EL HARDWARE

El hardware es el conjunto de todos los dispositivos físicos, es decir, palpables, que nos permiten introducir y obtener información de un computador; entre estos dispositivos se encuentra el propio computador y todos sus elementos y componentes internos (como pueden ser las tarjetas controladoras del funcionamiento del disco duro y de las disqueteras, la tarjeta de sonido, el microprocesador, etcétera) encargados de procesar la información interna y de funcionamiento del computador.

Los periféricos están constituidos por la impresora, el teclado, la pantalla, las unidades de disquetes y CD-ROM, el disco duro, el ratón, los altavoces el micrófono, el conjunto de cables que permiten la conexión de todos estos dispositivos, etcétera.

El conjunto de todos estos elementos constituye lo que se conoce como hardware y periféricos.

Todos los ordenadores digitales modernos son similares conceptualmente con independencia de su tamaño. Sin embargo, pueden dividirse en varias categorías según su precio y rendimiento: el ordenador o computadora personal es una máquina de coste relativamente bajo y por lo general de tamaño adecuado para un escritorio (algunos de ellos, denominados portátiles, o laptops, son lo bastante pequeños como para caber en un maletín).

La estación de trabajo, un microordenador con gráficos mejorados y capacidades de comunicaciones que lo hacen especialmente útil para el trabajo de oficina; el miniordenador o minicomputadora, un ordenador de mayor tamaño que por lo general es demasiado caro para el uso personal y que es apto para compañías, universidades o laboratorios; y el mainframe, una gran máquina de alto precio capaz de servir a las necesidades de grandes empresas, departamentos gubernamentales, instituciones de investigación científica y similares (las máquinas más grandes y más rápidas dentro de esta categoría se denominan superordenadores).

En realidad, un ordenador digital no es una única máquina, en el sentido en el que la mayoría de la gente considera a los ordenadores. Es un sistema compuesto de cinco elementos diferenciados: una CPU (unidad central de proceso); dispositivos de entrada; dispositivos de almacenamiento de memoria; dispositivos de salida y una red de comunicaciones, denominada bus, que enlaza todos los elementos del sistema y conecta a éste con el mundo exterior.

El Hardware y sus componentes

El hardware abarca todos los componentes materiales del propio computador, sean mecánicos, eléctricos o electrónicos, así como las unidades periféricas, sean teclados, impresoras, monitores, etcétera.

Circuito integrado o chip

A finales de la década de 1960 apareció el circuito integrado (CI), que posibilitó la fabricación de varios transistores en un único sustrato de silicio en el que los cables de interconexión iban soldados. El circuito integrado permitió una posterior reducción del precio, el tamaño y los porcentajes de error.

El microprocesador se convirtió en una realidad a mediados de la década de 1970, con la introducción del circuito de integración a gran escala (LSI, acrónimo de Large Scale Integrated) y, más tarde, con el circuito de integración a mayor escala (VLSI, acrónimo de Very Large Scale Integrated), con varios miles de transistores interconectados soldados sobre un único sustrato de silicio

El circuito integrado es un dispositivo electrónico compuesto por un conjunto de componentes conectados permanentemente entre sí e incluidos en una placa de silicio de menos de 1 mm, formando un conjunto en miniatura.

En un circuito integrado, los componentes activos, diodos, transistores, etcétera, y los componentes pasivos, resistencias, condensadores, etcétera, están integrados dentro de un mismo bloque llamado sustrato.

Fabricación y manipulación de los chips

Los circuitos integrados se dibujan en grandes paneles. Posteriormente se fotografían y se reducen a dimensiones microscópicas, imprimiéndose en finísimas láminas de cristal de silicio. A estas láminas de silicio se les llama “oblea” (en inglés wafer). Así, de cada oblea de pocos centímetros de diámetro (10 cm) y 0,5 mm de grosor se obtienen miles de chips o circuitos impresos.

Estructura interna de un computador

¿Cuáles son los elementos que constituyen el interior de un computador? ¿Cómo están dispuestos en él y de qué manera están conectados entre sí? ¿Qué sucede cuando accionamos una tecla o damos una orden a la máquina? Todo esto se explica en el texto siguiente dedicado a la estructura interna de un computador.

En el estudio de un computador, diferenciaremos cuatro bloques principales:

Unidad central de proceso;

Unidades de memoria;

Controladores;

Unidades de entrada / salida de datos.

Unidad central de proceso

Definiremos la unidad central de proceso de datos como la suma de la unidad de control y la unidad aritmético – lógica. Se conoce por las siglas CPU correspondientes a la expresión inglesa Central Processing Unit.

La CPU puede ser un único chip o una serie de chips que realizan cálculos aritméticos y lógicos y que temporizan y controlan las operaciones de los demás elementos del sistema. Las técnicas de miniaturización y de integración han posibilitado el desarrollo de un chip de CPU denominado microprocesador, que incorpora un sistema de circuitos y memoria adicionales. El resultado son unos ordenadores más pequeños y la reducción del sistema de circuitos de soporte. Los microprocesadores se utilizan en la mayoría de los ordenadores personales de la actualidad.

La mayoría de los chips de CPU y de los microprocesadores están compuestos de cuatro secciones funcionales: una unidad aritmética/lógica; unos registros; una sección de control y un bus interno. La unidad aritmética/lógica proporciona al chip su capacidad de cálculo y permite la realización de operaciones aritméticas y lógicas. Los registros son áreas de almacenamiento temporal que contienen datos, realizan un seguimiento de las instrucciones y conservan la ubicación y los resultados de dichas operaciones. La sección de control tiene tres tareas principales: temporiza y regula las operaciones de la totalidad del sistema informático; su descodificador de instrucciones lee las configuraciones de datos en un registro designado y las convierte en una actividad, como podría ser sumar o comparar, y su unidad interruptora indica en qué orden utilizará la CPU las operaciones individuales y regula la cantidad de tiempo de CPU que podrá consumir cada operación.

El último segmento de un chip de CPU o microprocesador es su bus interno, una red de líneas de comunicación que conecta los elementos internos del procesador y que también lleva hacia los conectores externos que enlazan al procesador con los demás elementos del sistema informático. Los tres tipos de bus de la CPU son: el bus de control que consiste en una línea que detecta las señales de entrada y de otra línea que genera señales de control desde el interior de la CPU; el bus de dirección, una línea unidireccional que sale desde el procesador y que gestiona la ubicación de los datos en las direcciones de la memoria; y el bus de datos, una línea de transmisión bidireccional que lee los datos de la memoria y escribe nuevos datos en ésta

Unidad aritmético – lógica

Efectúa los cálculos aritméticos y lógicos a partir de los datos que le proporciona la unidad de control.

Unidad de control

Esta unidad preside  y controla todo el flujo de información y de datos hacia cada una de las unidades del  computador. La unidad de controles el verdadero cerebro del computador.

Unidades de memoria

En estas unidades se memorizan las instrucciones y los datos. La  memoria se divide en celdas o posiciones, en las cuales se guarda la información. Cada una de estas posiciones tiene una dirección diferente. La unidad de control se encargará de direccionar cada posición a fin de extraer o colocar los datos en la celda correspondiente.

Tipos de memoria

Las utilizadas actualmente son memorias de circuitos integrados. Son rápidas y de acceso directo. Se dividen en varias clases, en función de su durabilidad y su capacidad o incapacidad para ser reescritas. Las más importantes son:

Memorias RAM: en estas memorias, cuyo nombre procede de las siglas en inglés Random Access Memory, se pueden grabar y leer datos. Sin embargo, se trata de una memoria volátil, cuyo contenido se borra al cortarse el suministro de energía.

Memorias ROM: estas memorias, cuyo nombre procede de las siglas en inglés Read Only Memory, son sólo de lectura. No es posible grabar ningún dato en las memorias ROM.

Se trata de memorias no volátiles. Su contenido se graba durante su construcción y no se puede cambiar. Son memorias perfectas para guardar micro programas, sistemas operativos, tablas de conversión, generación de caracteres, etcétera.  

Dispositivos de almacenamiento  

Los sistemas informáticos pueden almacenar los datos tanto interna (en la memoria) como externamente (en los dispositivos de almacenamiento). Internamente, las instrucciones o datos pueden almacenarse por un tiempo en los chips de silicio de la RAM (memoria de acceso aleatorio) montados directamente en la placa de circuitos principal de la computadora, o bien en chips montados en tarjetas periféricas conectadas a la placa de circuitos principal del computador.

 Estos chips de RAM constan de conmutadores sensibles a los cambios de la corriente eléctrica. Los chips de RAM estática conservan sus bits de datos mientras la corriente siga fluyendo a través del circuito, mientras que los chips de RAM dinámica (DRAM, acrónimo de Dynamic Random Access Memory) necesitan la aplicación de tensiones altas o bajas a intervalos regulares aproximadamente cada dos milisegundos para no perder su información.

Otro tipo de memoria interna son los chips de silicio en los que ya están instalados todos los conmutadores. Las configuraciones en este tipo de chips de ROM (memoria de sólo lectura) forman los comandos, los datos o los programas que el computador necesita para funcionar correctamente. Los chips de RAM son como pedazos de papel en los que se puede escribir, borrar y volver a utilizar; los chips de ROM son como un libro, con las palabras ya escritas en cada página. Tanto los primeros como los segundos están enlazados a la CPU a través de circuitos.

Los dispositivos de almacenamiento externos, que pueden residir físicamente dentro de la unidad de proceso principal del computador, están fuera de la placa de circuitos principal. Estos dispositivos almacenan los datos en forma de cargas sobre un medio magnéticamente sensible, por ejemplo una cinta de sonido o, lo que es más común, sobre un disco revestido de una fina capa de partículas metálicas.

Los dispositivos de almacenamiento externo más frecuentes son los disquetes y los discos duros, aunque la mayoría de los grandes sistemas informáticos utiliza bancos de unidades de almacenamiento en cinta magnética. Los discos flexibles pueden contener, según sea el sistema, desde varios centenares de miles de bytes hasta bastante más de un millón de bytes de datos.

Los discos duros no pueden extraerse de los receptáculos de la unidad de disco, que contienen los dispositivos electrónicos para leer y escribir datos sobre la superficie magnética de los discos y pueden almacenar desde varios millones de bytes hasta algunos centenares de millones. La tecnología de CD-ROM, que emplea las mismas técnicas láser utilizadas para crear los discos compactos (CD) de audio, permiten capacidades de almacenamiento del orden de varios cientos de megabytes (millones de bytes) de datos.

Controladores

Los controladores son circuitos integrados (CI) dispuestos en unas tarjetas que forman parte de la estructura hardware de un computador.

Son circuitos que ayudan a la CPU a desarrollar y agilizar su labor. Aunque existen otros, mencionaremos tan solo los más habituales.

Controladores de interfaces serie y paralelo.

Controladores de unidades de disquete o de disco duro.

Controladores de pantalla.

Controladores de teclado.

Interfaces y circuitos de entrada / salida

En todo proceso de elaboración en el interior de un computador, deben existir unos dispositivos que posibiliten el diálogo entre la CPU y las unidades periféricas. Todos estos procesos se realizan a través de unos circuitos a los que se llama puertos de entrada / salida (del inglés: input /output port). Cada uno de estos puertos tiene un circuito especial llamado controlador.

Se conoce como interfaz el dispositivo mediante el cual existe un diálogo entre la CPU y una unidad externa, por ejemplo, la pantalla.

Dispositivos de entrada

Estos dispositivos permiten al usuario del ordenador introducir datos, comandos y programas en la CPU. El dispositivo de entrada más común es un teclado similar al de las máquinas de escribir. La información introducida con el mismo, es transformada por el ordenador en modelos reconocibles.

Otros dispositivos de entrada son los lápices ópticos, que transmiten información gráfica desde tabletas electrónicas hasta el computador; joysticks y el ratón o Mouse, que convierte el movimiento físico en movimiento dentro de una pantalla de computador; los escáneres luminosos, que leen palabras o símbolos de una página impresa y los traducen a configuraciones electrónicas que el computador puede manipular y almacenar; y los módulos de reconocimiento de voz, que convierten la palabra hablada en señales digitales comprensibles para el computador. También es posible utilizar los dispositivos de almacenamiento para introducir datos en la unidad de proceso.

Dispositivo de  salida

Estos dispositivos permiten al usuario ver los resultados de los cálculos o de las manipulaciones de datos de la computadora. El dispositivo de salida más común es la unidad de visualización (VDU, acrónimo de Video Display Unit), que consiste en un monitor que presenta los caracteres y gráficos en una pantalla similar a la del televisor.

Por lo general, las VDU tienen un tubo de rayos catódicos como el de cualquier televisor, aunque los computadores pequeños y portátiles utilizan hoy pantallas de cristal líquido (LCD, acrónimo de Liquid Crystal Displays) o electroluminiscentes. Otros dispositivos de salida más comunes son las impresoras y los módem. Un módem enlaza dos computadores transformando las señales digitales en analógicas para que los datos puedan transmitirse a través de las telecomunicaciones.

Base y ranuras de ampliación

Toda la circuitería que forma un computador se concentra básicamente en la llamada placa base, placa madre o tarjeta madre, formada por una placa de circuitos integrados sobre la cual se integra la totalidad de los componentes electrónicos que constituyen  un computador.

Los tres constituyentes fundamentales de una placa base son el microprocesador, la memoria y las ranuras de ampliación. El  microprocesador dirige todas las operaciones que tienen lugar en el computador. La memoria es la zona en la que se almacena temporalmente la información que recibe y envía el microprocesador. Por último como las ranuras de ampliación (slots) son zócalos longitudinales preparados para que el usuario inserte en ellos las más diversas tarjetas, como por ejemplo, tarjetas de audio, de vídeo, etcétera.

Periféricos

Disponer de un computador  potente, capaz de procesar gran cantidad de información en poco tiempo, y dotado de una memoria que permita almacenar muchos datos es muy importante. Sin embargo, una máquina potente y moderna pierde gran parte de su utilidad cuando no dispone de periféricos adecuados que permitan una fácil entrada y salida de los datos.

Teclado

Mediante el teclado de un computador, podemos introducir datos para elaborarlos, programar dicho computador para un determinado trabajo o enviar instrucciones o comandos a la CPU.                       

El teclado de un computador es muy similar a la de las antiguas máquinas de escribir, pero contiene algunas teclas más para funciones especiales: normalmente, 101 ó 102 teclas diferentes, subdivididas en las categorías siguientes:

Teclas alfanuméricas

Se utilizan para todas las letras mayúsculas y minúsculas, los números y los signos de puntuación. Estas teclas pueden variar según el país y el idioma empleado.

Teclas numéricas

Son las del bloque de la derecha del teclado, dispuestas como una calculadora. Este pequeño teclado es útil para realizar rápidamente cálculos con las cuatro reglas básicas o para introducir fácilmente grandes cantidades de datos numéricos.

Teclas especiales

Tienen asignadas funciones especiales. Las más importantes son [Intro] para la introducción de datos, instrucciones y saltos de línea de un texto; [Retroceso] y [Supr] para el borrado de un carácter equivocado; [Esc], que suele estar asociada a la anulación de un mandato.

Otras dos teclas especiales importantes son [Control] y [Alt], que no tienen una función propia, pero modifican la función de otras al combinarlas con ellas. Por ejemplo, “Control + C”  y “Alt + C” tienen una ación muy diferente que la tecla “C”.

Teclas de función

En general, están separadas del teclado alfanumérico y, según el programa utilizado, pueden estar asociadas a mandatos y acciones específicas.

Teclas de desplazamiento del cursor

En algunos programas (como los tratamientos de textos), desplazan el cursor en las cuatro direcciones cardinales. También existen otras teclas para desplazar el cursor a la parte superior [Inicio] o inferior [Fin] de un texto o sólo para desplazarlo al principio [RePág] o al final [AvPág] de una página.

El funcionamiento del teclado es fácil y obvio: con cada pulsación de tecla se envía al computador un código numérico unívoco a través de un cable adecuado.

Ratón

Todos laos terminales de tipo gráfico disponen, además del teclado normal, del dispositivo llamado ratón, o  (mouse). Es un instrumento de pequeñas dimensiones que el usuario guía deslizándolo por una superficie áspera y, con cada desplazamiento, el ratón comunica al computador la clase de movimiento del cursor gráfico a través de una puerta serie o una puerta especificada oportunamente.

El computador desplaza el cursor una distancia proporcional para situarlo en la posición deseada de la pantalla.

Los ratones disponen de dos o más pulsadores que, al oprimir uno de ellos, ejecutan ciertas funciones. Por ejemplo, se puede arrastrar un objeto, visualizar con un zoom ciertos detalles, mostrar la ayuda en línea, efectuar modificaciones en un texto, etc.

Monitor de pantalla

Las unidades de monitor de pantalla (display) son unidades de salida en la estructura de un computador. Se usan para visualizar datos, instrucciones o comandos dados por el computador o entradas procedentes de la unidad de teclado.

El tamaño de las pantallas para computadores se indica en pulgadas, que corresponden a la longitud de la diagonal  de la zona útil  de visualización de datos. Cada punto de la imagen es considerado individualmente y se le conoce como píxel (picture element).

Al número de píxeles que puede visualizar el monitor se le llama resolución gráfica y se indica en forma de producto, por ejemplo 640 X 400. El primer valor hace referencia a los píxeles o puntos horizontales y el segundo a los píxeles verticales en que se divide el monitor de pantalla.

Existen dos tipos básicos de pantallas, las de tubo de rayos catódicos y las de plasma o planas.

Impresoras

A lo largo de un proceso de elaboración de datos, es necesario que una determinada información sea impresa en un soporte externo y entregada al usuario, para que éste proceda a su utilización. Para ello necesitamos una unidad de impresión de datos o impresora.

Las más  habituales son:

Impresoras de matriz de agujas

En estas impresoras el mecanismo de escritura está compuesto por un cabezal donde se encuentran una serie de agujas o punzones, colocados  en forma que constituyan una matriz. Estos punzones actúan sobre la cinta con el fin de conformar el carácter que hay que imprimir.

Impresoras de chorro de tinta 

Las impresoras de chorro de tinta, o impresoras de inyección, disponen en su cabezal de una serie de pequeños aspersores que proyectan chorros de tinta en configuraciones adecuadas para escribir toda la serie de letras y caracteres. Se caracterizan por su rapidez (en comparación con las impresoras de impacto) y su bajo nivel de ruido.

Impresoras láser

Las impresoras láser son las más complejas de todas las existentes en el mercado. Emplean un rayo láser de baja potencia que incide en un espejo que lo refleja hacia un tambor, de forma que en éste queda reproducida electrostáticamente la página que se desea escribir. Posteriormente, el tambor la imprime sobre el papel.

Unidades de almacenamiento de datos

Es necesario que la información ya elaborada por el computador  pueda guardarse en unidades con mucha mayor capacidad que la memoria de trabajo. A estas unidades se las conoce como memorias de masa y son dispositivos internos o externos a la computadora destinados a almacenar grandes volúmenes de información, tanto de programas como de datos.

Estos dispositivos tienen una particularidad fundamental: los caracteres de información grabados no son volátiles.

Discos flexibles o disquetes

El disco flexible ha permitido disponer de una memoria de masa a bajo costo y que ofrece una gran rapidez en la lectura y grabación de los datos almacenados o que se desea almacenar.

Discos duros

Los discos duros son memorias magnéticas, como los disquetes, pero que permiten almacenar gran cantidad de información, desde algunas centenas de megabytes hasta varias gigabytes. Los hay que se instalan en la CPU de manera fija y otros que se conectan al puerto paralelo permitiendo de este modo que puedan sacarse, así como intercambiarse entre varias máquinas.

Discos CD – ROM y magnetoópticos

Los discos compactos de sólo lectura, más conocidos como CD – ROM (por sus siglas inglesas Compact Disc – Read Only Memory), son soportes que el usuario puede utilizar únicamente para extraer información, que puede leer directamente o que  puede copiar en otras unidades. La información que contienen es inalterable y puede leerse una cantidad ilimitada de veces. También existen los discos ópticos regrabables o los magnetoópticos, en los cuales el usuario puede grabar y leer como un disquete convencional. El primer tipo de discos ofrece todas las ventajas de los disquetes convencionales y una mayor capacidad (hasta 640 Mb).

Módem

Una información compuesta de bits, estados eléctricos binarios 1 y 0, no puede ser transmitida a grandes distancias. Para que la transmisión sea posible es necesario emplear un medio que posibilite la transferencia de los datos, por ejemplo una línea telefónica. Esta función la cumplen los módems, que son periféricos tanto de entrada como de salida. Generalmente, se utilizan como receptores o transmisores en las comunicaciones entre computadores y sus terminales, o entre los terminales de un computador y los de otro.

La palabra módems está formada por los prefijos de las palabras MOdulador / DEModulador.

Escáner

Un escáner es un dispositivo que permite digitalizar un documento impreso cualquiera, ya sea un gráfico, un texto escrito a máquina, un dibujo o una fotografía. Gracias a un haz explorador que recorre toda la imagen, se genera un archivo de datos que es comprensible para el computador, es decir, que éste puede manipular con posterioridad, almacenar en soporte adecuado o reenviar a otra máquina vía módem.