los PC, basados en el sistema
operativo MS-DOS. Aparecieron multitud de ordenadores clónicos, es decir, construidos
con piezas diseñadas por distintas casas comerciales. Se desarrollan nuevos modelos cada
vez más potentes y rápidos, apareciendo las redes que permiten conectar unos ordenadores
a otros. Aparecen los sistemas operativos de Windows y Linux, se comercializan los
portátiles y se trabaja en el campo de la multimedia.
Una de las características de esta quinta generación es su “inteligencia”. Se buscan nuevos
sistemas de comunicación entre el usuario y el ordenador y se investiga en el campo de
nuevos materiales para la fabricación de materiales.
2.2 Un poco (más) de historia: evolución de los ordenadores personales
La evolución de los ordenadores personales se puede resumir en los siguientes hitos o
referencias:
- En 1977 surge el Apple II, primer ordenador personal con prestaciones adecuadas y éxito
en el mercado.
- En 1979 aparece la primera aplicación ofimática para los ordenadores personales: la hoja
de cálculo Visicalc para Apple II.
- Es a partir de 1982, fecha de lanzamiento del PC (Personal Computer) de IBM y del
sistema operativo DOS (Disk Operating System) y la posterior adopción de sus
componentes más esenciales por otros fabricantes, cuando los ordenadores personales
adquieren las dimensiones de productos de venta y utilización masiva.
- En 1982 se comercializa la primera hoja de cálculo para los ordenadores personales IBM o
compatibles, denominada Lotus 1-2-3.
- En 1984 aparece el ordenador personal Macintosh, diferente en concepción y arquitectura
al ordenador personal IBM y compatibles.
- En 1990 se comercializa el sistema operativo Windows versión 3.0, primer entorno
operativo con éxito comercial que incorpora interfaz gráfico de usuario (todos aquellos
canales por los cuales se permite la comunicación entre el ser humano y la computadora) y
capacidades de multitarea, aunque limitada, para ordenadores personales IBM o
compatibles.
- En 1993 aparece el sistema operativo Windows NT para ordenadores personales IBM o
compatibles, que ofrece servicios avanzados tales como conectividad a redes.
- En 1995 se produce el lanzamiento de Windows 95, sucesor de Windows 3, que constituye
un auténtico sistema operativo, a la vez que sus grandes posibilidades gráficas, multimedia
y de conexión de componentes lo convierten en el sistema operativo más utilizado. En 1998
se lanza Windows 98, actualización de Windows 95, que mejora a éste en una mayor
robustez y mayor velocidad de ejecución de aplicaciones. También aparece Windows NT4.0,
que Microsoft en el campo de los sistemas operativos para servidores y estaciones de
trabajo.
-
En el año 2000 aparecen Windows Millenium, sucesor de Windows 98, y Windows
2000 sucesor de Windows NT.
Entrada
- Recogida de datos
- Depuración de datos
- Almacenamiento de datos
2.3 Tratamiento de la información: Proceso
- Aritmético
- Lógico
- Recogida de resultados
Salida
- Distribución de resultados
2.4 Hardware y software
Un ordenador está constituido por un conjunto de circuitos y elementos físicos. A esta
parte se le denomina con el nombre ingles de hardware. El hardware de un ordenador es
totalmente inútil sin la existencia de lo que aporta “inteligencia” a la máquina, y a ello se le
llamo software.
3 Estructura básica de un ordenador
Un ordenador está formado por un conjunto de subsistemas o componentes con funciones
específicas dentro del funcionamiento global del mismo. Siguiendo la arquitectura diseñada
por Von Neumann a principios del siglo XX, un ordenador consta de tres subsistemas
fundamentales:
Unidad
Proceso
Central
de
Es el subsistema encargado
de extraer secuencialmente
de
la
memoria
las
instrucciones, analizarlas y
ejecutarlas,
además
de
coordinar
todos
los
subsistemas del ordenador.
- Memoria
Se encarga de almacenar las instrucciones que constituyen el programa y, eventualmente,
los datos y los resultados.
- Subsistemas de Entrada/Salida
Permiten la comunicación del ordenador con el exterior.
Los tres subsistemas se comunican entre sí a través del denominado bus, que es el medio
físico empleado para transmitir la información entre ellos.
El conjunto de programas que gestionan, controlan y optimizan la explotación de dichos
subsistemas reciben el nombre de sistema operativo.
Los componentes mencionados anteriormente son subsistemas comunes a cualquier
ordenador, ya sea personal, central, estación de trabajo, etc. Los ordenadores personales
se diferencian del resto por sus menores prestaciones, su gran versatilidad (facilidad para
el cambio) y flexibilidad, su facilidad de manejo y por su mayor interacción con el usuario.
Además de los sistemas operativos, existe un segundo conjunto de programas, denominado
equipo lógico de usuario, que proporcionan las distintas funcionalidades a las cuales puede
ser destinado un ordenador personal. El equipo lógico de usuario se clasifica según su
ámbito de utilización en:
- Ofimática, en la cual se incluyen los procesadores de textos, las hojas de cálculo, los
paquetes gráficos y de presentaciones, las bases de datos ofimáticas y los paquetes de
autoedición.
- Multimedia.
- Diseño asistido por ordenador (CAD).
- Desarrollo profesional de aplicaciones.
- Aplicaciones de cálculo científico y de ingeniería.
- Aplicaciones especiales (inteligencia artificial, control de procesos, gestión de redes,
etc.).
- Servidores dedicados a funcionalidades específicas tales como servidor de
comunicaciones, servidor de fax, etc.
Como se ha dicho anteriormente, los ordenadores personales están constituidos,
mínimamente, por los siguientes dispositivos:
-Unidad Central de Proceso (UCP)
-Unidad de Memoria
-Unidad de Entrada/Salida
y todos ellos se comunican entre si por medio de buses y ejecutan sus funciones
específicas sincronizados
por un reloj.
3.1 Unidad Central de Proceso
Es el componente encargado de llevar a cabo el proceso de la información y regular la
actividad de todo el sistema del ordenador. Está formada por una unidad de control que
lee, interpreta y realiza las instrucciones del programa en ejecución, una unidad
aritmético-lógica que ejecuta las operaciones lógicas y aritméticas, y una zona de
registros o zonas de almacenamiento donde se guardan los datos que se están
procesando. La unidad central de proceso suele denominarse con las siglas CPU (Central
Process Unit) o UCP (Unidad Central de Proceso), procesador o microprocesador.
Unidad de
control
Unidad Aritmética
y lógica
Memoria central o
principal
Periféricos de salida
Periféricos de entrada
Las unidades centrales de proceso se caracterizan principalmente por la tecnología
empleada, la longitud de la palabra de datos en bits, la utilización de coprocesadores y por
la frecuencia de reloj en MHz.
UNIDAD CENTRAL DE PROCESO
3.1.1 Unidad Aritmético-Lógica (UAL)
La unidad aritmética y lógica, llamada también unidad de cálculo, es la encargada de
efectuar el conjunto de operaciones con las que está dotado el ordenador. Se compone de
registros y de un conjunto de circuitos lógicos responsables de realizar las operaciones
lógicas (comparaciones)
y aritméticas (sumas, restas, multiplicaciones, divisiones)
prefijadas desde la etapa de diseño del ordenador. Se comunica con los demás elementos a
través de los bus. Recibe los datos con los que se opera desde la unidad de control y, tras
realizar la operación, devolverá los resultados a la memoria central.
3.1.2 Unidad de Control (UC)
La unidad de control es la encargada de gobernar el funcionamiento del ordenador. Esta
tiene como responsabilidad recibir e interpretar cada instrucción a ejecutar por el
ordenador, para posteriormente transformarla en una serie de microinstrucciones a muy
bajo nivel, particulares para cada arquitectura de ordenador.
Desde esta unidad se efectúa el control de todos los demás elementos. Consta de varios
componentes, como el reloj, y proporciona una serie de impulsos eléctricos o intervalos
constantes medidos en megahercios (MHZ). Un hercio es una unidad de frecuencia (nº de
veces que se repite por segundo cualquier fenómeno). Cada unidad equivale a un ciclo por
segundo. Por ejemplo 500 hertz equivale a 500 ciclos por segundo. La frecuencia de reloj
determina la velocidad en la transferencia de un dato entre dos dispositivos conectados al
mismo bus
3.1.3. Unidad de memoria
Denominada también memoria principal o memoria interna, es la encargada del
almacenamiento de los programas y datos necesarios para el funcionamiento del sistema.
3.2 Bus
Entre los componentes básicos que definen la estructura de un ordenador hay que incluir el
bus. Constituye el medio físico a través del cual se comunican entre sí todos los
componentes de un ordenador. Su capacidad y rendimiento deben estar en correspondencia
con la demanda de servicio que realizan los componentes a él conectados, tales como la
unidad central de proceso, la memoria, etc.
Podemos decir que son un conjunto de líneas paralelas de conductores eléctricos que
interconectan los distintos elementos de un ordenador. En atención a la información que
llevan los bits que circulan por sus líneas, los buses pueden ser de estos tipos:
•
•
•
Bus de direcciones.- Son empleados por la unidad de control para indicar a la
memoria temporal la dirección de que va a emplear.
Bus de datos.- Los bits que circulan por las líneas constituyen los datos con lo que
trabaja el ordenador. Estos buses pueden tener distintos anchos (8, 16, 32, 64
bits) Se emplean para la transmisión de datos entre el procesador y la memoria, o
entre el procesador y los periféricos.
Bus de control.- Se encargan de transportar señales de control que informan sobre
la conexión de los periféricos, el estado de los puertos, etc.
Se distinguen entre bus internos (cuando hablamos de un procesador que es de 32 bits,
significa que su bus de datos interno es de 32 bits) y bus externos que son empleados para
conectar elementos de hardware distintos y separados.
Coprocesador
La arquitectura de un PC también puede contar con coprocesadores. Estos son
microprocesadores especializados en la ejecución de determinados cálculos, que descargan
de estas funciones a la unidad central de proceso. Su necesidad depende de la complejidad
de las aplicaciones que van a ser ejecutadas.
3.3 Sistema de memoria
La finalidad de la memoria es recibir información (Datos y Programas) almacenarla y
después suministrarla. La capacidad total de memoria es un dato esencial para calibrar la
potencia de un ordenador.
La capacidad de memoria suele expresarse en kilobytes (Kb), megabytes (Mb), gigabytes
(Gb).
Clasificación
Se pueden elegir muchos criterios de clasificación de los tipos de memoria, uno de ellos es
por la posibilidad de escritura o la volatilidad en ella:
-
De acceso directo (o aleatorio): Este tipo de memoria es conocida
como RAM (Random Access Memory). Se caracteriza por poder leer
y escribir en ella y su volatilidad. La memoria principal del ordenador
es de este tipo.
Nos permite acceder en todo momento a cualquiera de sus datos, haciendo posible
tanto su lectura como escritura.
En un ordenador, la memoria está formada en casi su totalidad por memoria RAM.
Representa una medida de almacenamiento temporal en la que se carga, en primer lugar,
el sistema operativo y, a continuación, el resto de programas. La ventaja de esta es su
rapidez a la hora de acceder a la información y transferirla, pero el inconveniente es su
volatilidad.
Nos podemos encontrar módulos de memoria de , 128, 256,512 Mb ….
Podemos distinguir varios tipos básicos de memoria RAM:
* DRAM. Cada bit debe ser reescrito cientos de veces por segundo para que no se
pierda.
* SRAM. Tiene la característica de que es más rápida que la DRAM puesto que no
necesita ser refrescada o reescrita con tanta frecuencia. Tiene el inconveniente de ser
más cara.
* SDRAM. Es un tipo de memoria más eficiente ya que recibe y emite información
sincronizada a un reloj externo, lo que permite que sea una memoria extremadamente
más rápida.
- ROM (Read Only Memory), que viene grabada en el proceso de
fabricación y no es posible reescribir sobre ella. En ella están
almacenados los datos de configuración del sistema; son
pequeños programas, denominados Bios que contienen la
información necesaria para el arranque del ordenador. Se trata de una memoria que no es
volátil.
Dentro de ellas, se pueden distinguir:
o PROM configuradas en el momento de su fabricación, una vez configuradas no pueden
ser borradas.
o EPROM (Erasable Programmable ROM). Este tipo de memorias se pueden borrar
(sometiéndolas a una exposición de rayos ultravioleta) y posteriormente pueden ser
programadas.
o EAROM (Electrically Programmable ROM). Son memorias EPROM borrables
eléctricamente sin necesidad de recurrir a una extracción de su zócalo para ser sometida a
la acción de los rayos ultravioleta. Un ejemplo de ellas es la BIOS.
Memoria Principal
La memoria principal es la unidad del ordenador en donde se almacenan los datos y las
instrucciones de los programas en ejecución, que recupera y graba en ella la unidad central
de proceso a través de las dos operaciones básicas definidas sobre ella, una de lectura y la
otra de escritura. Para su comunicación se conectan directamente al mismo bus ambas
unidades, la UCP y la memoria.
La memoria principal puede ser central o expandida. Cuando algún programa en ejecución
necesita más memoria, envía una parte de la memoria central a memoria expandida o a
disco. Preferentemente lo hará sobre memoria expandida, dependiendo de si tiene
suficiente cantidad libre, puesto que en el caso de que se necesite recuperar de nuevo una
información, el tiempo de recuperación será mucho más rápido si se encuentra en memoria
expandida que si se encuentra sobre memoria auxiliar (disco).
En la siguiente figura podemos ver los diferentes tipos de memoria organizados en orden
jerárquico de tiempo de acceso. Vemos que cuanto mayor es su velocidad de transferencia
(con la CPU) menor es su
capacidad de almacenamiento y
viceversa. El objetivo de esta
organización es adecuar la
velocidad de la unidad central de
proceso a la velocidad de
transferencia de la memoria al
menor coste posible.
Antememoria (memoria caché)
La memoria caché es una
memoria auxiliar de acceso aleatorio (RAM) de baja capacidad y muy rápida, que se añade
entre la memoria principal y la UCP para mejorar el rendimiento del ordenador. En la
memoria caché, el sistema guarda las posiciones de la memoria principal que más
frecuentemente prevé que van a ser usadas, ganando mucha velocidad en el acceso a éstas.
La memoria caché puede ser integrada, si está incluida en el propio
procesador, o externa, si está fuera del procesador. Esta última es
instalable por el usuario.
Configuración de memoria según el DOS
La memoria reside en la tarjeta del sistema principal del PC o en tarjetas de expansión de
memoria. A continuación se describen los tipos de memoria que podría tener un PC:
- Memoria convencional: Hasta los primeros 640 KB de memoria de un equipo.
- Área de memoria superior: Son los 384 KB de memoria que se encuentran a continuación
de los 640 KB de memoria convencional. El área de memoria superior es utilizada por el
hardware del sistema, como por ejemplo el adaptador de vídeo.
- Memoria extendida (XMS): Es la memoria que se encuentra por encima de 1 MB.
- Área de memoria alta (HMA): Son los primeros 64 KB de memoria extendida.
- Memoria expandida (EMS): Es la memoria extra (además de la convencional) que pueden
utilizar algunas aplicaciones basadas en DOS.
Esta estructura de memoria ha desaparecido con el DOS, ya que, Windows tienen un
esquema de memoria plano.
4. Unidades de información.
El bit es la unidad mínima de información, es decir, una cifra binaria (0 ó 1), una posición del
circuito (abierto o cerrado).
Cuando se unen ocho número bits (llamados también octetos) formando un conjunto, éste
recibe el nombre de byte. El byte es la unidad de información más pequeña de la memoria
de trabajo, por ello, todos los registros y las longitudes de las instrucciones que se
manejan deberán ser múltiplos de ella. En informática, cada carácter (letra, número o signo
de puntuación), suele ocupar un byte.
Podríamos establecer las siguientes equivalencias:
*
*
*
*
*
*
*
1 bit puede ser 0 ó 1
8 bits se conoce como byte u octeto
1024 bytes equivale a 1 kilobyte o simplemente Kb
1024 kilobytes equivalen a 1 megabyte (Mb)
1024 megabytes equivale a 1 gigabyte (Gb)
1024 gigabytes equivale a 1 terabyte (Tb)
1024 terabytes equivale a 1 petabyte (Pb)
5. Unidades de almacenamiento
De forma aproximada 1000
Las unidades de almacenamiento son soportes físicos destinados a contener grandes
volúmenes de información. Son reutilizables indefinidamente y permiten dos operaciones
básicas: escritura y lectura.
Las unidades de almacenamiento se
caracterizan fundamentalmente desde el
punto de vista tecnológico por la
velocidad de transferencia en MB/s y
por el tiempo medio de acceso en
milisegundos.
La
unidad
de
almacenamiento tratada en este epígrafe
es el disco duro.
4.1 Estructura física de un disco duro
Un disco duro se compone de muchos elementos; citaremos los más importantes de cara a
entender su funcionamiento.
En primer lugar, la información se almacena en unos finos platos o discos, generalmente de
aluminio, recubiertos por material sensible a alteraciones magnéticas. Estos discos cuyo
número varía según la capacidad de la unidad, se encuentran agrupados uno sobre otro y
atravesados por un eje, y giran continuamente a gran velocidad. Así mismo, cada disco
posee dos diminutos cabezales de
lectura/escritura, uno en cada cara.
Estos
cabezales
se
encuentran
flotando sobre la superficie del disco
sin llegar a tocarlo. Estas cabezas
generan señales eléctricas que alteran
los campos magnéticos del disco,
dando forma a la información
(dependiendo de la dirección hacia
donde estén orientadas las partículas,
valdrán 0 ó 1).
Antes hemos comentado que los discos giran continuamente a gran velocidad; este detalle,
la velocidad de rotación, incide directamente en el rendimiento de la unidad,
concretamente en su tiempo de acceso. Es el parámetro más usado para medir la velocidad
de un disco duro, y lo forman la suma de dos factores: tiempo medio de búsqueda (es él que
tarda el cabezal en desplazarse a una pista determinada) y la latencia (tiempo que emplean
los datos en pasar por el cabezal). La velocidad de rotación de las unidades antiguas era de
3.600 rpm, actualmente esta velocidad es 7.200 rpm e incluso 10.000 rpm.
4.2 Estructura lógica del disco
La superficie del disco se divide en una
serie
de
anillos
concéntricos,
denominadas pistas. Al mismo tiempo,
las pistas son divididas en tramos de una misma longitud, llamados sectores; normalmente
un sector contiene 512 bytes. Otro concepto es el de cilindro, usado para describir las
pistas que tienen el mismo número pero en diferentes discos. Finalmente, los sectores
suelen agruparse en clusters o unidades de asignación. La capacidad de un disco se mide
con estos tres valores: número de sectores por pistas, número de cabezas y número de
cilindros.
4.3 Controladora del disco duro
Es un componente electrónico que gestiona el flujo de datos entre el sistema y el disco,
siendo responsable de factores como el formato en que se almacenan los datos, su tase de
transferencia, velocidad, etc.
Capacidad del disco
La capacidad de almacenamiento del disco duro se mide en GB y el tiempo medio de acceso
es habitual que esté por debajo de los 14 milisegundos.
Otros dispositivos de almacenamiento
Soportes magnéticos:
+ Disquetes.- Denominados también discos flexibles. En sentido secuencial
aparecieron los de 8 pulgadas (unos 20 cm); los de 51/4 (unos 13 cm) que
podían grabar por una o dos caras, con una capacidad de 360 Kb
aproximadamente; los de 31/2 (unos 9 cm) que podían almacenar hasta
1.44 Mb. Todos estos tenían la ventaja de ser portátiles y fáciles de
manejar, pero el inconveniente de su capacidad muy baja.
+ Discos ZIP.- Su formato es similar al de 31/4 pero almacenaba unos
100 Mb.
Soportes ópticos:
+ CD-ROM, DVD.- Al igual que los anteriores son dispositivos de
entrada y salida de datos gracias a la existencia de grabadoras/lectoras.
Estos han aumentado considerablemente su capacidad de almacenamiento,
hablando ya de Mb y Gb. La calidad de una unidad lectora viene
determinada por la velocidad de transferencia de la información. Así una unidad de 32x,
transferirá la información a una velocidad de 4.800 Kb por segundo.
+ Pen Drive.- Es un dispositivo que mejora el tamaño y la capacidad de
almacenamiento.
5. Periféricos
Los periféricos son elementos físicos externos al ordenador que permiten la comunicación
entre la unidad central de proceso y el exterior. Por el sentido de la comunicación, desde el
punto de vista de la unidad central de proceso, se dividen en tres grupos:
5.1. De entrada
Son aquellos por los cuales se introduce la información al ordenador. Son periféricos de
entrada:
- Teclado.
- Ratón.
- Tableta digitalizadora.
- Escáner
- Lápiz óptico.
5. 1.1 Teclado
Es el dispositivo físico de entrada por el que se introducen datos en el sistema de manera
interactiva. La circuitería del teclado es la responsable de que cuando se pulsa un
determinado carácter, el terminal lo envíe al ordenador, bien agrupándolo en paquetes o
transmitiéndolo individualmente.
El tipo estándar de teclado es el denominado QWERTY,
llamado así por la disposición de las primeras teclas asociadas
a letras situadas en la parte superior izquierda del teclado.
La disposición de teclas en este tipo de teclado no es óptima
ya que fue diseñado en el siglo pasado para dar respuesta a
los requisitos técnicos de las máquinas de escribir de la
época. Hoy día se podría buscar una disposición más
optimizada pero el teclado QWERTY ha quedado ya como un
estándar.
El teclado más usual es el extendido, que consta de 101/102 teclas, incluyendo las teclas de
funciones. Las teclas de función son programables y su pulsación desencadena una serie de
acciones que han sido programadas previamente.
La tecnología de fabricación de los teclados está basada en una matriz de interruptores.
Estos interruptores pueden ser mecánicos (teclados mecánicos) o electrónicos (teclados de
membrana). Cuando se pulsa una tecla, se cierra un circuito eléctrico y se manda una señal
digital al ordenador. Cada tecla y ciertas combinaciones de dos o más teclas generan una
única señal digital.
5.1.2 Ratón
Es un simple dispositivo manual situado sobre una superficie plana, que transforma el
movimiento de la mano en movimiento del cursor en la pantalla.
Según se realice esa transformación se pueden distinguir los
siguientes tipos de ratones:
Mecánicos: Por medio de una bola giratoria alojada en el
interior del ratón, que al desplazarse sobre la superficie
plana provoca el giro de dos cilindros perpendiculares entre sí, al estar éstos en
contacto con la bola. Los cilindros dirigen codificadores electromecánicos que
envían señales eléctricas al ordenador, traducidas por software en movimiento del
cursor.
-
- Ópticos: Poseen unos fotosensores que detectan el movimiento de aquellos sobre una
superficie especial de tamaño limitado, formado por una rejilla reflectante.
5.1.3 Tabletas digitalizadoras
Son dispositivos que generan las coordenadas de un puntero móvil en
el plano o en el espacio (modelos tridimensionales). El puntero puede
ser un lápiz o un cursor móvil, que el usuario desplaza siguiendo un
dibujo u objeto.
5.1.4 Escáner
El escáner es un dispositivo que cada vez goza de mayor popularidad y aceptación entre
todos los usuarios, y no sólo entre los profesionales de la imagen. Ya que se utiliza no sólo
para el retoque fotográfico, sino que también es usado para la digitalización de páginas de
texto para su tratamiento OCR (reconocimiento de caracteres ópticos), o para el
escaneado de documentos para su gestión en soporte magnético.
El principio de
funcionamiento de un escáner es la digitalización, es decir, la conversión de una información
analógica a datos comprensibles por el ordenador. Para ello, se sirve de una serie de
componentes internos que posibilitan este objetivo. Una fuente de luz va iluminando, línea
por línea, la imagen o documento, y la luz reflejada en la imagen es recogida por los
elementos que componen el CCD (Charged-Couple Device), dispositivo que convierte la luz
recibida en información analógica. Por último, un DAC (Digital- Analog Converter) convierte
los datos analógicos en valores digitales.
Resolución. Cuando sea habla de una resolución óptica de
600 ppp (puntos por pulgada), estamos indicando que su
dispositivo CCD posee 600 elementos. Cuanto mayor sea la
resolución, más calidad tendrá el resultado; en la
actualidad, lo mínimo son 300 ppp, aunque 600 ppp es una
resolución más conveniente si vamos a digitalizar
fotografías. No obstante, la mayoría de los escáneres
pueden alcanzar mayor resolución, mediante la interpolación; se trata de un algoritmo por el
cual el escáner calcula el valor situado entre dos píxeles digitalizados, a partir del valor de
estos. Por ello, hay que saber diferenciar entre la resolución óptica y la interpolada.
Método de conexión al ordenador. Cada escáner puede tener diferentes formas de
conectarse al ordenador, cada una tiene sus ventajas e inconvenientes:
-
Puerto paralelo. Nos evita tener que abrir el ordenador, pero es notoriamente más
lenta que el resto de las soluciones.
-
Puerto USB. Permite una conexión rápida y sin necesidad de reiniciar el ordenador.
Tipos de escáner
1. De mano. Son los más baratos, puesto que elimina el mecanismo de
tracción, ya que es el usuario quien mueve el escáner sobre la imagen o
documento. La ventaja económica y de ahorro de espacio tiene su
contrapartida en la poca fiabilidad del proceso, ya que dependerá de la
habilidad y del pulso del usuario.
2. De sobremesa. Son los más caros, es la alternativa más profesional y de
calidad. A modo de pequeñas fotocopiadoras, el documento o imagen se coloca
sobre un cristal bajo el cual la lente luminosa se desplaza, digitalizando el
documento.
5.1.5 Lápiz óptico
El lápiz óptico permite marcar un punto en la pantalla de un monitor. Este
dispositivo consta, en esencia, de una fotocélula y un pulsador. El usuario
posiciona el lápiz sobre el punto deseado de la pantalla y acciona el
pulsador. La célula fotoeléctrica detecta el paso del haz de electrones al
efectuar el barrido sobre la pantalla, generando una señal eléctrica. Esta señal permite
detectar la posición de la pantalla sobre la que se encuentra el lápiz. Así, mediante
software adecuado, el lápiz óptico sirve para dibujar sobre la pantalla, o para seleccionar
las funciones de un menú presentado en ella.
5.2 Periféricos de salida
Son los utilizados para visualizar y/o representar la información del ordenador. Los más
utilizados son:
- Sistema de vídeo
- Impresora
- Plotter
5.2.1 Sistema de vídeo
El sistema de vídeo permite la presentación de información al usuario, tanto alfanumérica
como gráfica. A grandes rasgos consta de un controlador, adaptador o tarjeta de vídeo y
un monitor.
5.2.1.1 Monitor
Tanto el teclado como el ratón del ordenador nos permiten introducir datos o información
en el sistema. De poco nos sirven si no tenemos algún dispositivo con el que comprobar que
esa información que estamos suministrando es correcta. A lo largo de la historia de los
ordenadores personales han ido apareciendo estándares con mayores funcionalidades,
especialmente en cuanto al nivel de resolución y número de colores disponibles.
La resolución viene indicada por el número total de píxeles en el
monitor, en la forma: resolución horizontal x resolución vertical
.Los niveles de resolución más extendidos son: 640x480 puntos
(VGA,Video Graphics Array), 800x600 puntos (SVGA, Super
Video Graphics Array), de 1024x768 puntos y de 1280x1024
puntos. También puede venir dada en la unidad dpi (dots per
inch), o puntos por pulgada (ppp).
Tecnologías en la fabricación de monitores:
1) Tubo de Rayos Catódicos
Fue la primera tecnología en aparecer en el mercado y aún hoy día se utilizan.
Funcionamiento
Funcionan de forma muy similar a los televisores, aplicando una técnica que se conoce como
exploración: la pantalla se dibuja constantemente por un haz de electrones móvil, o tres
haces (rojo, verde y azul), según sea la pantalla monocroma o en color. Este haz (o haces)
de electrones realizan un barrido horizontal (el haz de electrones se desplaza con un
movimiento horizontal de izquierda a derecha), y un barrido vertical (el haz de electrones
se desplaza con un movimiento vertical de la línea superior a la inferior). La frecuencia de
barrido horizontal es del orden de Kilohertzios (KHz) y la frecuencia de barrido vertical es
del orden de decenas de Hertzios (Hz). La frecuencia de barrido vertical nos indica la
frecuencia de refresco de un
determinado monitor (mínimo 70 Hz.). El haz de electrones posteriormente impacta sobre
las capas de fósforo de la pantalla, produciendo el brillo que percibe el ojo humano.
En ocasiones se divide la pantalla en líneas pares e impares; en un barrido se refrescan las
pares y en el siguiente las impares (Modo entrelazado). Este método tiene el problema de
producir parpadeo en el monitor, debido a que el tiempo de refresco no es
lo
suficientemente pequeño como para mantener el fósforo activo entre las dos pasadas.
2) LCD (Liquid Crystal Display, Pantalla de Cristal Líquido)
Estos visualizadores constan de una serie de pequeños elementos cuya
agrupación delimita caracteres, números o signos especiales. Los
elementos están compuestos por un líquido especial que adopta
transparencia u opacidad en función de que pase o no pase por él un
campo eléctrico. En general, en estos sistemas, los caracteres y
números se forman a partir de 7 elementos dispuestos en forma de dos
cuadrados situados uno encima de otro y con el elemento central común
para los dos cuadrados.
Las pantallas LCD tienen la ventaja de ser prácticamente planas, lo cual las hace idóneas
para equipos portátiles, y prácticamente no emiten radiaciones, aunque como desventajas
están que su coste es mayor que el de las pantallas CRT.
5.2.1.2 Memoria de vídeo
Cuando el ordenador envía información a la pantalla para su
visualización, lo que hace en primer lugar es enviar un mapa de bits,
que contiene la información a visualizar, a una memoria alojada en el
terminal.
En esa memoria sólo se escribe cuando es
necesario cambiar la información que se está
mostrando. La circuitería electrónica del terminal lee periódicamente la
memoria y dibuja una nueva imagen en la pantalla para reflejar lo que está
grabado en la memoria. Es decir, en cuanto se modifica el contenido de la
memoria la información aparece en pantalla casi instantáneamente.
Podemos definir el píxel como punto luminoso que mide la resolución del monitor. Así la
resolución de 1024x768 significa 768 líneas y 1024 puntos por línea.
El tamaño de la pantalla se mide por pulgadas. Un pulgada representa
aproximadamente 2,5 cm y se mide la diagonal del monitor
5.2.1.3 Controlador de vídeo
Consistente en la circuitería necesaria para leer el contenido de la memoria, y a
partir de esta información dar las órdenes especiales necesarias para regular la
visualización por medio de la pantalla. Es decir, traduce la corriente de bits que
recibe de la memoria en señales para el haz de electrones. La tarjeta debe ser
compatible y nos define que clase de información podemos mostrar. Estas van
provistas de una memoria de 128, 256, 512 Mb, etc.
5.2.2 Impresoras
Cuando se realiza un trabajo en un ordenador, muchas veces surge la necesidad de plasmar
los resultados en papel, esa labor la llevan a cabo las impresoras.
Dentro de la amplia variedad de impresoras existentes en la actualidad se distinguen dos
grupos principales: Impresoras de impacto e impresoras sin impacto.
La velocidad se mide en caracteres por segundo en las impresoras de impacto, mientras que
en las de sin impacto se mide por páginas por minuto.
La resolución se mide en número de puntos por pulgada. Ej. Una resolución de 1440x720
ppp significa que cada línea horizontal de una pulgada de largo contiene 1440 puntos,
mientras que en vertical contiene 720 puntos.
Sobre la memoria o buffer de la impresora hay que decir que es necesaria porque la
velocidad de transmisión entre la impresora y el ordenador es diferente. La velocidad de la
impresora es menor, debiendo de guardar temporalmente datos.
Normalmente el cable de conexión que utiliza puede ser el puerto paralelo, llamado Lpt1,
llevando al menos 25 cables y el puerto USB que conecta la impresora sin necesidad de
apagar el ordenador, siendo más rápido que el paralelo.
5.2.2.1 Impresoras de impacto
Estas impresoras se basan en la utilización de algún sistema mecánico de manera que los
diversos caracteres se forman al golpear una cinta entintada contra el papel. Para el
movimiento del papel se utilizan fundamentalmente dos métodos: por fricción o por
tracción.
Si es por fricción, un rodillo giratorio aprisiona el papel, que bien puede estar en formato
de rollo, plegado en páginas o como hojas sueltas, y lo hace avanzar delante del sistema que
lo imprime.
Con el sistema de tracción, el papel utilizado debe presentar formato de rollo o de páginas
plegadas continuas, con unas perforaciones en los laterales que engranan en los salientes
que poseen unas ruedas en los extremos del rodillo giratorio y arrastran el papel.
5.2.2.1.1 Impresoras matriciales o de agujas
Este sistema de impresión está compuesto de un cabezal de agujas, de forma que al golpear
una combinación de ellas en una formación matricial, se conforman los diferentes
caracteres, que son impresos en el papel al impactar las agujas sobre una cinta entintada.
Al mismo tiempo el cabezal de agujas de impresión se desplaza en línea delante del rodillo
que arrastra el papel y a la altura de cada carácter se golpean las agujas correspondientes.
Además de caracteres también es posible imprimir gráficos, gracias a las posibilidades de
combinación de las agujas de la matriz.
Para mejorar la calidad de impresión que se obtiene con estas impresoras existen dos
opciones: aumentar el número de agujas de la matriz o realizar dos veces la misma
impresión (dos pasadas); en la segunda pasada el cabezal de impresión se encuentra
ligeramente desplazado en la dirección vertical respecto de la primera, para que se
intercalen los puntos con los de la primera pasada.
Entre los principales modelos de impresora matriciales de
caracteres están las de 9, 18 y 24 agujas.
Con las impresoras de 9 agujas dispuestas en una única fila no se
consigue alcanzar ni tan siquiera el grado de calidad de carta. Para
mejorarlo, en algunos modelos se realizan dos pasadas. Incluso es posible realizar más de
dos pasadas. Su aplicación se centra en la impresión de trabajos internos con calidad de
borrador en entornos de oficina y domésticos.
Las impresoras de 18 agujas tienen un cabezal con dos filas de nueve agujas cada una. Su
aplicación es para grandes volúmenes de impresión con una calidad aceptable, en entornos
típicos de oficina.
Las impresoras de 24 agujas poseen un cabezal con tres filas de ocho agujas cada una o un
cabezal con dos filas de doce agujas cada una. Esta es la configuración que puede ofrecer
un mayor nivel de calidad dentro de la gama de impresoras matriciales. Sus aplicaciones son
las mismas que las de las impresoras de 18 agujas, pero para trabajos que requieren un nivel
de calidad superior al que se puede tener con dichas impresoras.
Las velocidades de impresión que se consiguen con las impresoras matriciales, varían desde
30 cps (caracteres por segundo) hasta 900 cps y más. Son las impresoras más económicas
del mercado.
5.2.2.1.2 Impresoras de margarita
En estas impresoras el sistema de impacto consiste de una serie de varillas,
una por carácter, alrededor de un disco que puede girar hasta que el
carácter deseado se encuentra frente al papel, en cuyo momento, un
martillo golpea la varilla correspondiente e imprime el carácter sobre el
papel a través de una cinta entintada. Este tipo de impresora está en
desuso.
5.2.2.1.3 Impresoras de tambor
Estas impresoras cuentan con un cilindro o tambor dividido en tantos
sectores como caracteres caben en una línea. Cuando la letra deseada
correspondiente a cada sector se encuentra frente al papel, el martillo
correspondiente se encarga de golpearlo, imprimiéndose una línea completa.
5.2.2.2 Impresoras sin impacto
Las impresoras sin impacto son, en general, más silenciosas, rápidas y ofrecen mayor
calidad en su impresión que las impresoras de impacto de caracteres. Para la transferencia
de los caracteres deseados al papel se hace uso de técnicas fotográficas, electrónicas, de
inyección de tinta, etc. Que provocan la impresión de los caracteres y gráficos
directamente sobre el papel.
5.2.2.2.1 Impresoras térmicas
Las impresoras térmicas poseen un cabezal de agujas, combinando las cuales se configuran
los diferentes caracteres. El papel sobre el que se imprime tiene un tratamiento especial
de forma que al calentarse por la aproximación de las agujas, utilizando una determinada
configuración de éstas, se oscurece o colorea, dejando impreso el carácter.
Su tecnología es muy similar a la de las matriciales de impacto, salvo por la
ausencia de éste, de la cinta entintada y por el calentamiento adecuado de
las agujas. Las desventajas de esta tecnología son el precio del papel que
tiene que recibir un tratamiento especial y la degradación que sufre el
trabajo que se ha impreso sobre estos soportes. Esta última circunstancia obliga a que una
vez se tenga el trabajo impreso sobre el papel, se convierta a otro formato, si se quiere
conservar por un largo
período de tiempo.
5.2.2.2.2 Impresoras láser
Las impresoras láser utilizan el haz de un láser para inducir cargas eléctricas sobre un
tambor que está girando a velocidad constante, y estas cargas atraen las partículas del
tóner con una carga opuesta, para conformar los caracteres y las figuras. La carga negativa
de las partículas del tóner, hace que éstas permanezcan sobre el papel, y más tarde se
funden en el mismo a través de un proceso de calentamiento y presión. Con la utilización de
un espejo y un deflector se enfoca el haz del rayo láser en las posiciones exactas de una
página para conseguir imprimir caracteres o gráficos de muy buena calidad y una variedad
casi ilimitada.
Dado el proceso que se sigue para la impresión con estos dispositivos, su resolución
depende principalmente del tamaño de las partículas del tóner y de la precisión del
mecanismo de enfoque. Con estas impresoras todos los datos relativos a una página son
almacenados en memoria para su impresión en bloque.
Estas impresoras son el modelo de impresión más rápido, varias
veces más rápidas que las impresoras de caracteres matriciales:
entre unas pocas páginas por minuto y 200 ppm (páginas por
minuto).Sus inconvenientes son:
- El precio, superior al de las impresoras matriciales, aunque en la actualidad, la posibilidad
de que puedan ser compartidas por varios equipos de la misma red, las convierten en el
periférico de impresión preferido por muchas organizaciones.
- La necesidad de prestarle un servicio de mantenimiento técnico (limpieza, atenciones
preventivas, etc.), especialmente cuando se trata de impresoras de gran capacidad.
- El coste de la sustitución de los fungibles; el precio de un cartucho de tóner es varias
veces superior al que tiene una cinta para una impresora matricial.
5.2.2.2.3 Impresoras de inyección de tinta
Las impresoras de inyección de tinta forman los puntos que
componen los caracteres y gráficos al pulverizar pequeñas gotas de
tinta desde unas pequeñas toberas. Para conseguirlo, unos
elementos calientes vaporizan la tinta, formando unas burbujas de
gas que empujan a las gotas de tinta a salir de las toberas.
Estas impresoras se utilizan habitualmente en los entornos de usuarios de ordenadores
personales, en donde se consiguen trabajos de alta calidad, bajo coste, con soporte para
mayor número de fuentes y con capacidades para la impresión de trabajos en color. Sus
inconvenientes son el coste de los recambios (cartuchos de tinta) y la posibilidad de
producir borrones cuando el sistema de secado no es todo lo rápido que sería deseable.
5.2.3 Trazadores gráficos o plotters
Los trazadores gráficos son dispositivos periféricos sofisticados que reproducen gráficos,
dibujos artísticos, dibujos lineales, esquemas o planos sobre una superficie de papel o
similar.
Las tecnologías en las que se basan estos dispositivos son, entre
otras, las siguientes:
- De lápices o plumillas
- De inyección de tinta
- Láser
Sus usos más habituales se circunscriben a los diseños y
elaboración de planos de ingeniería, arquitectura, mapas y similares, sobre todo por el
mayor rango de tamaños del soporte de salida (papel, etc.) en formatos desde el A4 hasta
el A0.
5.3 Periféricos de entrada/salida
Son aquellos que permiten la comunicación entre ordenadores a través de un medio de
transmisión físico. Estos periféricos han ganado una indudable importancia en los últimos
años, ya que permiten acceder a los recursos de la organización o compartir información y
periféricos entre los usuarios de una comunidad. Pertenecen a este tipo de periféricos:
- Módem.
- Tarjetas de red.
- Pantallas táctiles
5.3.1 Módem (Modulador/demodulador)
Indudablemente, la explosión experimentada por el mercado de los módems es debida a
Internet.
Un módem es un dispositivo que permite la transmisión y recepción de
información binaria (es decir, los datos procedentes del ordenador) a
través de un medio analógico (o sea, la línea telefónica); para poder
realizar este proceso, es necesario convertir la señal digital en analógica
(modular) y la analógica en digital (demodular). Estos procesos los realiza el módem.
5.3.2 Tarjetas de red
Este dispositivo permite la conexión a Internet de aquellos equipos que se encuentranen
una red de área local. Y es el punto a través del cual los ordenadores envían y reciben datos
de Internet.
5.3.3 Router
El router, que según la traducción sería “enrutador”, es el dispositivo conectado a la
computadora que permite que los mensajes a través de la red se envíen de un punto
(emisor) a otro (destinatario), de manera tal que entre el alto volumen de tráfico que hay
en Internet, nos va a asegurar que el mensaje llegue a su destinatario y no a otro lado.
Para realizar esta transmisión a través de las redes de comunicación, el router se encarga
de chequear cada uno de los paquetes (o pequeñas unidades de 1.500 bytes
aproximadamente) en los que se divide la información que se envía a través de Internet de
un lugar a otro, para asegurarse de que llegue al destino correcto.
Entre sus características, se destaca que siempre buscará la ruta más corta o la que tenga
menos tráfico para lograr su objetivo y, por otra parte, que si no funciona una ruta, tiene la
capacidad de buscar una alternativa.
5.3.4 Hub y Switch
El "Hub" básicamente extiende la funcionalidad de la red (LAN) para que el cableado pueda
ser extendido a mayor distancia, es por esto que un "Hub" puede ser considerado como una
repetidora. El problema es que el "Hub" transmite estos "difusiones" a todos los puertos
que contenga, esto es, si el "Hub" contiene 8 puertos, todas las computadoras que estén
conectadas al "Hub" recibirán la misma información, y como se mencionó anteriormente , en
ocasiones resulta innecesario y excesivo. Un "Switch" es considerado un "Hub" inteligente,
cuando es inicializado el "Switch", éste empieza a reconocer las direcciones que
generalmente son enviadas por cada puerto, en otras palabras, cuando llega información al
"Switch" éste tiene mayor conocimiento sobre que puerto de salida es el más apropiado, y
por lo tanto ahorra una carga a los demás puertos del "Switch", esta es una de la
principales razones por la cuales en Redes por donde viaja Vídeo o CAD, se procura utilizar
"Switches" para de esta forma garantizar que el cable no sea sobrecargado con
información que eventualmente sería descartada por las computadoras finales, en el
proceso, otorgando el mayor ancho de banda posible a los Vídeos o aplicaciones CAD.
5.4 Conectores