Tema 3. Unidades funcionales de la computadora. Un Ordenador procesa o elabora los datos que se le suministran, puede por ejemplo realizar el promedio de unos datos introducidos previamente, realizar una gráfica con esos datos o suministrar un listado orde nado de mayor a menor de dichos datos. Para realizar estos procesos, el ordenador debe disponer de recursos para almacenar la información mientras ésta es elaborada, memoria, y asimismo de los dispositivos que permitan tanto su introducción, como ofrecerla, ya elaborada, a los usuarios. Estos últimos dispositivos reciben el nombre de periféricos. Esquemáticamente un ordenador se compone de: 1. Unidades de Entrada: Permiten la introducción de información en el ordenador, existen dos tipos de dispositivos, aquellos que convierten los datos en un formato capaz de ser interpretado por el ordenador como el teclado y los que permiten su entrada directa como el escáner, lectores de tarjetas o códigos de barras o la pantalla táctil. 2. Unidad de Almacenamiento o Memoria: Dispositivos donde se almacenan los datos y los programas para procesarlos. Existen dos tipos: Memoria Principal, constituida por circuitos integrados y que a su vez se subdivide en RAM y ROM; y la Memoria Secundaria, donde se almacenan otros datos que no tienen cabida en la principal, la constituyen los Discos duros (HD), CD-ROM, disquetes (FD), Unidades de cinta,.. 3. Unidad Aritmético/Lógica: Es la parte encargada de procesar los datos, se conoce también como ALU (Arithmetic-Logic Unit). Las operacione s que realiza son de tipo aritmético: suma, resta, multiplicación y división; y de tipo lógico: igual, mayor que o menor que. 4. Unidad de Control: Dirige la ejecución del programa y controla tanto el movimiento entre memoria y ALU, como las señales que circulan entre la CPU y los Periféricos. 5. Unidades de Salida: Presentan al usuario los datos ya elaborados que se encuentran en la memoria del ordenador, los más habituales son la pantalla y la impresora. La Unidad de Control con la Unidad Aritmético/Lógica y la Memoria Principal forman la Unidad Central de Procesos (CPU). Las Unidades de Entrada y de Salida son los denominados Periféricos. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 1 3.1 La CPU. La Unidad Central de Proceso (CPU) es el cerebro de la computadora, el lugar donde se manipulan los datos. En una microcomputadora, la CPU entera está contenida en un único chip llamado microprocesador. Cada CPU tiene dos partes básicas: la unidad de control y la unidad aritmético-lógica. 3.1.1 La unidad de control La unidad de control administra todos los recursos de la computadora. Es el centro lógico de la computadora. Las instrucciones para que la CPU pueda realizar las diferentes operaciones están incorporadas en la unidad de control. Hay un conjunto de instrucciones que se corresponde con todas las operaciones que puede realizar la CPU. Cada instrucción se expresa en microcódigo, una serie de instrucciones básicas que le dicen a la CPU cómo ejecutar operaciones más complejas. Antes de que un programa se pueda ejecutar, cada comando del mismo debe ser desglosado en instrucciones que estén en el conjunto de instrucciones de la CPU. Cuando se ejecuta el programa, la CPU lleva a cabo las instrucciones en orden convirtiéndolas en microcódigo. Las computadoras actuales pueden traducir millones de instrucciones por segundo. Diferentes CPUs pueden tener diferentes conjuntos de instrucciones. Los fabricantes tienden a agruparlas en “familias” con conjuntos de instrucciones similares. La familia de procesadores x86 de Intel, por ejemplo, incluye los tipos más comunes de CPU encontrados en la mayor parte de los PCs. Por lo general, al desarrollar una nueva CPU, el conjunto de instrucciones tiene los mismos comandos que las anteriores y algunos nuevos. De esta manera los programas pueden seguir funcionando en procesadores más modernos de la misma familia. 3.1.2 La unidad aritmético-lógica (ALU) Las computadoras sólo pueden realizar dos tipos de operaciones: aritméticas y lógicas. Las aritméticas incluyen suma, resta, multiplicación, división y potencia. Las lógicas incluyen comparaciones: igual a, no igual a, mayor que, menor o igual a, etc. Muchas de las instrucciones que realiza la unidad de control sólo implican movimiento de datos. Sin embargo, cuando la unidad de control encuentra una instrucción que implica aritmética o lógica, pasa esa instrucción a la unidad aritmético-lógica. Esta unidad tiene una serie de registros, que son ubicaciones de alta velocidad que están en la CPU donde se colocan los datos que se usan en cada momento. Por ejemplo, la unidad de control podría cargar dos números desde la Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 2 memoria en los registros de la ALU y darle la instrucción a la ALU de que divida los dos números o los compare para ver si son iguales. 3.1.3 Velocidad de procesamiento Hay varios factores que influyen en la velocidad de una computadora: 1) El diseño de los circuitos de la CPU. El diseño de los circuitos de la CPU determina su velocidad básica, pero hay más factores que pueden implicar mayor velocidad de procesamiento. Uno de estos factores es el tamaño de los registros de la ALU. En los primeros procesadores estos registros eran de 16 bits. En la actualidad suelen ser de 32 e incluso pueden llegar a 64. El tamaño de los registros se conoce como tamaño de palabra e indica la cantidad de datos con los que puede trabajar la computadora en cualquier momento. Muchas veces se habla de computadoras de 32 o 64 bits, refiriéndose al tamaño de palabra. 2) El reloj del sistema. Otro factor importante que afecta a la velocidad de procesamiento es el reloj del sistema. Se trata de un reloj accionado por un cristal de cuarzo (como la mayoría de los relojes de pulsera). Cuando se le aplica electricidad, las moléculas del cristal vibran millones de veces por segundo, con un ritmo constante. La computadora utiliza estas vibraciones para medir sus operaciones de procesamiento. Esta velocidad se ha ido incrementando de manera constante. Se mide en hercios, que son ciclos por segundo. El primer PC operaba a 4,77 megahercios. Esto significa que podía realizar 4,77 millones de operaciones por segundo. En octubre de 2002 ya se alcanzan en los procesadores para PC los 2,8 gigahercios. Debido a la extrema dificultad de fabricar componentes electrónicos que funcionen a las velocidades de MHz habituales hoy en día, todos los micros modernos tienen 2 veloci dades: Velocidad interna: la velocidad a la que funciona el micro internamente: 450, 500, 750, 1000, 2800 MHz, etc. Velocidad externa o de bus: la velocidad con la que se comunican el micro y la placa base: 100, 133, 200, 233 MHz, etc 3) Los buses del sistema. Las conexiones entre los componentes de una computadora se denominan buses. Hay tres buses principales: bus de datos, bus de direcciones y bus de control. (Cuando sólo se dice “el bus” se refiere al de datos). Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 3 Bus de datos. El bus de datos conecta la CPU, la memoria y el resto de dispositivos hardware de la placa madre. Consiste en una serie de cables que pueden transmitir un bit de cada vez. Dependiendo del número de cables que formen el bus, se pueden mover tantos bits a la vez. Estos buses están diseñados para igualar las capacidades de los dispositivos conectados a ellos. Cuando las CPUs no podían transmitir más de un byte a la vez, no tenía sentido tener buses de más 8 bits. Al ir mejorando la velocidad de los microprocesadores, se fueron creando rutas más anchas por las que poder transmitir más datos. En la actualidad las velocidades de los procesadores son mucho más elevadas que las de los buses de comunicaciones. En 1984 salió al mercado un bus de datos de 16 bits (para acompañar al microprocesador de INTEL 80286) que se convirtió en el estándar de la industria. Se conoce como bus ISA (Industry Standard Architecture) y aún se utiliza en algunos dispositivos de PC. Dos años más tarde, el INTEL 80386 podía transmitir a 32 bits. Para sustituir al bus ISA, IBM desarrolló el bus MCA (Micro Channel Architecture), pero esta arquitectura de bus no era compatible con los modelos de PC anteriores, de manera que se un consorcio de desarrolladores de hardware propuso un nuevo bus denominado EISA (Extended Industry Standard Architecture). En 1990 VESA (Video Electronics Standards Association) presenta el VESA Bus de 32 bits, que ofrece conexión de datos rápida para el 80486. Sin embargo, el bus de 32 bits que se extendió fue el PCI (Peripheral Component Interconnect) desarrollado por Intel de manera específica para integrar más fácilmente nuevos tipos de datos como sonido, video y gráficos. El bus AGP (Advanced Graphics Port) fue creado tras la aparición del Pentium II con el fin de proporcionar a las tarjetas 3D un canal de comunicación con la memoria del PC que superase los 133 Mbits/s del bus PCI que resultaban insuficientes. Bus de direcciones. En lo referente al bus de direcciones, se encarga de conectar la CPU y la memoria RAM indicando direcciones de memoria (habitualmente cada byte de memoria tiene una dirección). En este caso, el número de cables del bus determina el tamaño máximo de la memoria. Los primeros PCs tenían un bus de direcciones de 20 bits, de manera que podían direccionar 220 direcciones de memoria (1MByte de datos). En la actualidad la mayoría de las CPU tienen buses de direcciones de 32 bits, de manera que pueden direccionar 4GBytes de memoria RAM. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 4 Una de las mayores dificultades encontradas en la evolución de los PCs fue el hecho de que el sistema operativo utilizado en la mayoría de estos equipos (MSDOS) estuviera diseñado para direccionar 1MByte de RAM. Al aumentarse las capacidades de la RAM, fue necesario diseñar software especial para poder utilizarla (memoria expandida y memoria e xtendida). Bus de control. Se utiliza para controlar el acceso y el uso de las líneas de datos y de direcciones. Ejemplos de señales de control: • Escritura en Memoria • Lectura de memoria • Escritura de Entrada/Salida. • Lectura de Entrada/Salida. 4) Memoria caché. Uno de los trabajos que más tiempo consumen a la CPU es el movimiento de datos entre los registros de la CPU y la RAM, debido a que la RAM es mucho más lenta que la CPU. Para evitar en parte este problema se propuso la inclusión de una pequeña memoria caché en la CPU. Este tipo de memoria es similar a la RAM pero mucho más rápida que la memoria normal. Esta memoria se utiliza para guardar los datos que tienen más probabilidad de ser utilizados por la CPU, para que puedan ser accedidos por ésta de manera más rápida. Desde finales de los 80, la memoria caché se incluyó en la mayoría de las CPUs de PC (en principio sólo cabían 0,5 KBytes, luego 8, 16, 32…) En la actualidad pueden traer hasta 64 KBytes. Además de esta caché incorporada en la CPU, también se suele agregar otra caché a la placa madre. 5) Otros componentes. Algunas computadoras aceleran ciertas operaciones agregando un coprocesador matemático a la CPU. El coprocesador está especialmente diseñado para tratar con datos numéricos en coma flotante y libera a la ALU de ciertas operaciones que éste puede realizar a mayores velocidades. Las tarjetas aceleradoras de gráficos procesan la información relacionada con los gráficos liberando de este trabajo a la CPU. Además, no sólo aumentan la velocidad de ejecución al liberar a la CPU de trabajo, sino que están diseñados especialmente para esa tarea, de manera que la realizan más rápido de lo que lo haría la propia CPU. 3.2 La Memoria Principal La CPU contiene las instrucciones básicas necesarias para que la computadora pueda funcionar, pero no tiene la capacidad de almacenar programas enteros o conjuntos grandes de datos. En los registros de la CPU sólo se pueden conservar unos cuantos Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 5 bytes a la vez, pero es necesario disponer de millones de bytes para los programas y los datos que se están manipulando en cada momento. Para completar esta carencia de la CPU está la memoria principal. Hay dos tipos de memoria principal: permanente y no permanente. Algunos chips de memoria conservan siempre los datos que contienen, aun cuando la computadora esté apagada; este tipo de memoria se llama no volátil. Otros, en realidad la mayor parte de la memoria de la computadora, pierden su contenido cuando se interrumpe el suministro eléctrico; este tipo de memoria se llama volátil. 3.2.1 ROM Los chips no volátiles siempre guardan la misma información; la grabación de estos datos se hace en fábrica, con aparatos especiales, antes de ser colocados en las computadoras. Como estos datos sólo se pueden leer, a esta memoria se le da el nombre de ROM: Read-Only Memory (memoria de sólo lectura). La información guardada en la ROM le dice a la computadora qué hacer cuando se enciende. Entre otras cosas, contiene un conjunto de instrucciones de inicio que aseguran que el resto de la memoria está funcionando correctamente, verifica los dispositivos de hardware y busca un sistema operativo en las unidades de memoria auxiliar. 3.2.2 RAM La parte de la memoria principal que se puede modificar es la RAM –Random-access memory (memoria de acceso aleatorio). El propósito de la RAM es conservar programas y datos mientras están en uso. La RAM estándar es volátil, de manera que cuando se pierde la energía, se borran los datos almacenados en la RAM en ese momento. Que sea de acceso quiere decir que para buscar un dato en esta memoria no es necesario leerla toda, ya que la CPU almacena y recupera cada dato utilizando una dirección de memoria. Esta dirección es un número que indica la ubicación en los chips de memoria. La cantidad de RAM en una computadora tiene un gran efecto en la potencia de la misma. Por una parte, cuanto mayor sea, se pueden utilizar programas más grandes que pueden acceder a archivos de datos más grandes. Por otro lado, también afecta a la velocidad. Para utilizar un programa no es necesario que esté entero en la memoria, pero cuanto mayor sea la parte del mismo que cabe en la memoria, más rápido se ejecutará. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 6 3.3 Periféricos Los periféricos son los dispositivos de entrada y salida de la computadora. Los de entrada permiten introducir información y comandos, los de salida permiten que la computadora nos muestre la información relativa a las tareas que está realizando o los resultados de una tarea completada. Los dispositivos comunes de entrada son el teclado y el ratón, y los de salida el monitor y la impresora, pero hay muchos más. Algunos dispositivos proporcionan funciones tanto de entrada como de salida, por ejemplo un módem o una pantalla táctil. Los dispositivos de E/S transforman la información externa en señales codificadas, permitiendo su transmisión, detección, interpretación, procesamiento y almacenamiento de forma automática. Los dispositivos de Entrada transforman la información externa (instrucciones o datos) según alguno de los códigos de entrada/salida (E/S); así el ordenador recibe dicha información adecuadamente preparada (en binario). En un dispositivo de Salida se efectúa el proceso inverso: la información binaria que llega del ordenador se transforma de acuerdo con el código de E/S en caracteres escritos inteligibles por el usuario. 3.3.1 Dispositivos de entrada TECLADO. El teclado es el principal dispositivo de entrada para introducir texto y números. Consta de varias teclas (unas 100) cada una de las cuales envía un código de carácter diferente a la CPU. Fue uno de los primeros periféricos utilizados en las computadoras personales. Los teclados son similares a los de una máquina de escribir, correspondiendo cada tecla a uno o varios caracteres, funciones u órdenes. Para seleccionar uno de los caracteres de una tecla puede ser necesario pulsar simultáneamente dos o más teclas, una de ellas la correspondiente al carácter. Al pulsar una tecla se cierra un conmutador que hay en el interior del teclado, esto hace que unos circuitos codificadores generen el código de E/ S correspondiente al carácter seleccionado, apareciendo éste en la pantalla si no es un carácter de control. Hay diversos modelos de teclado, pero casi todos tienen una disposición de teclas muy similar. Esta disposición tan común, es la que se conoce como Teclado Extendido IBM. Tiene 101 teclas ordenadas en grupos: Teclado principal: Contiene los caracteres alfabéticos, numéricos y especiales, como en una máquina de escribir convencional con alguno adicional. En casi todos los Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 7 teclados y máquinas de escri bir, las teclas ocupan la misma posición; esta disposición se suele llamar QWERTY debido a que estas son las primeras teclas de la fila superior. Además de las letras y los signos de puntuación, se incluyen en este grupo teclas modificadoras: Shift, Control y Alt en Pcs y Shift, Control, Option y Command en Macintosh. Teclas de desplazamiento del cursor: Permiten cambiar la posición del cursor (o punto de inserción) en la pantalla. Teclado numérico: Es habitual en los teclados de ordenador que las teclas correspondientes a los diez caracteres numéricos (cifras decimales), signos de operaciones básicas (+, -, * y /) y punto decimal estén repetidas para facilitar al usuario la introducción de datos numéricos. Teclas de función: Habitualmente ordenadas en una hilera en la parte superior del teclado. Permiten darle ciertos comandos a la computadora. El propósito de cada tecla de función depende del programa que se esté utilizando. Además, los teclados incluyen cuatro teclas de propósitos especiales: Esc, Impr Pant, Bloq Desp y Pausa. Una vez que se pulsa una tecla, el proceso que se lleva a cabo es el siguiente: Un chip denominado controlador del teclado, detecta que ha habido una pulsación. Coloca en una parte de su memoria el código correspondiente a la tecla y da una señal al Sistema Operativo de que ha ocurrido algo con el teclado. Cuando el sistema operativo recibe uno de estos avisos, lee la memoria del controlador del teclado el código de la tecla y se lo pasa a la CPU, que lo analizará y ejecutará la tarea correspondiente. En esa memoria del teclado se pueden guardar los códigos de varias teclas, puesto que el Sistema Operativo podría estar realizando otra tarea en el momento de la pulsación y, en otro caso, no podría atender todas las demandas del teclado. RATÓN. En las primeras computadoras personales, el único dispositivo de entrada de datos era el teclado. En la actualidad, todas traen incorporado un dispositivo apuntador. El dispositivo apuntador más común es un ratón. El ratón es un pequeño periférico que está constituido por una bola que puede girar libremente, y se acciona haciéndola rodar sobre una superficie plana. En el momento de activar el ratón, se asocia su posición con la del puntero en la pantalla. Al desplazar el ratón sobre una superficie, el puntero seguirá sus movimientos. El puntero es un objeto en la pantalla, en general una flecha, que Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 8 permite seleccionar textos, tener acceso a menús, mover archivos o interactuar con programas, archivos o datos que aparecen en la pantalla. Las ventajas del ratón son tantas, que su uso cambió la industria de la computación personal. Aunque el sistema operativo de Macintosh fue el primero disponible en forma amplia que sacó ventaja del ratón, la popularidad de la herramienta creció con rapidez. A finales de los 80, los programas estaban incorporándolo, y Windows surgió como la nueva forma de comunicación con la computadora actualizada al uso del ratón. En lugar de obligar al usuario a teclear los comandos y los datos, el ratón permite elegirlos desde menús y cuadros de diálogo fáciles de usar. Además, el ratón permite también crear elementos gráficos en la pantalla, convirtiendo de esta manera a la computadora en una herramienta versátil para diseñadores gráficos, iniciando así una revolución en este campo. El ratón más común es un dispositivo muy simple que tiene una bola que se mueve al desplazarlo sobre una superficie plana. Dentro del ratón, en contacto con esta bola, hay dos rodillos pequeños que giran cuando se mueve la bola. Un sensor detecta el giro de cada rodillo y envía esta información a la computadora, que cambia la posición del puntero en la pantalla. En realidad, los programas que se están ejecutando comprueban cada cierto tiempo si se ha usado el ratón para reaccionar en consecuencia. También existen ratones sin bola ni rodillos, que detectan los movimientos de forma óptica. Los ratones ópticos cuentan con un LED que dispara un rayo de luz infrarroja sobre una superficie que lo refleja para ser capturado por un receptor del ratón, que es un chip sensible a la luz que envía la información a un procesador de señal. Este procesador de señal registra el cambio de reflexión de la luz, la velocidad y la dirección y, teniendo en cuenta estos factores, determina el movimiento horizontal y vertical del ratón. Normalmente recibe y procesa 1.500 reflejos por segundo, lo que da un seguimiento digital del movimiento y, por tanto, una precisión extraordinaria. Además, su mantenimiento se reduce al mínimo, pues está sellado de manera que no entran partículas de polvo que provoquen saltos y atascos, ni tiene partes móviles que se puedan desgastar. Sin embargo, la iluminación ambiental muy intensa puede presentar interferencia en su operación y no funcionan muy bien en superficies translúcidas como el cristal. TRACKBALL. Otro tipo de dispositivo apuntador similar al ratón pero con la bola en la parte superior. De esta manera no es necesario mover nada más que la bola, y así requieren menos espacio que el ratón. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 9 TRACKPAD. Otro dispositivo apuntador que consta de una pequeña superficie sensible al tacto que responde al movimiento de un dedo sobre ella y se traduce en movimiento del puntero. Esta superficie puede ser de entre 9 y 13 cm 2 , de manera que es un dispositivo muy adecuado para los portátiles, aunque también los hay incluidos en teclados de computadoras de escritorio e independientes. TRACPOINT. Otro dispositivo de señalamiento que consiste en una palanca entre dos teclas, utilizada en muchos portátiles. La palanca se puede mover con un dedo y va acompañada de dos teclas añadidas a la parte inferior del teclado que hacen las funciones de los botones del ratón. JOYSTICK. La palanca manual de control (en inglés "joystick") está constituida por una caja de la que sale una palanca o mando móvil. El usuario puede actuar sobre el extremo de la palanca exterior a la caja, y a cada posición le corresponde sobre la pantalla un punto de coordenadas (x, y). La caja dispone de un pulsador que debe ser presionado para que exista una interacción entre el programa y la posición de la palanca. La información que transmite es analógica. Su uso ha sido popularizado por los video-juegos y aplicaciones gráficas. LAPIZ ELECTRÓNICO. Con un lápiz electrónico se puede escribir sobre una almohadilla especial o directamente sobre la pantalla. También se puede usar el lápiz como dispositivo apuntador, para seleccionar comandos. En este caso, el dispositivo de entrada es la pantalla o la almohadilla, no el lápiz. La pantalla detecta presión, luz o carga electrostática proveniente del lápiz y almacena la posición de esta señal. Aunque los sistemas basados en lápices pueden parecer una manera práctica de introducir texto, perfeccionar la tecnología para descifrar la escritura de las personas es tan complejo, que estos lápices no se usan para introducir mucho texto. Su uso más común es para seleccionar opciones o introducir firmas que se transmiten como imágenes. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 10 PANTALLA TÁCTIL. Estas pantallas permiten señalar de forma directa sobre los elementos representados en ella en cada momento. Pueden percibir el calor del dedo o la presión sobre ellas. Este es un sistema muy sencillo para dar entradas o elegir opciones sin utilizar el teclado. Es muy cómodo en aplicaciones sencillas que no requieren muchas entradas diferentes. Se utiliza para la selección de opciones dentro del menú o como ayuda en el uso de editores gráficos. Con frecuencia se ve en los denominados kioscos informativos, cada vez más difundido en grandes empresas, bancos y en puntos de información urbana. Existen pantallas con toda su superficie sensible, y otras en las que sólo una parte de ella lo es. LECTOR DE MARCAS. Hay ciertos documentos o productos que se utilizan en la vida ordinaria en gran cantidad y que pueden ser controlados por ordenador, introduciendo con gran rapidez y sin error sus características sin necesidad de teclear el código o información que los identifica. Esto es así porque en su superficie llevan impresos caracteres, barras o marcas predefinidas, que pueden ser detectados por dispositivos especiales. Ejemplos de estos productos y documentos: talones o cheques bancarios, productos farmacéuticos, artículos de supermercados (que utilizan códigos de barras), quinielas, exámenes tipo test, etc. En la mayoría de los sistemas existe un conjunto de caracteres o patrones predefinidos. Las lectoras analizan los datos carácter a carácter y detectan si cada zona de identificación está impresa o no. A cada carácter, se le hace corresponder una secuencia ordenada de ceros y unos. El dispositivo de entrada compara esta secuencia con la de los patrones (que tienen grabados internamente). Los lectores ópticos suelen contener una fuente de luz que ilumina intensamente el dato a leer, un sistema óptico de ampliación de imagen y los elementos necesarios para identificar el carácter. LECTOR DE CÓDIGOS DE BARRAS. En la actualidad han adquirido un gran desarrollo los lectores de códigos de barras. Estos se usan con mucha frecuencia en centros comerciales. En el momento de fabricar un producto se imprime en Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 11 su envoltorio una etiqueta con información sobre el mismo según un código formado por un conjunto de barras separadas por zonas en blanco. La forma de codificar cada dígito decimal consiste en variar el grosor relativo de las barras negras y blancas adyacentes. El usuario pasa una lectora óptica por la etiqueta, introduciéndose así, sin necesidad de teclear, y con rapidez, la identificación del artículo. El ordenador contabiliza el producto como vendido y lo da de baja en la base de datos de existencias. Los códigos de barras se han transformado en la forma estándar de representar la información en los productos de mercado en un formato accesible para las máquinas, particularmente en los centros comerciales. Un código de barras consiste en un conjunto de barras ve rticales pintadas en negro (o en un color oscuro) sobre un fondo blanco (o claro). Los caracteres se codifican empleando combinaciones de barras anchas y estrechas y siempre se incluyen caracteres de comprobación. Un lector de código de barras interpreta la secuencia de barras y produce el conjunto de caracteres equivalente. Los lectores de códigos de barras tienen la forma de un lápiz, que se pasa sobre el código a leer o bien son dispositivos mayores de carácter fijo, que disponen de una ventana sobre la que se pasa el producto cuyo código se quiere leer. En este último tipo la lectura se realiza mediante un haz láser. Los lectores de códigos de barras se incorporan generalmente a algún tipo de terminal, como en el caso de los más recientes tipos de cajas registradoras para supermercados (TPV). ESCÁNER DE IMÁGENES Y RECONOCIMIENTO ÓPTICO DE CARACTERES (OCR). Los escáneres de imágenes convierten electrónicamente cualquier imagen al dirigir una luz hacia la imagen y sentir la intensidad del reflejo en cada punto. De esta manera las imágenes impresas se pasan a un formato electrónico que se puede almacenar en la computadora. Cuando se quiere escanear un texto, no resulta útil tenerlo en formato de imagen. Para traducirlo a un formato de texto hay que realizar un procesado de la imagen con un software de reconocimiento óptico de caracteres (OCR). Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 12 MICRÓFONOS Y RECONOCEDORES DE VOZ. Ahora que las capacidades de sonido son parte estándar de las computadoras, los micrófonos se están volviendo cada vez más importantes como dispositivos de entrada. Uno de los campos de investigación actual más relevantes relacionados con la Informática es el reconocimiento de la voz. Se pretende una comunicación directa del hombre con el ordenador, sin necesidad de transcribir la información a través de un teclado u otros soportes intermedios de información. Usualmente los dispositivos de reconocimiento de la voz o de la palabra tratan de identificar fonemas o palabras dentro de un repertorio o vocabulario muy limitado. Un fonema es un sonido simple o unidad del lenguaje hablado. Un sistema capaz de reconocer, supongamos, 7 palabras, lo que hace al detectar un sonido es extraer características o parámetros físicos inherentes a dicho sonido, y compararlos con los parámetros (previamente memorizados) de las 7 palabras que es capaz de reconocer. Si, como resultado de la comparación, se identifica como correspondiente a una de las 7 palabras, se transmite a la memoria intermedia del dispositivo el código binario identificador de la palabra. Si el sonido no se identifica, se indica esta circunstancia al usuario (iluminándose una luz, por ejemplo) para que el usuario vuelva a emitir el sonido. Existen dos tipos de unidades de reconocimiento de la voz: Dependientes del usuario: En estos sistemas es necesario someter al dispositivo a un período de aprendizaje o programación, al cabo del cual puede reconocer ciertas palabras del usuario. En el período de aprendizaje el sistema retiene o memoriza las características o peculiaridades de los sonidos emitidos por el locutor, y que luego tendrá que identificar. Independientes del usuario: Estos sistemas están más difundidos, pero el vocabulario que reconocen suele ser muy limitado. Los parámetros de las palabras que identifican vienen ya memorizados al adquirir la unidad. Son utilizados, por ejemplo, para definir el movimiento de cierto tipo de robots. En este caso el operador da verbalmente órdenes elegidas de un repertorio muy limitado, como puede ser: para, anda, arriba, abajo,... La unidad cuando capta un sonido comprueba si corresponde a uno de los del repertorio. En caso de identificación se transmite a la computadora central la información necesaria para la ejecución del programa que pone en marcha y controla la acción requerida. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 13 CÁMARA DE VÍDEO. Con el crecimiento de la multimedia y de Internet, se están añadiendo a las computadoras personales capacidades de entrada de vídeo para utilizar en aplicaciones como videoconferencias. Las cámaras de vídeo utilizadas con computadoras digitalizan la imagen dividiéndola en píxeles individuales. El color y otras características de cada píxel se almacenan como un código digital. Este código se comprime posteriormente para poder ser almacenado o transmitido. CÁMARA DE FOTOS DIGITAL. Funcionan de manera similar a las cámaras de vídeo, pero capturan imágenes fijas. Mientras que las cámaras de fotos clásicas capturan las imágenes en una película con un recubrimiento especial, las digitales las capturan de forma electrónica. Para ello, la cámara digitaliza la imagen, la comprime y la almacena en un soporte especial. Después, la imagen puede ser copiada a una computadora para ser almacenada o tratada con programas de edición de imágenes. El soporte es reutilizable, se puede vaciar y volver a utilizar en cualquier momento. 3.3.2 Dispositivos de salida MONITOR. Es el dispositivo de salida más utilizado por los usuarios. El tipo más habitual de pantalla es la de rayos catódicos (TRC), aunque cada vez se difunden más las de otras tecnologías como las de cristal líquido, implantadas en los equipos portátiles. La imagen de una pantalla de rayos catódicos (TRC) se forma al incidir un haz de electrones sobre la superficie interna de la pantalla que está recubierta de un material fosforescente. Estas pantallas hacen desplazar el haz de electrones de izquierda a derecha y de arriba a abajo y, dependiendo de la intensidad con la que inciden los electrones en la pantalla así de brillante será cada punto de la imagen. Una imagen de pantalla no es continua sino que se forma por multitud de puntos de imagen (en inglés "pixel"). La imagen, para ser visualizada durante un determinado tiempo debe ser repetida o refrescada (barrida) periódicamente (al menos 25 veces por segundo). Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 14 Los principales parámetros que caracterizan a una pantalla son: Tamaño: Se da en función del tamaño de la diagonal principal, y se suele medir en pulgadas. Resolución: Es el número de puntos de imagen en pantalla dados en forma de matriz que indican los puntos horizontales y los verticales. Este número no depende del tamaño de la pantalla. Ejemplos de resoluciones: 640*480, 800*600, 1024*768 puntos. Índice de refresco: Es el número de veces por segundo que los cañones de electrones recorren cada píxel en pantalla. El índice de refresco es una medida importante en los monitores porque los puntos de fósforo en la pantalla desaparecen con rapidez y se puede producir efecto de parpadeo. Se mide en hercios. Densidad de puntos: Indica la distancia entre los puntos de fósforo que forman un píxel. En un monitor de color, cada píxel está formado por tres puntos: uno rojo, uno verde y uno azul. Si estos puntos no están lo suficientemente cercanos, las imágenes no serán nítidas. Esta distancia no debería superar los 0,28 mm para no producir vista cansada. IMPRESORA. Las impresoras son periféricos que escriben la información de salida sobre papel. Junto a los monitore s, son los dispositivos más utilizados para poder ver en forma directamente inteligible para el hombre los resultados de un programa de ordenador. Los criterios más importantes a la hora de evaluar impresoras son los siguientes: Calidad de imagen o resolución: hace referencia a la calidad del texto y las imágenes que puede producir una impresora. La resolución se mide en puntos por pulgada (ppp o dpi ), es decir, el número de puntos de tinta que la impresora puede depositar en una línea de una pulgada de longitud (generalmente el número es el mismo en vertical y horizontal, pero no siempre). En general, cuanto más alta sea la resolución, más nítida y clara será la impresión. Una resolución de 600 ppp es frecuente en la mayoría de las impresoras actuales, y es suficiente a menos que se necesite imprimir fotografías de alta calidad. Las resoluciones de menos de 300 ppp no son útiles para imprimir otra cosa que texto de 10 o 12 puntos. Velocidad: Se suele medir por el número de páginas que puede imprimir por minuto (ppm). Normalmente tienen distintas estimaciones para texto y para gráficos. Las impresoras caras destinadas a grandes grupos de trabajo pueden alcanzar velocidades Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 15 de hasta 20 ppm. La mayoría de los usuarios en el hogar, sin embargo, quedarán satisfechos con velocidades de 2 a 6 ppm, mientras que los propietarios de pequeñas empresas pueden conseguir velocidades de 8 a 10 ppm por unos pocos centenares de euros más. Precio: Hay que tener en cuenta tanto el precio inicial como el de operación (tinta, tóner, mantenimiento). El tipo más común de impresora que se utiliza en los hogares actualmente es el de inyección de tinta. Esta impresora funciona aplicando tinta ionizada sobre el papel, con placas magnetizadas que dirigen la tinta para crear la forma deseada. Las impresoras de inyección de tinta pueden producir texto e imágenes de alta calidad en blanco y negro o color. Su calidad es similar a la que se obtiene con impresoras láser, de mayor precio. Muchas impresoras de inyección de tinta pueden imprimir imágenes con calidad fotográfica. Las impresoras láser proporcionan texto e imágenes de la más alta calidad para ordenadores personales. Como las copiadoras estándar, funcionan utilizando un rayo láser para producir una imagen cargada eléctricamente en un tambor que, a continuación, gira sobre un depósito de tóner. El tóner es recogido por las partes del tambor cargadas eléctricamente y, seguidamente , es transferido al papel por medio de una combinación de calor y presión. Si bien hay impresoras láser a todo color, suelen ser mucho más caras que las versiones en blanco y negro y requieren una gran cantidad de memoria para producir imágenes de alta resolución. Otros tipos de impresoras de alta calidad son las de cera térmica (para gráficos de presentaciones y folletos), sublimación de tinta (con calidad y colores realistas para imágenes fotográficas) y los plotters, entre otras. Los plotters de mesa tienen dos brazos robóticos con un conjunto de plumas. Los dos brazos trabajan de manera sincronizada entre sí, operando en ángulo recto mientras dibujan en un papel estacionario. Los plotters de rodillo utilizan un único brazo que se mueve de un extremo a otro mientras el papel gira adelante y atrás en el rodillo. De esta manera se consiguen círculos perfectos y otras formas geométricas. SISTEMA DE SONIDO. Los equipos multimedia actuales contienen sistemas de sonido que incluyen una tarjeta y bocinas. Los sistemas de sonido que se conectan a una computadora son similares a las de cualquier sistema estereofónico. La parte más complicada del sistema es la tarjeta de sonido, que convierte los sonidos digitales a corriente eléctrica que se envía a las bocinas. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 16 3.4 Dispositivos de almacenamiento secundario Una característica que distingue un soporte de almacenamiento de los dispositivos de entrada o los de salida (aparte de la posibilidad de realizar operaciones de entrada/salida indistintamente) es que en el soporte de almacenamiento los datos son legibles sólo por la máquina, pero no lo son directamente por el hombre. Mientras los dispositivos de memoria permiten un acceso inmediato del programa a la información que contienen, los dispositivos de almacenamiento guardan la información en un soporte que no permite el acceso inmediato desde el programa y se requiere un paso previo de lectura (o entrada) que recupera dicha información desde el almacenamiento y lo coloca en la memoria. Si la memoria de los ordenadores tuviera capacidad infinita y no fuera volátil no haría ninguna falta disponer de almacenamientos externos. Si se han inventado distintos tipos de dispositivos de almacenamiento de los datos es por la imposibilidad de disponer de memoria con capacidad suficientes a precios convenientes. Las principales características de estos soportes son: • Reutilizabilidad (salvo en los más antiguos). • Elevada capacidad de almacenamiento. • No volátiles. • Más económicos que la memoria central (RAM). Dentro de los dispositivos de almacenamiento secundario hay que tener en cuenta a la hora de su elección las siguientes características: • Tiempo de acceso a los datos. • Velocidad de transferencia de los datos. • Capacidad total de almacenamiento. En la actualidad se usan dos tecnologías principales de almacenamiento: magnético y óptico. Aunque los dispositivos suelen emplear una u otra de las tecnologías, algunos combinan las dos. Los principales tipos de almacenamiento magnético son: disquetes, discos duros, cintas magnéti cas, discos zip y jaz (Iomega). Los principales tipos de almacenamiento óptico: CD-ROM, DVD, discos magnetoópticos. La tecnología magnética para almacenamiento de datos se lleva usando desde hace decenas de años, tanto en el campo digital como en el analógico. Consiste en la aplicación de campos magnéticos a ciertos materiales cuyas partículas reaccionan a esa influencia, generalmente orientándose en unas determinadas posiciones que conservan tras dejar de aplicarse el campo magnético. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 17 La tecnología óptica de almacenamiento por láser es bastante más reciente. Su primera aplicación comercial masiva fue el CD de música, que data de comienzos de la década de 1.980. Los fundamentos técnicos que se utilizan son relativamente sencillos: un haz láser va leyendo (o escribiendo) microscópicos agujeros en la superficie de un disco de material plástico, recubiertos a su vez por una capa transparente para su protección del polvo. El método es muy similar al usado en los antiguos discos de vinilo, excepto porque la información está guardada en formato digital (unos y ceros) en vez de analógico y por usar un láser como lector. El sistema no ha experimentado variaciones importantes hasta la aparición del DVD, que tan sólo ha cambiado la longitud de onda del láser, reducido el tamaño de los agujeros y apretado los surcos para que quepa más información en el mismo espacio. La principal característica de los dispositivos ópticos es su fiabilidad. No les afectan los campos magnéticos, apenas les afectan la humedad ni el calor y pueden aguantar golpes importantes (siempre que su superficie esté protegida). Sus problemas radican en la relativa dificultad que supone crear dispositivos grabadores a un precio razonable, una velocidad no tan elevada como la de algunos dispositivos magnéticos y en que precisan un cierto cuidado frente al polvo y en general cualquier imperfección en su superficie, por lo que es muy recomendable que dispongan de funda protectora. Últimamente se está difundiendo mucho el uso de otro tipo de memorias: las memorias flash. Estas memorias utilizan una tecnología similar a las memorias RAM, constan de una serie de transistores y componentes electrónicos, pero, a diferencia de éstas, son no volátiles. Disquete Es uno de los primeros soportes de almacenamiento utilizados en computadoras personales. Su capacidad es totalmente insuficiente para las necesidades actuales, pero cuentan con la ventaja que les dan los muchos años que llevan como estándar para almacenamiento portátil. Originariamente los disquetes eran flexibles y bastante grandes, 8 pulgadas de ancho. Después se hicieron un poco menores: 5,25 pulgadas. La capacidad primera de 1 Kb se reveló enseguida como insuficiente, por lo que empezó a Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 18 crecer y no paró hasta los 1,44 MB, ya con los disquetes actuales, más pequeños (3,5"), más rígidos y protegidos por una pestaña metálica. Los disquetes no son demasiado fiables en cuanto al almacenaje a largo plazo de la información ya que les afectan muchos factores: campos magnéticos, calor, frío, humedad, golpes, polvo... Discos duros Es el dispositivo de almacenamiento más común para todas las computadoras. Un disco duro está compuesto de numerosos discos de material sensible a los campos magnéticos, apilados unos sobre otros; junto con un mecanismo de giro y un brazo lector incluido en la carcasa. Los discos duros han evolucionado mucho desde los modelos primitivos de 10 ó 20 MB. Actualmente los tamaños son del orden de varios gigabytes, el tiempo medio de acceso es muy bajo (menos de 8 ms) y su velocidad de transferencia es tan alta que deben girar a más de 10.000 rpm (revoluciones por minuto). Una diferencia fundamental entre unos y otros discos duros es su interfaz de conexión. En la actualidad se emplean dos: IDE y SCSI. El interfaz IDE es el más usado en computadoras personales, debido a que tiene un balance bastante adecuado entre precio y prestaciones. Los discos duros IDE se distribuyen en canales en los que puede haber un máximo de 2 dispositivos por canal; en el estándar IDE inicial sólo se disponía de un canal, por lo que el número máximo de dispositivos IDE era 2. En cada uno de los canales IDE debe haber un dispositivo Maestro (master) y otro Esclavo (slave). El maestro es el primero de los dos y se suele situar al final del cable. El esclavo es el segundo, normalmente conectado en el centro del cable entre el maestro y la controladora. Los dispositivos IDE como discos duros o CD-ROMs disponen de unos microinterruptores (jumpers), situados generalmente en la parte posterior o inferior de los mismos, que permiten seleccionar su carácter de maestro, esclavo o incluso otras posibilidades como "maestro sin esclavo". Las posiciones de los jumpers vienen indicadas en una pegatina en la superficie del disco, o bien en el manual o serigrafiadas en la placa de circuito del disco duro, con las letras M para designar "maestro" y S para "esclavo". Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 19 La ventaja de los discos duros SCSI no está en su mecánica, que puede ser idéntica a la de uno IDE (misma velocidad de rotación, mismo tiempo medio de acceso...) sino en que la transferencia de datos es más constante y casi independiente de la carga de trabajo del microprocesador. Esto hace que la ventaja de los discos duros SCSI sea apreciable en ordenadores cargados de trabajo, como servidores, ordenadores para CAD o vídeo, o cuando se realiza multitarea de forma intensiva. Tanto en los discos rígidos como en los flexibles la información se graba en circunferencias concéntricas, no notándose visualmente las zonas grabadas. Cada una de las circunferencias concéntricas grabadas constituye una pista. Así mismo el disco se considera dividido en arcos iguales denominados sectores, de esta forma cada pista está compuesta de sectores. Los sectores de las pistas más exteriores son de mayor longitud que las interiores, aunque el número de bits grabados en cada sector es siempre el mismo, con lo que la densidad de grabación será mayor en las pistas interiores que en las exteriores. Los sectores comienzan con una cabecera de identificación, indicando su dirección completa. Un cilindro es un conjunto de pistas, una en cada disco, que son accesibles simultáneamente por el conjunto de cabezas. La lectura y escritura en la superficie del disco se hace mediante una cabeza. Esta suele ser de tipo cerámico, aunque inicialmente eran metálicas. La cabeza, en las unidades de cabezas móviles, está insertada en un extremo de un brazo mecánico móvil, que se desplaza hacia el centro o hacia la parte externa del disco bajo el control de los circuitos electrónicos del periférico. El direccionamiento para leer o grabar un sector del disco se efectúa dando al periférico: • número de unidad. • número de superficie. • número de pista. • número del sector. El brazo sitúa rápidamente la cabeza encima de la pista correspondiente y espera a que el sector en cuestión se posicione bajo la cabeza. En el acceso, por tanto, hay que considerar dos tiempos: • Tiempo de búsqueda de la pista (tb). • Tiempo de espera al sector (te). Los discos suelen tener una o varias referencias físicas (orificios y muescas) para poder identificar los sectores y pistas. Esto se denomina sectorización hardware o física. En los disquetes sólo existe un orificio de alineación y referencia. Este orificio, cuando el disco gira, es detectado por un conjunto fotodiodo/fototransistor utilizándose como punto de referencia para el acceso a las distintas pistas y sectores. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 20 Las unidades de discos rígidos suelen tener unas muescas que identifican los límites de cada sector y el primer sector de la pista. Antes de utilizar un disco es necesario efectuar en él unas grabaciones denominadas "dar formato" o "formateo" del disco. Al formatear un disco se definen por software las pistas, sectores y palabras; además se inicializa un directorio para la información sobre el contenido del disco (como un índice de su contenido). El formateo efectúa una sectorización que detecta y elimina para posteriores grabaciones, las zonas del disco deterioradas. El formateo incluye tablas con los nombres de los ficheros grabados en él, fecha y hora en que se crearon o actualizaron por última vez, espacio que ocupan y direcciones físicas donde se encuentran. Zip (Iomega) Estos discos son dispositivos magnéticos un poco mayores que los clásicos disquetes de 3,5 pulgadas, aunque mucho más robustos y fiables, con una capacidad de 100 MB. Su velocidad de transferencia de datos no resulta comparable a la de un disco duro actual, aunque son decenas de veces más rápidos que una disquetera tradicional. Existen en diversos formatos, tanto internos como externos. Ambos formatos pueden tener interfaz IDE o SCSI. Jaz (Iomega) Es un dispositivo extraíble bastante rápido. La razón de su velocidad es que cada cartucho Jaz es internamente, a casi todos los efectos, un disco duro al que sólo le falta el elemento lector-grabador, que se encuentra en la unidad. Por ello, atesora las ventajas de los discos duros: gran capacidad a bajo precio y velocidad, junto con sus inconvenientes: información sensible a campos magnéticos, durabilidad limitada en el tiempo, relativa fragilidad. De cualquier forma, y sin llegar a la extrema resistencia de los discos Zip, podemos calificar este soporte de duro y fiable, aunque no tanto como un soporte óptico o magneto-óptico. Estos discos se pueden encontrar con capacidades de 1 y 2 GB. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 21 Magneto-ópticos Se trata de di spositivos que aúnan lo mejor de ambas tecnologías (magnética y óptica) para ofrecer un producto con un bajo coste por MB almacenado, bastante rápido, con un soporte absolutamente transportable y sobre todo perdurable: almacenan sus datos durante bastante tiempo, sin afectarles los campos magnéticos (ni el polvo, calor, humedad, hasta un límite razonable), a la vez que permite reescribir los datos tantas veces como se quiera. Son capaces de almacenar hasta 1,3 GB en discos muy similares a los disquetes de 3,5" y hasta 4,6 GB los de 5,25". Tienen una cubierta de plástico para protegerlos de los golpes y el polvo, a diferencia de CDs y DVDs. Su peor inconveniente: el precio. Cintas magnéticas Son los soportes extraíbles que se pueden encontrar con mayor capa cidad y a un precio bajo. Sin embargo, las cintas magnéticas presentan muchos problemas como dispositivo de almacenaje de datos: son muy lentos, los datos se almacenan secuencialmente, por lo que si quiere recuperar un archivo que se encuentra a la mitad de la cinta se deberá esperar hasta que la cinta llegue a esa zona; y además, los datos no están excesivamente seguros, ya que como dispositivos magnéticos les afectan los campos magnéticos, el calor, etc., además del propio desgaste de las cintas. En la actualidad sólo se suelen utilizar para realizar backups del disco duro. Los tipos principales de unidades de cinta son las QIC, Travan y DAT. Las Travan y QIC forman el segmento económico del almacenaje en cinta. Las cintas DAT (Digital Audio Tape) son más rápidas, aunque también más caras, sobre todo la unidad lectora. El acceso sigue siendo secuencial, pero la transferencia de datos continua puede llegar a superar 1 MB/s con interfaz SCSI. CD Y DVD. Dos soportes muy utilizados en la actualidad, ya que los lectores-grabadores ya son estándar en cualquier equipo. La mayoría de los CDs pueden almacenar 650 MB y los Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 22 DVDs 4,7 GB los de simple capa y 8,5 GB los de doble capa (esta capacidad se puede duplicar al hacerlos de doble cara, es decir, escribiendo en las dos caras del DVD). Es importante distinguir entre los discos que son grabables y los regrabables. Los grabables sólo se pueden grabar una vez. Es posible hacerlo en varias sesiones, pero lo escrito en una sesión anterior no podrá ser modificado. Una vez que el disco está lleno o que se “cierra”, no se puede seguir escribiendo en él. Sin embargo, los discos regrabables no tienen esta limitación. Los dispositivos grabadores también son diferentes a los regrabadores, aunque actualmente ya no se suelen utilizar los primeros en equipos nuevos. PC-Cards y Flash-Cards. Utilizan una tecnología similar a las memorias RAM, aunque son no volátiles. Están compuestas por circuitos integrados. Estas tarjetas son compactas, muy fiables y ligeras por lo que resultan ideales para computadoras portátiles, agendas electrónicas, cámaras fotográficas digitales, teléfonos móviles, y otros dispositivos de pequeño tamaño. Las hay de diferentes tipos y capacidades, pudiendo llegar hasta 1 Gb. Las que se pueden conectar al puerto USB de la computadora resultan muy cómodas para transferir la información entre diferentes equipos, ya que no es necesario tener instalado un lector en cada uno de ellos. Tema 3: Unidades funcionales de la computadora Página 23