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ESTRUCTURA DE UNA COMPUTADORA U ORDENADOR.
Diseño lógico: Todos los ordenadores actuales responden a la misma idea de máquina. Desde
que a Von Neuman allá en los años 40 se le ocurrió pensar en una máquina de este tipo, no se ha
hecho sino sofisticar sus componentes desde el punto de vista técnico electrónico o comercial. Todos
constan de un circuito llamado UNIDAD DE CONTROL dedicado a activar los demás circuitos o componentes de la máquina en el momento
adecuado; un circuito llamado UNI-
ENTRADA
DAD ARITMÉTICO-LÓGICA dedicado a
hacer los cálculos necesarios y las
comparaciones entre datos; y un circuito llamado MEMORIA (central)
dedicado a mantener los datos disponibles para las otras dos unidades. La
M
E
M
O
R
I
A
CONTROL
Unidad de Control y la Aritméticológica forman conjuntamente lo que
se llama UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP o CPU en inglés). Esta es la
estructura básica de un ordenador.
Todo lo demás se llama en conjunto
ARITMÉTICO
LÓGICA
PERIFÉRICOS. Evidentemente entre
ellos es necesario que haya una unidad de comunicación con el personal
que utiliza la máquina; más bien dos
SALIDA
unidades: una de ENTRADA y otra de
SALIDA. Ha muchos años estas unidades eran cacharros de perforación de tarjetas de cartulina, después se diseñaron las IMPRESORAS para
la salida de datos, posteriormente se añadieron los MONITORES y los TECLADOS al tiempo que el volumen de datos que se utilizaba hizo necesario inventar las llamadas MEMORIAS EXTERNAS AUXILIARES MASIVAS, ¡los discos duros, los disquetes y cd rom de hoy en día! y esas máquinas de cintas que
parecen cassettes gigantes, todas ellas para guardar los datos que no caben en la memoria central y
para mantenerlos almacenados una vez que se apaga la máquina.
Diseño físico: Al principio el diseño físico era prácticamente equivalente al lógico con todos los
cables tirados por el suelo. Hoy, con los japoneses de por medio, resulta que hay un MICROPROCESADOR que es la integración de la unidad de control, la unidad aritmético-lógica y parte de la memoria
central intocable por el usuario (pero necesaria para las cosas del microprocesador, este “tipo” de
memoria se llama ROM por el inglés read only memory); actualmente se identifica CPU con MICROPROCESADOR. También se ve la parte de la MEMORIA CENTRAL, que sí puede utilizar el usuario a
través de los programas, llamada MEMORIA RAM (también por el puñetero inglés random access memory) y aparte también se ven todos los demás cacharros que hacen de entrada y salida y de memoria
auxiliar. Más o menos.
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La mayor parte de los cables ya no están por los suelos, ahora vienen integrados en láminas de
plástico y les llaman “circuitos integrados” o
“tarjetas” que terminan en conectores enchufes más finamente llamados “zócalos” (la parte de cada tarjeta que equivale a los antiguos
cables se llama BUS, como Autobus pero para
datos y señales de control). Como se ha inventado tanto periférico (teclado, ratón, monitor, impresora, disquetera, cd rom o dvd,
lápiz, scaner, plotter, etc, etc, etc.) se ha
hecho necesario incluir en el ordenador otro
circuito llamado BIOS (de nuevo por el conocido inglés basic input output system) que se
encarga de poner orden entre todos los periféricos y la unidad de control al arrancar la máquina y algún que otro CHIP para controles auxiliares.
Diseño de funcionamiento: Actualmente, además de la CPU y las MEMORIAS central y auxiliares, la complejidad de los componentes del ordenador ha hecho necesario distribuir el funcionamiento
en otros pequeños componentes que se diferencian bien por ser chips físicos distintos bien por la función que realizan:
CPU: Como ya se ha dicho, la Unidad Central de Proceso, formada por la unidad de control y la
aritmético-lógica, es el circuito encargado de enviar las señales adecuadas a los demás circuitos para
que se activen en el momento oportuno (función de control) y de realizar las operaciones con los datos (función aritmético-lógica). Tiene pequeños registros (memorias de lectura y escritura), no accesibles por el usuario normal, para cargar los datos de memoria central que necesita y mantener los datos intermedios que se generen hasta producir un resultado. La CPU se pone en funcionamiento después de que la BIOS ha hecho su función inicial (POST, Power On Self Test).
MEMORIAS: Todos los ordenadores tienen una memoria central y varias externas. La memoria
central guarda todos los datos del proceso, incluso datos relativos al propio funcionamiento de la
máquina según los componentes que tenga instalados. Se suele llamar memoria RAM porque, aparte
de que la use el procesador, en las primeras etapas históricas de los ordenadores el usuario tenía que
decidir en qué parte de la memoria debían guardarse los datos. Su característica principal es que es
volátil, lo que quiere decir que sin corriente eléctrica no funciona o que, desde el punto de vista del
usuario, todos los datos que se generen en un proceso deben guardarse en una memoria auxiliar o de
lo contrario se perderán.
Las memorias auxiliares o externas (por aquello de que no son la central) se diseñaron
precisamente para guardar los datos que se producían en los procesos en que se utilizaban estas
máquinas. En la actualidad existen fundamentalmente tres tipos (sin contar las memorias tipo ROM
que al fin y al cabo son circuitos integrados; juegos de la Game Boy o Play Station por ejemplo): Las
magnéticas (disquetes, discos “duros” , cassetes, ...), las ópticas (CD, DVD) y las electrónicas (memorias
flash como Pendrives, tarjetas de fotos, etc) . Estas mantienen los datos intactos sin necesidad de alimentación de corriente, pero los datos no se graban ahí sin una orden específica por parte del usuario.
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BIOS: Físicamente es una memoria ROM, aunque actualmente se puede “reprogramar”, donde
el fabricante ha puesto las instrucciones mínimas necesarias para poner en marcha la máquina. Al
arrancar el ordenador se activa y comprueba la CPU, el monitor, las memorias central y periféricas
(éstas pueden ser memorias ROM integradas en tarjetas controladoras de algún periférico que pueden
contener instrucciones de cómo funciona dicho periférico), el reloj, el teclado y los buses de conexión.
Al final pasa a la memoria RAM las instrucciones adecuadas para que la CPU pueda manejar todos los
componentes de la máquina.
CMOS (Complementary Metal Oxid Semiconductor): Es una memoria cuyo contenido, copiados inicialmente de la BIOS, puede modificar el usuario, pero que sólo contiene los datos de cómo
debe funcionar cada componente del sistema. No pueden grabarse ahí datos resultados de ningún
proceso. Está en conexión con la BIOS para que ésta pueda saber si el usuario ha hecho modificaciones
respecto a lo que viene grabado de fábrica y avisar de alguna anomalía. Se mantiene con una pila, es
decir un ordenador apagado durante mucho tiempo podría perder estos datos y sería necesario volver
a grabarlos. El acceso a la CMOS para grabar modificaciones se hace con la tecla Supr o Del, F2, F10,
F12 etc según el fabricante al arrancar la BIOS.
Puertos: Son las vías de entrada y salida de datos. Además de los correspondientes al teclado,
ratón y monitor, cada uno de los cuales tiene su puerto específico, cada periférico se comunica con la
memoria y CPU a través de un puerto, que puede ser serie, paralelo o USB. Los puertos serie, nombrados COM1, COM2, COM3,..., transmiten un bit (un impulso eléctrico); los paralelo, nombrados LPT1,
LPT2, ..., transmiten 8 bits (1 byte); los USB son puertos serie de alta velocidad que pueden conectarse
en cadena hasta 127.
Ranuras de expansión: Aunque físicamente los ordenadores suelen tener algún puerto serie,
uno paralelo y varios USB, pueden utilizarse más periféricos. En el puerto LPT1 puede ir la impresora,
en COM1 el ratón o periféricos específicos. Actualmente la mayoría de los fabricantes de periféricos
incluyen la posibilidad de conexión a través de USB.
Además, es posible conectar periféricos a través de un circuito tarjeta específico de cada uno
llamado controladora que se inserta en una de los zócalos que vienen incluidos en la placa base (véase
más adelante) y contiene el puerto físico de conexión al periférico. Estos circuitos funcionan como un
puerto serie o paralelo, dependiendo del tipo de periférico, pero necesitan un protocolo (programa
para ponerse de acuerdo con la CPU y demás periféricos) llamado controlador o driver, que puede
venir en la tarjeta en forma de ROM o en un soporte de memoria aparte.
Diseño comercial: Dentro de una caja más o menos metálica nos venden una “tarjeta” llamada
placa base, o placa madre porque en inglés dicen mother board, que tiene incorporados el chip microprocesador, la bios, los circuitos de comunicaciones con el teclado y el ratón, algún que otro ventilador, otros chip auxiliares y un montón de circuitos integrados que van a parar a todos los zócalos necesarios para enchufar la memorias (ram y auxiliares) y los periféricos. Además tiene una fuente de alimentación de corriente (los componentes funcionan a corriente continua de 12, 9 o 5 voltios), la memoria ram que ya viene enchufada para que el ordenador pueda funcionar, una disquetera con un
disco envasado al vacío (como los embutidos, para que no se eche a perder, ¡el disco duro!), una disquetera para disquetes de grabación magnética (en desuso) , una disquetera para discos de grabación
por laser que es el famoso cd rom, un circuito tarjeta para las comunicaciones con la impresora, otro
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para el monitor, que en plan fino se le llama “la tarjeta gráfica”, ambos ya enchufados o incluidos en la
placa base, como no, para que podamos ver datos en pantalla y sacarlos en papel y por fin también
enchufada otra tarjetita para poder reproducir sonidos además del bip bip. Últimamente y por aquello
de internet también incluyen ya, sin preguntar, una tarjeta modem (modulador demodulador) para
poder utilizar líneas de tipo telefónico. La tendencia comercial, debido a que las tarjetas controladoras
son cada vez más pequeñas, va hacia la integración en la placa base de todos esos circuitos relativamente pequeños.
Los cables que todavía se ven por ahí dentro sueltos son cables de alimentación de corriente,
los de conexión de las disqueteras (esos que son muy anchos, porque llevan 16 o más cables a la vez, y
se llaman “cables ide”) y los de conexión a la tarjeta de sonido.
Todo muy bonito.
Por fuera nos venden con su carcasa y todo el monitor, el teclado, la impresora y el ratón como
mínimo. Si no queremos el modem dentro de la caja grande, pues nada, lo pedimos “externo” y ya
está, nos venden otro cacharrito más. Si nos han metido tarjeta de sonido, pues hala, un par de altavoces para oirlo bien. ¿Que queremos comprar a lo grande?, no importa, le añaden a la caja grande (la
torre) un dvd y a presumir. Y a poco que nos descuidemos nos venden también el scaner, el joistick, el
micrófono y alguna otra chuchería de buena apariencia. ¡Pedazo de ordenador me he comprado!.
Práctica 1: Abrir PANEL DE CONTROL, SISTEMA y analizar los distintos componentes del ordenador y sus conexiones. Anotar los dispositivos por tipo.
Abrir los puertos y anotar los recursos que utiliza cada uno.
Abrir PANEL DE CONTROL, MODEM (ficha Diagnóstico) para ver los puertos COM. Anotarlos.
Abrir PANEL DE CONTROL, IMPRESORAS, pedir PROPIEDADES de la impresora activa,
DETALLES y anotar los puertos que se ven.
Reiniciar el ordenador y detener la pantalla de informe BIOS (con Pausa). Anotar los
datos relativos a CPU, reloj, Memoria, disquettes, masters y slaves, display y puertos. (Se continúa con
cualquier tecla).
Reiniciar y acceder a la BIOS (Supr o Del). En STANDARD CMOS e INTEGRATED PERIPHERALS anotar los datos anteriores que aparezcan. Comparar.
Hacer todo esto también en el ordenador de casa y comparar.
Preguntas:
1.- ¿Coinciden las direcciones de memoria de los puertos según el informe BIOS y el informe
del SISTEMA (Windows)?.
2.- ¿Hay algún dispositivo en puerto serie que no sea COM1 o COM2?.
3.- ¿Qué puertos definidos hay que no sean LPT1, COM1 y COM2 o USB?.
4.- ¿Cómo están conectados los dispositivos de memoria auxiliares disquettes A., disco duro C:,
y CD ROM D: según los cables IDE?.
5.- ¿Qué dispositivos, tarjeta gráfica, red, impresora, modem, etc., tiene conectados el ordenador en las ranuras de expansión (mirar físicamente y en Administrador del Sistema de Windows)?
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CODIFICACIÓN DE LOS DATOS
Todos los datos que “circulan” por el ordenador se codifican por medio de unidades llamadas
bits que representamos por 0 o 1 (como queriendo identificar la dualidad apagado / encendido). Simplificando podría decirse que si un cable tiene corriente está transmitiendo un 1 y si no tiene corriente
un 0.
De esta forma se pueden codificar números y letras y otros símbolos que solo tienen significado de control. En concreto, algunos códigos de control y todos los caracteres de escritura se codifican
según la norma ASCII en la que los caracteres están ordenados y cada uno tiene el código del lugar que
ocupa. Fácilmente se llega a la conclusión de por qué se utilizan grupos de 8 bits, llamados bytes, para
esta tabla de códigos. Empezando a contar desde 0, del 32 al 127 son caracteres de escritura, los anteriores son de control y los posteriores son caracteres internacionales y pequeños gráficos para construir dibujos como si fueran puzzles.
Por ejemplo, el código de la letra z es 122. Para traducirlo a bits es necesario conocer el mecanismo de los sistemas de numeración, siendo el “decimal” el punto de partida:
122 es un número que en sistema decimal se entiende (y se lee) como
100+20+2
(cien y veinte y dos, ciento veintidós)
1·100+2·10+2;
1·102+2·101+2·100, cada dígito del número 122 indica cuántas veces
debe sumarse la potencia de 10 correspondiente al lugar que ocupa, empezando a contar potencias desde la 0.
En el sistema de numeración binario (el de dos dígitos 0 y 1) exactamente igual: cada
dígito indica cuántas veces debe sumarse la potencia de 2 correspondiente al lugar que ocupa,
empezando con la potencia 0. Así, el número 10001101 indica que debe sumarse
1·27+0·26+0·25+0·24+1·23+1·22+0·21+1·20
lo cual da en decimal
128+8+4+1, que es el número 141
El código de z 122 correspondería en bits a 1111010
Ejercicio: Escríbase en código binario los diez primeros números naturales.
¿Existe algún procedimiento para pasar de decimal a binario?. Por supuesto, el mismo que
para pasar a cualquier otro sistema: dividir entre la base del sistema de numeración sucesivas veces; el
nuevo número será el cociente añadiéndole la secuencia de restos en orden inverso
141 2
1 70 2
0 35 2
10001101
1 17 2
1 8 2
0 4 2
0 2 2
0 1
Para números relativamente grandes, el número de bits que corresponden hace su lectura bastante complicada, así que se utiliza otro sistema de numeración de base mucho mayor para que el
número correspondiente tenga pocas cifras: es el sistema Hexadecimal, en el que se utilizan 16 dígitos
para escribir números. Quien propuso este sistema por primera vez tuvo poca imaginación ya que eligió como dígitos del sistema hexadecimal los 10 del sistema decimal y las seis primeras letras del abe-
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cedario A,B,C,D,E,F, lo cual provoca un shock inicial, ya que A “tiene un valor decimal” de 10, B tiene
un valor de 11,..., y F un valor de 15. Hasta que uno se acostumbra.
El número 4F corresponde al decimal 4·161+15·160, que es 79
El FF corresponde al 15·161+15·160, 255. Y éste en binario es 11111111
Ejercicio: Escribir en hexadecimal y binario los números decimales del 1016 al 1025
Aunque parece una pérdida de tiempo utilizar el código hexadecimal (por la pesadez
de la conversión a decimal y después a binario), no es así, ya que al ser la base del hexadecimal 16 que
es potencia de 2, en concreto 24, curiosamente cada cifra del sistema hexadecimal se corresponde con
4 cifras del binario y viceversa:
decimal
255
binario
11111111
hexadecimal
FF
15 15
F
F
Ejercicio: Escribir en binario la dirección numérica de los puertos del ordenador.
MEDIDA DE LA CAPACIDAD DE MEMORIA:
Todas las memorias se miden en bytes, es decir, se supone que una memoria es un conjunto
de casilleros seguidos cada uno de los cuales puede almacenar un byte. El total de bytes que puede
almacenar una memoria se llama capacidad de memoria.
También, para acceder a un determinado byte de la memoria, por ejemplo el que está en el lugar 2340 (esto se llama direccionamiento) se utilizan conjuntos de cables de 8, 16 o 32, 1 byte, 2 bytes
o 4 bytes, de manera que se ha aceptado utilizar múltiplos de 2 para nombrar las distintas unidades de
medida, combinados con los nombres dados a los múltiplos de 10:
210 equivale a 1024, aproximadamente 1000, que en decimal diríamos KILO. De una memoria
que tuviera 1024 bytes diríamos que tiene una capacidad de 1 kilobyte, 1KB.
A un “kilo” de kilobytes, 1024·1024, 1048576 bytes, se le llama MEGAbyte, 1MB
Un “kilo” de megabytes, 1024·1024·1024, se llama GIGAbyte, 1GB
Un “kilo” de gigabytes se le llama TERAbyte, 1 TB. Y seguirá.
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