Manual 2013-I 01 Arquitectura Del Computador (0029)

Arquitectura del Computador

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CARRERAS PROFESIONALES CIBERTEC

ARQUITECTURA DEL COMPUTADOR 3

CIBERTEC CARRERAS PROFESIONALES

ÍNDICE

Presentación 5

Red de contenidos 6

UNIDAD DE APRENDIZAJE 1: SISTEMAS DIGITALES

TEMA 01 : Sistemas digitales. 7

TEMA 02 : Compuertas lógicas. 18

UNIDAD DE APRENDIZAJE 2: LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN Y LA MAINBOARD

TEMA 03 : La fuente de alimentación. 29

TEMA 04 : La mainboard. 35

UNIDAD DE APRENDIZAJE 3: MEMORIAS

TEMA 05 : Tipos de memorias. 47

TEMA 06 : Memoria RAM. 61

UNIDAD DE APRENDIZAJE 4: EL CPU

TEMA 07 : El CPU. 70

TEMA 08 : La estructura del CPU y de la memoria. 79

TEMA 09 : Sesión integradora. 89

TEMA 10 : Diagrama en bloques del CPU. 92

UNIDAD DE APRENDIZAJE 5: COMPONENTES DE LA MAINBOARD

TEMA 11 : El chipset y buses de la mainboard. 105

TEMA 12 : Los puertos de la mainboard. 117

UNIDAD DE APRENDIZAJE 6: DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO

TEMA 13 : El disco duro. 128

TEMA 14 : Interfaces del disco duro. 148

UNIDAD DE APRENDIZAJE 7: DISPOSITIVOS DE SALIDA

TEMA 15 : Sistema de video. 160

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TEMA 16 : Dispositivos de salida. 171

TEMA 17 : Sesión integradora 180



PRESENTACIÓN

Arquitectura del Computador pertenece a la línea de tecnología. Se dicta en

las carreras de Computación e Informática, Redes y Comunicaciones, y

Administración y Sistemas. El curso brinda un conjunto de conocimientos y

estrategias técnicas que permitirán a los alumnos comprender el funcionamiento

del computador y cómo utilizarlo adecuadamente en aplicaciones personales y

profesionales dentro de una empresa.

El manual para el curso ha sido diseñado bajo la modalidad de unidades de

aprendizaje, las cuales se desarrollan durante un período determinado. En cada

una de ellas, se especifica el logro que deben alcanzar los alumnos al final de la

unidad; asimismo, se menciona el tema y contenido a desarrollar. Por último, se

indican las actividades que deberán desarrollar los alumnos en cada sesión, las

cuales les permitirá reforzar lo aprendido en la clase.

El curso aplica la metodología de taller. En ese sentido, recurre a técnicas de

metodología activa y trabajo cooperativo. Por esa razón, las actividades se

complementan con presentación de diapositivas, muestra de componentes o de

equipos completos para un mejor entendimiento. De este modo, se propicia la

activa participación del alumno y la constante práctica con el objetivo de lograr

una mejor interpretación del funcionamiento de las partes del computador.

Inmediatamente, después del desarrollo de cada tema, los alumnos deberán

transferir lo aprendido mediante ejercicios dirigidos, dinámicas individuales o

grupales, y tareas que se encuentran en el material de estudios desarrollado

para el curso.

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RED DE CONTENIDOS

Arquitectura del Computador

Sistemas

Digitales

Compuertas

Lógicas

CPU

(Microprocesador)

CPU Procesadores

actuales

Componentes internos del

computador

RAM y

ROM

Mainboard

Dispositivos de

Almacenamiento

Dispositivos

de Salida

Disco duro y SSD

Interfaces de disco

Impresora Sistema de video



SISTEMAS DIGITALES

LOGRO DE LA UNIDAD DE APRENDIZAJE

Al término de la unidad, el alumno, de manera individual, diseña e implementa sistemas digitales básicos mediante el uso de simuladores, dentro de los cuales están el sumador flip - flop y registro.

TEMARIO

Introducción a los sistemas digitales.

Computadores analógicos y digitales.

El bit y el byte.

Medidas de almacenamiento de datos.

ACTIVIDADES PROPUESTAS

Los alumnos reconocen diferencias entre los sistemas digitales y analógicos.

Los alumnos reconocen diferencias entre los tipos de computadores.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

1

TEMA

1

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1. INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS DIGITALES En el mundo que nos rodea, se suele encontrar dos tipos de sistemas bastante conocidos:

Sistemas analógicos Sistemas digitales

Para poder entender cómo trabajan los sistemas digitales y analógicos, es necesario entender, primero, el concepto de sistema. Sistema es un conjunto de componentes que interactúan entre sí y que tienen un mismo objetivo, es decir, todos los componentes trabajan para el mismo objetivo. También, es necesario entender, primero, a las variables digitales y analógicas. Las variables analógicas toman diferentes valores y cambian de manera continua, como lo hace, por ejemplo la temperatura. Las variables digitales sólo toman dos valores posibles: encendido y apagado.

1.1 Los Sistemas Analógicos (SA) Los sistemas analógicos están formados por un conjunto de componentes que interactúan entre sí para lograr el mismo objetivo o utilidad de ese sistema. Un sistema para que sea analógico debe usar variables de entrada y de salida analógicas.

1.2 Los Sistemas Digitales (SD) Los sistemas digitales se caracterizan porque sus variables de entrada y salida sólo tienen dos estados posibles. Estos estados pueden tomar los siguientes valores:

Verdadero Falso Alto Bajo Cerrado Abierto 5 voltios 0 voltios 1 0

Existen diversos ejemplos de sistemas digitales y analógicos, que se encuentran en diversas aplicaciones que se usan, pero cómo se puede reconocer si el sistema es analógico o digital. Esto se puede lograr si se determina, antes, cómo son sus variables de entrada y salida. Por ejemplo, si el sistema tiene variables de entrada y de salida digitales, se puede asegurar que es un sistema digital.



Uno de los sistemas que se debe analizar, ante la pregunta si es analógico o digital, es la calculadora. En este sistema, sus variables de entrada son teclas, las cuales están presionadas o no están presionadas (variable digital), y su variable de salida es un display con dígitos, los cuales están formados por 7 segmentos o “focos” que están encendidos o apagados (variable digital). Por lo tanto, si sus variables de entrada y de salida son digitales, se puede asegurar que la calculadora es un sistema digital.

El siguiente sistema a analizar es el computador, donde la pregunta es la misma, es un sistema analógico o digital. La respuesta es ambos en el sentido que los primeros computadores fueron analógicos, mientras que los actuales son digitales.

1.3 Computadores analógicos Los primeros computadores, muchos años atrás, fueron analógicos y estaban implementados con componentes mecánicos, eléctricos y electrónicos. Su programación se encuentra cableada en los circuitos que lo integran y tiene sólo una aplicación. Sus variables de entrada y salida son analógicas. Las variables de entrada mediante potenciómetros fijan algún valor dentro de un rango y las de salida pueden obtener una determinada temperatura o un determinado nivel de líquido, siempre dentro de un rango. En el siguiente gráfico, se puede apreciar dos ejemplos de computadores analógicos. El primero de ellos tiene componentes electrónicos, mientras que el de la derecha es totalmente mecánico, ésta es la máquina diferencial 2 de Babbage (1891) utilizado sólo para un cálculo matemático.

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1.4 Computadores digitales Los computadores digitales son aquellos que permiten su programación por medio de lenguajes, en los cuales se usan códigos binarios (0`s y 1`s). Usan variables digitales y éstas toman sólo dos valores posibles, asociados al 0 y al 1. La importancia de los computadores digitales es que se le puede dar uso en diferentes aplicaciones; para ello, se les debe cambiar de software o programa.

Actualmente, es común que se use el computador para escuchar música, como también para la comunicación a través de Internet o para ver películas. Todo ello es posible gracias a que el computador digital acepta diversos programas, a los cuales se les llama software, que es la parte flexible o modificable del computador. Los computadores usados, hoy en día, son digitales. Los computadores analógicos son historia, tal como ocurre con el uso de los celulares, donde ya nadie quiere usar un celular analógico, conocido popularmente como “ladrillo”. Los computadores digitales se clasifican de la siguiente manera:

Supercomputadores Los supercomputadores son el tipo de computador más potente y más rápido que existe en el mundo. Estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y son dedicadas a una tarea específica. Asimismo, son las más caras, ya que sus precios alcanzan los cientos de millones de dólares, dado que están construidos con miles de microprocesadores que permiten alcanzar enormes velocidades de procesamiento. Los supercomputadores se utilizan para tareas específicas como las siguientes: − Control de la energía y armas nucleares. − Búsqueda de yacimientos petrolíferos. − Estudio y predicción de tornados. − Estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo. − Elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo, etc.

Debido a su elevado precio, los supercomputadores se construyen en poca cantidad en un año. Un ejemplo es el Supercomputador Blue Gene/L desarrollado por IBM para Lawrence Livermore National Laboratory. Blue Gene se convirtió, en el 2005, en el supercomputador más rápido del mundo. Está instalado en el laboratorio estadounidense Lawrence Livermore. Esta máquina se dedicará principalmente al almacenamiento y transmisión de datos entre diversos sistemas informáticos. Gracias a este computador, EEUU volvió a encabezar la lista de países con las máquinas más potentes del mundo, con lo cual le arrebató ese título a Japón, que lo tenía desde 2002 con el Earth Simulator. Científicos estadounidenses develaron, el 9 de junio del 2008, que el computador más rápido del mundo, llamado Roadrunner (“correcaminos”), es capaz de realizar 1,000 billones de cálculos por segundo y su propósito central será trabajar con armas nucleares. Para dar una idea de la velocidad del supercomputador, expertos de IBM señalaron que si cada uno de los 6,000 millones de habitantes del planeta usaran un computador personal y trabajaran 24 horas por día, les demoraría 46 años concretar lo que Roadrunner hace en un solo día.



Roadrunner (“correcaminos”) es un supercomputador del Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México. Ha sido diseñado conjuntamente por IBM y el personal del laboratorio. Actualmente, es el supercomputador más rápido (junio del 2008). Está equipado con más 12,000 procesadores tipo PowerXCell 8i que están colocados en paralelo; además, éstos han sido mejorados y diseñados, originalmente, para la videoconsola Sony Playstation 3. También, cuenta con 6.912 procesadores Opteron de AMD.

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Macrocomputadores Los macrocomputadores son, también, conocidos como mainframes. Los mainframes son grandes, rápidos y utilizan sistemas costosos, que son capaces de controlar cientos de usuarios, simultáneamente, así como cientos de dispositivos de entrada y salida. Los mainframes tienen un costo que va desde 350,000 dólares hasta varios millones de dólares. Los macro computadores soportan varios programas simultáneamente. En el pasado, un mainframe ocupaba habitaciones completas o hasta pisos enteros de algún edificio; sin embargo, hoy en día, es parecido a una hilera de archivadores en algún cuarto con piso falso. Esta distribución es para ocultar los cientos de cables de los periféricos; además, su temperatura tiene que estar controlada mediante sistemas de aire acondicionado.

Minicomputadores En 1960, surgió el minicomputador. Es una versión más pequeña del macro computador, porque como está orientado a tareas específicas, no necesitaba de todos los periféricos que necesita un mainframe. Esto ayudó evidentemente a reducir el precio y los costos de mantenimiento. En general, un minicomputador es un sistema multiproceso (varios procesos en paralelo), que es capaz de soportar desde 10 hasta 200 usuarios simultáneamente. Los minicomputadores utilizan sistemas seguros, debido a que son sistemas cerrados con hardware y software propios. No son atacados por virus, por lo que las empresas bancarias usan estos sistemas para su seguridad. Un ejemplo actual de minicomputador es el AS/400 de IBM. El AS/400 es un ordenador de IBM de gamas baja y media, que llega a compararse con los grandes host y con los pequeños servidores Windows y Linux, es decir, este minicomputador es para todo tipo de empresas y departamentos. AS/400 de IBM fue comercializado por primera vez en 1988 y sigue fabricándose, actualmente, bajo el nombre de i5 (anteriormente eServer iSeries).



Microcomputadores (PC) Los microcomputadores o Computadores Personales (PC´s) tuvieron su origen con la creación de los microprocesadores. Los PC´s son computadores para uso personal. Son relativamente baratos y, actualmente, se encuentran en las oficinas, escuelas y hogares. El término PC se deriva del modelo “IBM PC” que la empresa IBM sacó a la venta en el año 1981, el cual se convirtió en un tipo de computador ideal para uso “personal”. Desde ese momento, el término “PC” se estandarizó y los clones que sacaron posteriormente otras empresas fueron llamados “PC´s compatibles”. Estos últimos usaban procesadores del mismo tipo que los de IBM, pero de un costo menor, aunque podían ejecutar el mismo tipo de programas. Existen otros tipos de microcomputadores, como el Macintosh®, que no son compatibles con el PC de IBM, pero que, en muchos de los casos, se les llama también “PC´s” por ser de uso personal.

Los computadores actuales más usados son los microcomputadores conocidos como PC. El curso de Arquitectura del computador está referido a éste y se tratará como un sistema digital para conocer cómo procesa los ceros y unos.

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1.5 El BIT (Binary digit) Para trabajar con los sistemas digitales, se debe conocer el concepto de BIT, el cual es la unidad básica de la información digital. Se representa con un “0” o con un “1”. El bit puede estar representado en la práctica por uno de los dos estados que toma la variable digital (alto o bajo, cerrado o abierto, encendido o apagado).

Con un bit sólo se pueden definir 2 estados, pero los sistemas de cómputo usan innumerables estados. Para ello, se hace uso de la combinación de bits. Por ejemplo: Si se usan 2 bits, se puede tener 4 estados diferentes: 00 01 10 11 Si se usa 3 bits, se puede tener 8 estados diferentes: 000 001 010 011 100 101 110 111 Si se usa 8 bits, se puede tener 256 estados diferentes: 00000000 00000001 ............... 11111110 11111111 Si se tiene n bits, se pueden obtener 2n estados diferentes. Es usual trabajar con conjuntos de 8 bits, a los cuales se les llama BYTES. Las unidades de medida, que se utilizan para determinar la cantidad de datos o información que se guarda en algún medio de almacenamiento, son básicamente dos: el bit y el byte.

− Bit: unidad básica y puede tomar los valores: 0 ó 1. − Byte: conjunto de 8 bits.

1.6 Unidades de medida de almacenamiento de la información

Es importante tener en cuenta que la información se mide en bits o en bytes, pero cuando se trabaja con cantidades muy grandes, se requiere del uso de factores, los cuales son los siguientes:

Kilo = K = 1024

Mega = M = 1024 x 1024

Giga = G = 1024 x 1024 x 1024

Tera = T = 1024 x 1024 x 1024 x 1024 De esta manera, se puede expresar la cantidad de información en: KiloByte (KB) = 1,024 bytes. MegaByte (MB) = 1,024 KB aproximadamente 1 millón de bytes. GigaByte (GB) = 1,024 MB aproximadamente mil millones de bytes. TeraByte (TB) = 1,024 GB aproximadamente un millón de MB.

Para realizar las conversiones entre unidades de medida, es necesario conocer los valores de cada factor y la relación entre el bit y el byte. Por ejemplo:

a) Convertir 60 bytes a bits:

60 bytes = 60 x 8 bits = 480 bits



Se aprecia que sólo se reemplazó el valor del byte por 8 bits.

b) Convertir 129 024 bytes a KB: 129 024 bytes = 129 024 bytes x K = 126 KB 1024

Como se solicita expresar la cantidad de datos en KB, se necesita agregar el factor K, por lo que, para no alterar el resultado, se agrega K/1024 = 1.

c) Convertir 100 MB a bytes: 100 MB = 100 x 1024 x 1024 bytes = 104 857 600 bytes

Este caso fue más sencillo, solo bastó reemplazar el factor K por su equivalente 1024 x 1024.

e) Se tiene una memoria RAM de 256 MB. Entonces, esta memoria tendrá lo siguiente:

= 256 x 1024 KB = 256 x 1024 x 1024 bytes = 256 x 1024 x 1024 x 8 bits f) Si un archivo tiene 1 000 000 000 bits, esta cantidad puede ser

reemplazada por:

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Autoevaluación

Indique si los siguientes sistemas son digitales o analógicos: Un termómetro Una calculadora Una guitarra eléctrica Un monitor de PC

Determine dos diferencias entre computadores digitales y analógicos.

¿Qué características tienen los supercomputadores?

Determine dos diferencias entre microcomputador y minicomputador.

Indique ¿porqué se considera al PC como un sistema digital?

Dé cinco ejemplos de sistemas digitales e identifique sus variables de entrada y salida.



Resumen

Los primeros computadores fueron analógicos, pero, actualmente, son digitales. Si se tiene n bits, se pueden obtener 2n estados diferentes. El Byte es un conjunto de 8 bits Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas.

http://www.old-computers.com/museum/computer.asp?c=286

En esta página, podrás visitar el museo de computadores antiguos.

http://www.top500.org/

En esta página, podrás ver el ranking de los supercomputadores.

http://www.old-computers.com/museum/computer.asp?c=286

http://www.top500.org/

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COMPUERTAS LÓGICAS


Al término de la unidad, el alumno explica las características de los sistemas digitales y determina la medida en bits y bytes.

TEMARIO

Compuertas lógicas.

Propiedades del álgebra de Boole.

Tabla de verdad.


Los alumnos completan las Tablas de verdad de las compuertas lógicas.

Los alumnos establecen diferencias entre bits y bytes.

Los alumnos comprenden las funciones de cada una de las compuertas.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

1

TEMA

2



1. COMPUERTAS LÓGICAS, TABLA DE VERDAD Y ÁLGEBRA DE BOOLE

1.1 Compuertas lógicas Los sistemas digitales tienen variables de entrada digitales, por lo que ingresan al sistema ceros y unos. Éstos son procesados y entregan variables de salida, también, como ceros y unos. La pregunta es qué hay dentro del sistema que procesa los bits, qué componentes tienen para que frente a un ingreso de bits puedan generar una salida de bits. La respuesta es que, para lograr el objetivo del sistema, está formado por componentes básicos llamados compuertas digitales, las cuales permiten realizar operaciones lógicas, como las que se verán más adelante. Existe un conjunto de compuertas digitales, cada una de ellas desarrolladas para una determinada aplicación. Por ejemplo, algunas suman lógicamente, otras multiplican lógicamente e, incluso, pueden comparar e invertir valores. Todas las compuertas lógicas tienen una representación matemática (algebraica) y una representación gráfica. Se ven, a continuación, cada una de ellas:

1.1.1 Inversor o compuerta NOT La compuerta lógica NOT tiene una variable de entrada y otra de salida, pero el valor de salida será opuesto al de entrada. La función lógica es la siguiente: Z = Ā

Representación gráfica

Tabla de Estado

A es la variable de entrada y Z es la variable de salida. Si A = 1 lógico, entonces Z = 0 lógico. Por otro lado, si A = 0 lógico, entonces Z = 1 lógico. Debido a este comportamiento, esta compuerta, también, es llamada inversora. Las compuertas NOT se pueden conectar en cascada y lograr, después de dos compuertas, la entrada original, que se comportará como un buffer.

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1.1.2 AND La compuerta lógica AND multiplica las variables de entrada; por ello, puede tener dos o más variables de entrada, y una de salida. Para el caso de dos entradas, su función lógica se representa así:

Z = A . B


Tabla de Estado

Las variables de entrada son A y B, y la salida es Z. La ecuación lógica indica que Z es igual a 1 lógico sí y sólo sí A es igual a 1 lógico, y B es igual a 1 lógico. Visto de otra forma, si tanto A o B o ambas son iguales a cero lógico, entonces Y es igual a cero lógico. Esta compuerta multiplica las variables de entrada, por lo que, para llenar la tabla de estado, se debe multiplicar las entradas.

Una compuerta AND puede tener muchas entradas. Una AND de múltiples entradas puede ser creada conectando compuertas simples en serie. Si se necesita una AND de 3 entradas y no hay disponible, es fácil crearla con dos compuertas AND, como se muestra en el siguiente diagrama.

1.1.3 OR La compuerta lógica OR suma las variables de entrada; por ello, puede tener dos o más variables de entrada, y una de salida. Su función lógica se representa así:

Z = A + B


Tabla de Estado



La ecuación lógica indica que Z es igual a 1 lógico si A es igual a 1 lógico o B es igual a 1 lógico, o tanto A como B son iguales a 1 lógico. Visto de otra forma, Z es igual a 0 lógico sí y sólo sí A y B son iguales a 0 lógico.

1.1.4 NOR La compuerta lógica NOR suma y niega a las variables que tiene a la entrada. Su función lógica es la siguiente:


Tabla de Estado

Esta compuerta surge de la conexión de una compuerta OR y un inversor en cascada. Las variables de entrada son A y B, y la salida es Z. La ecuación lógica indica que Z es igual a 0 lógico si A es igual a 1 lógico o B es igual a 1 lógico, o ambos son iguales a 1 lógico. Visto de otra forma, Z es igual a 1 lógico sí y sólo sí A es igual a 0 lógico y B es igual a 0 lógico. Nótese que esta compuerta es lo contrario a la compuerta OR. 1.1.5 NAND La compuerta lógica NAND multiplica y niega las variables que están en su entrada. Su función lógica es la siguiente:


Tabla de Estado

Esta compuerta surge de la conexión de una compuerta AND y una NOT en cascada. Las variables de entrada son A y B, y la salida es Z. La ecuación lógica indica que Z es igual a 0 lógico si A es igual a 1 lógico y B es igual a 1 lógico. Visto de otra forma, si tanto A o B, o ambas son iguales a 0 lógico, entonces Z es igual a 1 lógico. Nótese que esta compuerta es lo contrario a la compuerta AND.

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La compuerta NAND puede ser usada para implementar una compuerta NOT. Incluso, se puede desarrollar todo un sistema digital con sólo compuertas NAND. Se va a explicar la posibilidad de usar la compuerta NAND de dos entradas como una compuerta NOT o inversor. En el gráfico, se aprecia la compuerta NAND de dos entradas, las entradas son A y B, y la salida es Z, donde Z es el producto negado de A y B.

Si en lugar de tener dos entradas diferentes A y B, las dos entradas fuesen iguales a la entrada X (A = B = X), la salida Z sería el producto negado de X y X, tal como se muestra en el siguiente gráfico.

Si la entrada es X y la salida es la negación de X, esta compuerta se está comportando como la compuerta NOT.

1.1.6 OR Exclusive o Ex OR La compuerta lógica OR Exclusive o Ex Or, cuando tiene dos entradas, se puede usar para comparar las entradas. Su función lógica es la siguiente:


Tabla de Estado

Las variables de entrada son A y B, y la salida es Z. La salida Z es 1 lógico sí y sólo sí A es diferente de B; si A y B son ambas 0 lógico, o ambas son 1 lógico, entonces Z es igual a 0 lógico,



1.1.7 OR Exclusive negado o Ex NOR La compuerta lógica OR Exclusive negado o Ex NOR, también, compara las variables de entrada cuando éstas son dos: A y B. Su función lógica es la siguiente:


Tabla de Estado

Las variables de entrada son A y B, y la salida es Z. La salida Z es 1 lógico sí y sólo sí A y B son iguales, ya sea que ambas sean 0 lógico o ambas sean 1 lógico. Si A y B son diferentes entre sí, entonces Z es 0 lógico.

1.2 Álgebra booleana Para trabajar con los sistemas digitales, se tuvo que desarrollar la matemática necesaria, lo cual fue posible, entre otros, gracias al matemático inglés George Boole (1810-1864), quien desarrolló la teoría en la que se basan los computadores para manipular los datos, es decir, desarrolló el álgebra de Boole. La lógica booleana está compuesta por una serie de operaciones que se aplican sobre las variables booleanas, las cuales sólo pueden tener dos valores o estados: verdadero o falso, set o reset, 1 ó 0, cerrado o abierto, etc. Las operaciones lógicas, cuando actúan sobre las variables de entrada booleanas, dan lugar a una función booleana.

Para implementar un sistema digital, se necesita determinar el circuito lógico, el cual va a ser desarrollado por un conjunto de compuertas interconectadas, donde cada una de ellas realizará alguna operación lógica para cumplir lo establecido en el álgebra de Boole. En este circuito lógico, se procesarán los bits. Para ello, se hace efectivo el “1” y el “0” a través de voltajes, es decir, se usan dos niveles de voltajes fijos: un nivel alto para el “1” y un nivel bajo para el “0”. Los sistemas digitales están representados a través de circuitos digitales. El sistema digital es un conjunto de componentes que interactúan entre sí y que tienen un objetivo. Estos componentes son las compuertas digitales (AND, OR, NOT, etc.), que al combinarse dan a lugar a otros tipos de elementos digitales como compuertas complejas, codificadores, memorias, flip-flops, microprocesadores, microcontroladores, etc. Los sistemas digitales pueden resultar muy complejos. En realidad, se construyen de un número muy grande de circuitos muy simples (compuertas digitales), pero siempre trabajan con variables digitales, las cuales solamente toman dos valores posibles: "0" y "1". Asimismo, si usamos interruptores, éstos pueden tomar, también, dos estados posibles: "abierto" y "cerrado", o "Off" y "On", donde el estado abierto corresponde a “0” y el estado cerrado corresponde a “1”.

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Los posibles estados de las variables de entrada, que afectan a los sistemas digitales, se pueden representar en una tabla de estado, también, llamada tabla de estado.

1.3 Propiedades del álgebra de Boole

Les presentamos algunas propiedades del álgebra de Boole:

Ley de Idempotencia. Es la propiedad para realizar una acción determinada varias veces y aún así conseguir el mismo resultado. A . A = A A + A = A

Ley Asociativa: ( A + B ) + C = A + ( B + C ) ( A · B ) · C = A · ( B · C )

Ley Conmutativa: A . B = B . A A + B = B + A

Ley de involución:

Ley Distributiva: A + (B · C) = (A + B) · (A + C) A · (B + C) = (A · B) + (A · C)

Absorción:

A + Ā . B = A + B

Leyes de Morgan. Ley de las equivalencias que nos permiten trabajar con una sola compuerta, por ejemplo una NOR en lugar a usar dos inversores y una compuerta AND.

Identidades del álgebra de Boole:



1.4 La Tabla de verdad o Tabla de estado La Tabla de verdad describe el funcionamiento del sistema digital. Ésta puede tener varias columnas en la entrada, lo cual depende de la cantidad de variables de entrada; además, tiene las columnas de las variables de salida, las cuales pueden ser una o más, de acuerdo al sistema digital. Se puede trabajar con una tabla para cada salida o una sola tabla para todas las salidas. La tabla presenta, a la izquierda, las variables de entrada y, debajo de ellas, los estados de las entradas, las cuales tienen todas las combinaciones posibles de las entradas.

2ⁿ es igual al número de combinaciones en la Tabla de verdad Donde n es el número de las variables de entrada de la Tabla de verdad. Por ejemplo, si la tabla tiene dos variables de entrada, tendrá 22 estados, o sea, 4 estados; si la tabla tiene 3 variables de entrada, entonces tendrá 23 = 8 combinaciones, por lo tanto 8 estados.

La salida tomará el valor de cero o uno en cada estado, lo cual depende del sistema, tal como se puede apreciar en las dos tablas siguientes:

22 = 4 combinaciones o estados 23 = 8 combinaciones o estados

Para desarrollar un sistema digital, se debe partir de su Tabla de estado o Tabla de verdad, porque, en ella, se debe haber establecido cómo debe responder cada una de las salidas frente a cada estado de entrada. Si se tiene la Tabla de estado, se puede generar la función lógica de la salida, la función lógica simplificada y, finalmente, hacer el circuito lógico en base a las compuertas lógicas. Para comprender fácilmente esto, se va a explicar en base a un ejemplo sencillo. Se usará, para ello, la Tabla de estado de la compuerta OR de dos entradas.

En la Tabla de estado, se puede apreciar las variables de entrada A y B, las cuales generan 4 estados diferentes. Por otro lado, se observa que la salida Z es igual a “0” en el estado “00” (cuando A=0 y B=0) y “1” en los tres estados restantes. Para determinar la función lógica de la salida, se debe tener en cuenta

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que ésta se obtiene como una suma de términos, donde la cantidad de términos depende de la cantidad de unos que tenga la salida. Cada término depende del producto de las variables de entrada y del estado en el cual la salida vale “1”. Para cada estado, el producto de las variables se verá afectado si para ese estado la variable vale cero, por ejemplo, para el estado 01, donde A toma el valor cero, el término será Ā.B.

En el ejemplo anterior, Z = ∑ (m1, m2, m3)

Si se resume, se puede decir que la función lógica de la salida Z es igual a la suma de términos, donde Z vale “1”. Luego de haber determinado la función lógica, esta expresión no debe ser usada para implementar el circuito lógico, porque, antes, se debe simplificar y, para ello, se necesita conocer el álgebra de Boole, con cuyas identidades se puede obtener una expresión más sencilla, donde resulte un circuito con el menor número de compuertas, como el obtenido a continuación.

Finalmente, se ha obtenido la función lógica simplificada de Z y ésta va a servir para obtener el circuito lógico, el cual, para este caso, se trata de una compuerta OR.

Como se ve, para el desarrollo de un sistema digital, la determinación de la función lógica es sencilla, la cual se determina simplemente como una suma de términos, lo complicado es la simplificación y, para ello, se debe conocer las propiedades e identidades del álgebra de Boole.



Autoevaluación

¿Cuál es la compuerta lógica que suma?

¿Cuál es la compuerta lógica que multiplica?

¿Cuál es la compuerta lógica que compara?

¿Para qué se utiliza la compuerta lógica buffer?

Conecte dos inversores para crear un buffer.

Realice las conexiones de una compuerta lógica NOR para convertirla en un inversor.

En cada una de las expresiones, determine a qué es igual:

Dado los siguientes circuitos lógicos: Determine la Tabla de verdad y la función lógica equivalente.

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Resumen

Bit: unidad básica que puede tomar los valores 0 ó 1. Byte es un conjunto de 8 bits. Las compuertas digitales son los componentes básicos de los sistemas digitales. Las Tablas de verdad describen el funcionamiento del sistema digital. Para determinar la función lógica de la salida, se debe tener en cuenta que ésta se

obtiene como una suma de términos, donde la cantidad de términos depende de la cantidad de unos que tenga la salida. Cada término depende del producto de las variables de entrada y del estado en el cual la salida vale “1”.

Identidades del álgebra de Boole:

Las compuertas lógicas vienen en chips. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/comp_log.htm

Aquí, hallarás información de compuertas y podrás ver cómo funcionan.

http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/Labview/gatesfunc/index.html#andgate

Aquí, hallarás información de compuertas y podrás ver cómo funcionan,

http://www.profesormolina.com.ar/electronica/componentes/int/comp_log.htm

http://www.ee.surrey.ac.uk/Projects/Labview/gatesfunc/index.html#andgate



LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN


Al finalizar la unidad, el alumno, explica las características de la fuente de alimentación y describe la función principal de la mainboard e identifica sus componentes.

TEMARIO

Voltaje, corriente y potencia en un computador.

Representación de bits con voltajes.

La fuente de alimentación.

El case, su función y tipos.


Los alumnos diferencian el voltaje de la corriente.

Los alumnos reconocen los diferentes voltajes de la fuente de alimentación.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

2

TEMA

3

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1. LA FUENTE DE ALIMENTACIÓN

1.1 Voltaje, corriente y potencia en un computador El voltaje es la magnitud física que, en un circuito eléctrico, impulsa a los electrones a lo largo de un conductor. Es decir, conduce la corriente eléctrica con mayor o menor potencia. El voltaje es la energía que desplaza a los electrones a través de los circuitos, esta energía nos venden para que funcionen nuestros equipos de la casa, como televisores, refrigeradoras, etc., y también nuestra computadora esta energía se reparte a cada domicilio, usando voltaje alterno de 220 voltios. En nuestra PC, la fuente de alimentación convierte la corriente alterna de 220v (o 110v según el país) a corriente continua con voltaje adecuados para la PC, estos voltajes continuos o voltajes DC son apropiados para los circuitos digitales. Los voltajes DC (Direct Current o corriente directa) son proveídos por las pilas o baterías, pero para no tener que gastar en pilas, se hace uso e la fuente de alimentación. Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de energía. La corriente se mide en amperios, unidad que nos permite determinar si estamos consumiendo mucha corriente. Cuando leemos las especificaciones de los equipos hacen referencia al voltaje y a la corriente, por que el producto de los dos determina otro parámetro importante que es la potencia eléctrica. La potencia eléctrica es la cantidad de energía entregada o absorbida por un elemento en un tiempo determinado. Si la corriente aumenta o el voltaje aumenta, también aumenta la potencia y al aumentar la potencia aumenta el calentamiento. Por ejemplo los procesadores actuales son de mayor potencia por lo que necesitan buen sistema de enfriamiento o cooler. Todos los componentes que forman parte del computador y que tiene chips y motores, consumen energía, por lo que se incrementa la potencia al haber más componentes.

Cuando uno decide ensamblar uno mismo su computador, no es fácil saber cual será la potencia necesaria de la alimentación. Para poder tener una idea de que potencia es necesaria existen simuladores tal como el que ofrece Asus en su sitio Web que nos ayuda a elegir correctamente la potencia necesaria en función de los componentes. http://support.asus.com/PowerSupplyCalculator/PSCalculator.aspx?SLanguage=es-es 1.2. La Fuente de Alimentación La fuente de poder o de alimentación es un dispositivo que se monta en el gabinete de la computadora y que se encarga básicamente de transformar la corriente alterna de la línea eléctrica comercial en corriente directa o continua; la cuál es utilizada por los elementos electrónicos y eléctricos de la computadora. Otras funciones son las de suministrar la cantidad de corriente y voltaje que los dispositivos requieren así como protegerlos de subidas de voltajes en el suministro eléctrico.

http://support.asus.com/PowerSupplyCalculator/PSCalculator.aspx?SLanguage=es-es

http://support.asus.com/PowerSupplyCalculator/PSCalculator.aspx?SLanguage=es-es



Como los componentes internos del CPU trabajan con corriente continua y con voltajes pequeños, como +5V DC, ±12V DC y 3.3V DC, es necesario del uso de la fuente de alimentación, la cual transforma la energía recibida de 220V AC a voltajes adecuados para el PC.

Los voltajes DC son entregados mediante un conjunto de cables y un conector principal de 20 pines, aunque, en los modelos actuales, se ha producido un cambio a 24 pines con el objeto de poder entregar un nivel mayor de corriente. Las potencias de estas fuentes han alcanzado valores de hasta 750 watts en comparación a fuentes de 150 a 200 watts de años atrás.

En la parte trasera de la fuente, destaca visiblemente uno de los componentes de la fuente de alimentación: el ventilador, el cual es necesario para disipar el calor generado en todo el proceso. En algunos casos, también, se muestra un selector para cambiar entre 115 y 230 voltios; sin embargo, es importante mantenerlo en 230, sino se “quemará” la fuente por exceso de energía. Asimismo, algunas fuentes disponen de un interruptor, con el cual se puede apagar completamente la fuente. No obstante, se debe tener en cuenta que las fuentes son del tipo ATX, lo que implica que su encendido es lógico, es decir, no utiliza un switch que conecta y desconecta la energía, sino dispone de un botón, con el cual al cambiar sus estado da la orden de apagado o encendido.

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1.3. El Case

Todos los componentes del computador se protegen dentro de un gabinete metálico, el cual presenta diferentes medidas, es decir, uno son más grande que otros, algunos están en posición vertical y otros en posición horizontal. Los tipos de gabinete más comunes son los siguientes: Mini Tower, Mid Tower, Full tower, Desktop y Slim.

El sentido común indica que un gabinete de un tamaño y calidad adecuados puede resolver muchos problemas posteriores de ampliación y mantenimiento del equipo. Por otra parte, los gabinetes verticales ofrecen mejor ventilación y mayor espacio para ampliación.

Actualmente, los gabinetes son del tipo ATX. La diferencia entre los antiguos llamados AT y los actuales ATX estriba en el conector de alimentación. Además, en los case ATX, el apagado se hace mediante el sistema operativo. En cambio, los actuales CPU´s se pueden apagar y encender directamente desde la red.

El gabinete o case permite alojar, como ya se mencionó, a la mainboard, discos duros, lectoras/grabadoras de CD o DVD, disquetera, etc. Para ello, presenta bahías de dos tamaños, de 5¼ y 3½, tal como se aprecia en la siguiente figura. En la bahías de 5¼, se instala, por ejemplo la lectora - grabadora de CD/DVD y, en las de 3½, se instalan los discos duros. Asimismo, junto con ellos, se encuentra la fuente de alimentación o fuente de poder.

1- Botón de Encendido. 2- Botón de Reseteo. 3- Lector de Memorias. 4- Puertos de Sonido. 5- Puertos USB. 6- Lector de CD-DVD.



Autoevaluación

¿Qué permite el voltaje?

Determine los tipos de case más usados.

¿Qué características tienen las fuentes de alimentación?

Determine dos diferencias entre un case desktop y minitower.

¿Qué diferencia hay entre el voltaje DC y el AC?

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Resumen

Los primeros computadores fueron analógicos, pero, actualmente, son digitales. El voltaje es la energía que desplaza a los electrones a través de los circuitos Todos los componentes del computador se protegen dentro de un gabinete

metálico llamado case. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas.

http://www.letheonline.net/ggabinetes.htm

En esta página, podrás visitar una galería de case.

http://www.hispazone.com/Guia/98/Fuentes-de-Alimentacion-tipos-caracteristicas-

e-instalacion.html

En esta página, podrás ver características de la fuente de alimentación.

http://www.letheonline.net/ggabinetes.htm

http://www.hispazone.com/Guia/98/Fuentes-de-Alimentacion-tipos-caracteristicas-e-instalacion.html

http://www.hispazone.com/Guia/98/Fuentes-de-Alimentacion-tipos-caracteristicas-e-instalacion.html



LA MAINBOARD


Al finalizar la unidad, el alumno, explica las características de la fuente de alimentación y describe la función principal de la mainboard e identifica sus componentes.

TEMARIO

Definición y funciones de la mainboard.

Tipos de mainboard.

Componentes del mainboard.


Los alumnos diferencian los tipos de mainboards por el factor de forma.

Los alumnos reconocen los diferentes tipos de puertos y slots.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

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TEMA

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1. LA MAINBOARD

1.1. Definición y funciones de la Mainboard La mainboard es llamada, también, motherboard, placa base o placa madre. Es una tarjeta de circuitos impresos del computador. Sirve como medio de conexión entre los diferentes componentes del CPU, dentro de los cuales está el microprocesador, los controladores de diferentes dispositivos, las ranuras para conectar la RAM del sistema, la ROM, y las ranuras o zócalos (slots) que permiten conectar tarjetas controladoras que necesitan adicionarse al computador. Asimismo, en la mainboard, están los buses de conexión, que están implementados mediante pistas sobre las superficies del circuito impreso. Está el conector de 24 pines, a través del cual recibe los diferentes voltajes que entrega la fuente. Está el zócalo, donde se inserta el microprocesador y otros más. En la siguiente figura, se puede apreciar algunos de estos componentes de una mainboard que acepta microprocesadores Core 2 Duo en el zócalo 775.

Otro ejemplo es la siguiente tarjeta madre, donde se aprecian los componentes modernos la Desktop Board Intel® DH55PJ en factor de formato microATX ofrece un equilibrio entre las características tradicionales y las premium en un nuevo diseño con bajo consumo de energía. Veamos las características de este mainboard:

o Compatibilidad con memoria DD3-1333MHz o Dos ranuras para hasta 8GB de memoria RAM del sistema. o Controlador de sonido Intel de alta definición (HD), integrada, con sonido

envolvente 5.1. o Controlador de red Intel PRO10/100/1000 Mb/s integrada. o Un slot o ranura PCI para las tarjetas antiguas o Dos slots PCI express 1X para tarjetas de red, sonido que permitan

reemplazar a las que están integradas. o Un slot PCI express 16X para video



Esta placa es compatible con los procesadores Intel Core i7, Core i5, Core i3 e Intel Pentium en el paquete LGA1156. Esta board cuenta con conectores VGA y DVI-D y es compatible con visualización doble independiente para procesadores con Gráficos Intel HD.

Desktop Board Intel® DH55PJ

1.2 Componentes de la mainboard

Toda PC está formada por una placa base y una serie de placas de expansión o tarjetas controladoras, fabricadas en peltrax, un derivado de la fibra de vidrio, cada una de las cuales está destinada a cumplir una función específica, dependiendo del tipo de controlador que tenga la placa.

Es en la mainboard donde se alojan los principales componentes de una PC y se conectan las tarjetas de expansión.

Más allá de las diferencias originadas por las distintas generaciones, en todos los mainboard encontraremos una serie de componentes comunes. El componente en el que se conecta una tarjeta se le denomina, en forma genérica, slot o zócalo, pudiendo en algunos casos denominárselo conector; además, se encuentra los puertos, los cuales permite conectar dispositivos, así de esta manera, en toda PC tendremos un puerto para el teclado, un puerto para el monitor, etc. Los componentes básicos que se encuentran en la placa son:

Zócalo del Microprocesador: éste es el zócalo donde se coloca el microprocesador. Las medidas y la cantidad de contactos varían según el tipo de procesador utilizado. Posee los anclajes necesarios para la colocación del cooler.

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Chipset Northbridge. También llamado “Puente Norte”, es el encargado de proporcionar el bus del procesador y controlar la memoria, así como de administrar el tráfico con el bus AGP o PCI Express. Su función principal es interconectar a tres elementos importantes de alta velocidad: el procesador, la RAM y la tarjeta de video. En la actualidad, en algunas modelos de PC´s este chip ha sido absorbido e integrado en el propio CPU o procesador.

Como es un dispositivo de alta velocidad, genera mucho calentamiento, por lo que usa un disipador para liberar el calor, este chip es cubierto por el disipador de aluminio y por ello no se aprecia el chip.

Chipset Southbridge. También llamado “Puente Sur”, es la parte del chipset encargada de brindar conectividad entre el resto de dispositivos, sobre todo los de menor velocidad, ya que el puente norte se reserva la conexión de los tres elementos más rápidos. Lleva integrados diferentes controladores y por ello decimos que controla a los discos duros, al bus PCI, al PCI express, a los puertos USB, a los puertos del teclado, red, entre otros. El diagrama en bloque que a continuación se muestra, confirma lo expresado para ambos chipset.



Slots de Expansión PCI. En estas ranuras se insertan las placas de sonido, los módems y otros dispositivos de múltiples usos. Fue el zócalo de expansión más usado, pero en la actualidad ha sido reemplazado por el PCI Express.

Slot de Expansión AGP y PCI Express 16X. Se trata de un slot de conexión especialmente diseñado para conectar las tarjetas de video, la versión antigua es AGP, la versión actual es PCI express 16X. Ambos son totalmente incompatibles, por lo que, en la mainboard se encuentra solo uno solo de ellos. En el gráfico se puede mostrar dos slots PCI express 16X, de color rojo y azul, acompañado de dos slots PCI y dos slots PCI express 1X, siendo estos los más pequeños.

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Conectores. Los motherboards que respetan la norma ATX incorporan un grupo de conectores estándar: serie, paralelo, teclado y mouse PS/2. Además, en la mayoría de los casos actuales, se agrega sonido y conector estándar para controladores de juego, se los llama también puertos del mainboard.

Zócalos de Memoria. aquí es donde se alojan los módulos de RAM indispensables para el funcionamiento de la PC. Generalmente, los distintos tipos de zócalos reciben el nombre correspondiente al tipo de memoria que aceptan. Por ejemplo, slot DIMM, RIMM, DDR, DDR2, DDR3.

Memoria ROM BIOS. Este chip alberga el software básico del motherboard, que le permite al sistema operativo comunicarse con el hardware. Antes eran memorias ROM estándar donde no permitían se modifique su contenido sin retirarlo del mainboard, pero actualmente se usan memorias EPROM del tipo flash (EEPROM) que permiten que se pueda modificar los contenidos a través de la actualización del BIOS.

Pila. Dentro de los programas que tiene el BIOS, está el SETUP, el cual permite configurar al mainboard, como resultado de la configuración se generan datos, los cuales se guardan en una memoria RAM pequeña llamada RAM CMOS. La RAM CMOS necesita una batería para mantener los datos de



la configuración (Setup) y la fecha y hora del sistema. Es necesario cambiarla cada tres o cuatro años.

Conectores IDE – SATA. Aquí se conecta los cables que permiten la conexión con los discos duros y las lectoras/grabadoras de CD/DVD. El conector del cable plano es el de tipo IDE o ATA y el conector pequeño de la derecha es el SATA. En la actualidad se usa el SATA ya que es de mayor velocidad.

Conector de alimentación. A través de este conector ATX, se proporciona al mainboard la energía eléctrica necesaria, proveniente de la fuente de alimentación.

Conectores externos de una Mainboard

1. Conectores PS/2 para mouse y teclado, incorporan un icono para distinguir su uso específico.

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2. Puerto paralelo, puerto utilizado por la impresora. Actualmente es reemplazado por el puerto USB.

3. Conectores de sonido, las mainboards modernas incluyen “on board” una tarjeta de sonido con todas sus conexiones.

4. Puerto serie, utilizado para mouse y conexiones de baja velocidad entre PCs.

5. Puerto USB, puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos, como los escáneres o las cámaras digitales.

6. Puerto FireWire, otro puerto de alta velocidad empleado por muchos dispositivos externos. No todos las mainboards cuentan con una conexión de este tipo.

7. Red, generalmente las mainboards de última generación incorporan una placa de red on board y la conexión correspondiente.

1.3. Tipos de Mainboard Existen diversos tipos de mainboards, esta diversidad depende de diferentes factores, en este caso buscaremos la diferencia usando el factor de forma o dicho de otra manera, respecto a las dimensiones y forma del mainboard. Presentamos solo tres factores de forma:

1.3.1. ATX

El estándar ATX (Advanced Technology Extended) se desarrollo como una evolución del factor de forma de Baby-AT, para mejorar la funcionalidad de los actuales E/S y reducir el costo total del sistema. Este fue creado por Intel en 1995. Fue el primer cambio importante en muchos años en el que las especificaciones técnicas fueron publicadas por Intel en 1995 y actualizadas varias veces desde esa época, la versión más reciente es la 2.2 publicada en 2004.

Una placa ATX tiene un tamaño de 305 mm x 244 mm (12" x 9.6"). Esto permite que en algunas cajas ATX quepan también placas microATX.

Otra de las características de las placas ATX son el tipo de conector a la Fuente de alimentación, el cual es de 24 (20+4) contactos que permiten una única forma de conexión y evitan errores como con las fuentes AT y otro conector adicional llamado P4, de 4 contactos. También poseen un sistema de desconexión por software.

1.3.2 AT A la tarjeta madre AT de tamaño completo se le llama así debido a que corresponde al diseño de la tarjeta madre original de la IBM AT. Esto permite una tarjeta muy grande de hasta 12 pulgadas de ancho por 13.8 pulgadas de



largo. El conector del teclado y los conectores de ranuras deben apegarse a requerimientos específicos de ubicación para ajustarse a las aperturas del gabinete.

Este tipo de tarjeta sólo se ajusta en los gabinetes populares Baby-AT o minitorres y debido a los avances en la miniaturización en cómputo, la mayoría de los fabricantes ya no las producen. 1984 AT 305 × 305 mm (IBM) Baby AT: 216 × 330 mm AT: Es uno de los formatos más grandes de toda la historia del PC (305 × 279–330 mm), definió un conector de potencia formado por dos partes. Fue usado de manera extensa de 1985 a 1995.

1.3.3 LPX

El factor de forma LPX y mini LPX es un diseño parcialmente de propietario, desarrollado originalmente por Western Digital para algunas de sus tarjetas madre. Las iniciales LP, de LPX, significan de bajo perfil, porque este diseño incorporaba ranuras paralelas a la tarjeta madre, lo cual permitía instalar tarjetas de expansión “acostadas”.

Este tipo de mainboard se encuentra en equipos desarrollados principalmente por Compaq y Packard Bell. Estas tarjetas fueron empleadas en sistemas con gabinetes tipo slim y tipo torre. Las tarjetas LPX se distinguen por varias características particulares. La más notable consiste que las ranuras de expansión están montadas sobre una tarjeta de bus vertical que se conecta en la tarjeta madre

1.4 Configuración de la mainboard Toda mainboard necesita ser configurada. Esta configuración se hace por hardware y software.

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1.4.1 Configuración por hardware Para la configuración por hardware, se debe usar la información del manual de usuario, tal como se muestra luego, donde se ha tomado las indicaciones de un mainboard Asrock. Esta configuración se hace mediante jumpers de la siguiente manera: o Cuando el jumper está colocado sobre los pines, el jumper está

“SHORT”. o Si ningún jumper está colocado sobre los pines, el jumper está “OPEN”.

La ilustración muestra un jumper de 3-pines, cuyo pin1 y pin2 están “SHORT”, es decir, el jumper está colocado sobre estos 2 pines.

La configuración por hardware es muy limitada en la mayoría de los mainboards, como la limpieza de la RAM CMOS (Clear CMOS).

o Limpiar RAM CMOS

El restablecimiento de la CMOS permite que se limpien los datos de la RAM CMOS. Los datos incluyen información de la configuración del sistema, tal como contraseña, fecha, tiempo y parámetros de la configuración del sistema. Para limpiar y, sobre todo, reconfigurar los parámetros del sistema a la configuración de fábrica, se debe, primero, apagar el computador. Luego, se debe pasar el jumper a los pines 2 y 3 durante 5 segundos. Por último, retornar el jumper a su posición inicial, pines 1 y 2.



Autoevaluación

Indique cuál es la aplicación del mainboard.

Determine dos diferencias entre mainboard ATX y LPX.

¿Qué características tiene el chip set norte?

¿Qué tipo de memorias se instalan en un mainboard?

Indique cuáles son los puertos más usados del mainboard.

Indique cómo se puede conectar los discos duros al mainboard.

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Resumen

El factor de forma LPX y mini LPX es un diseño parcialmente de propietario,

desarrollado originalmente por Western Digital El puerto paralelo es utilizado por la impresora, actualmente es reemplazado por

el puerto USB. La RAM CMOS necesita una batería para mantener los datos de la configuración

(Setup) Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas.

http://historia-mainboard.blogspot.com/

En esta página, podrás los diferentes tipos de mainboards.

http://www.ibase-usa.com/products.html

En esta página, podrás ver diferentes tipos de mainboards.

http://historia-mainboard.blogspot.com/

http://www.ibase-usa.com/products.html



TIPOS DE MEMORIAS


Al término de la unidad, el alumno, explica la función de de los diferentes tipos de memorias y sus características básicas.

TEMARIO

Tipos de memorias en el PC.

Función de las memorias.

Clasificación de las memorias: RAM y ROM.

Tipos de memorias según su ubicación.


Los alumnos, a través de la observación de una mainboard, determinan las memorias que usa.

Los alumnos comparan los tipos de memorias RAM y ROM.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

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TEMA

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1. Clasificación de las memorias Las memorias dentro de la computador constituyen elementos muy importantes para su funcionamiento de la PC, su función es la de almacenar datos e información, ya sea temporal o permanentemente, esto depende de la aplicación y del tipo de memoria. Las memorias se clasifican en dos tipos: RAM y ROM, tal como se aprecia en el siguiente cuadro.

1.1 La memoria RAM La memoria RAM es una memoria de acceso aleatorio utilizada como almacén temporal, donde se almacenan las instrucciones de los programas y los datos. Se dice que esta memoria es volátil, debido a que necesita energía para mantener lo almacenado; por ello, si se apaga el computador, todo lo que tenía almacenado desaparece.

Esta memoria se clasifica por la forma de sus celdas en dos tipos: SRAM y DRAM. Las memorias SRAM son RAM estáticas (Static RAM). Son usadas para trabajar a altas velocidades; por ello, se usan para la implementación de la memoria caché. Sus celdas de memoria son FF’s-D, con las cuales consigue mejorar la velocidad de lectura y grabación, pero, para su fabricación, necesita de mucho espacio en la pastilla de silicio, que es donde van los chips.

Las memorias DRAM son RAM dinámicas (Dynamic RAM). Son usadas para almacenar grandes cantidades de información; por ello, se usan para la implementación de la RAM principal, donde se necesita que haya un espacio muy grande que almacene a todo el SO y a las aplicaciones. Las celdas de memorias están formadas por placas metálicas que hacen el papel de un condensador, el cual guarda por un tiempo la carga eléctrica. Cuando el condensador está cargado, se interpreta que hay un “1” y, cuando está descargado, se asume que hay un “0”. Para poder mantener la carga en los condensadores que tiene almacenado un “1”, se debe refrescar estas memorias cada cierto tiempo, porque si no se refresca la memoria, se pierde la información. Por ello, estas memorias son llamadas dinámicas.

Las memorias DRAM evolucionaron para buscar mejoras, desde FPM, EDO, BEDO hasta las actuales SDRAM o RAM Dinámica Sincrónica. La nomenclatura de sincrónica es para indicar que está controlada por una señal de reloj.



1.2 La memoria ROM

La memoria ROM es una memoria de sólo lectura (Read Only Memory). Los programas almacenados en ROM no se pierden al apagar el computador; por el contrario, se mantienen guardados en los chips del ROM sin necesidad de energía. Por esta razón, se dice que no es una memoria volátil.

El usuario puede leer y ejecutar los programas de la memoria ROM, pero no puede escribir en ella. La memoria ROM es ideal para almacenar las rutinas básicas a nivel de hardware, por ejemplo el programa de inicialización o de arranque de procesadores. Por ello, esta memoria se encuentra en la mainboard, en la tarjeta de video, en los discos duros, impresoras, entre otros.

La memoria ROM usa circuitos para formar una matriz de elementos que actúan como fusibles. Cada “fusible” es una celda que puede almacenar un bit, por ejemplo si deja pasar la corriente, vale “1”, pero si no deja pasar la corriente, vale “0”. Esta memoria se clasifica en PROM y EPROM.

Las memorias PROM (Programmable Read-Only Memory) están fabricadas y desarrolladas con todos sus fusibles intactos (todos en “1”). Se emplea una máquina especial llamada programador de PROM o quemador de PROM para fundir los fusibles, uno por uno, según las necesidades del software que se va a codificar en el chip. Este proceso se conoce normalmente como el "quemado" de la PROM. Los efectos de quemar la PROM son permanentes, es decir, no se puede modificar, ni actualizar el programa que lleva dentro. La PROM se parece mucho al CD-R que permite grabar una sola vez. Las EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) son memorias ROM programables y borrables. Las celdas de esta memoria están formadas por semiconductores que se comportan como fusibles, es decir, dejan pasar la corriente. Éstos pueden ser quemados (“0”), pero se pueden retornar a sus condiciones iniciales (“1”).

Hay dos tipos de memorias EPROM: UVEPROM y EEPROM. Las UVEPROM (Ultraviolet Erasable Programmable Read-Only Memory) son fáciles de distinguir de los otros chips, porque tienen una pequeña ventana transparente en el centro de la cápsula. Invariablemente, esta ventana está cubierta con una etiqueta de cualquier clase y por una buena razón: el chip se puede borrar, a causa de la luz ultravioleta de alta intensidad que entra por la ventana. Por ello, para borrar estas memorias, se las expone a la luz ultravioleta durante una hora aproximadamente. Sin embargo, para la grabación, se necesita de un hardware y software especial. En la actualidad, se usan poco estas memorias. Un ejemplo del uso de estas memorias son las ROM BIOS.

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Las EEPROM (Electrical Erasable Programmable Read-Only Memory) son memorias programables y fáciles de borrar eléctricamente. En las primeras EEPROM, el borrado era posible aplicando voltajes de 25 voltios, que son superiores a los voltajes usados en el PC. Posteriormente, la tecnología permitió que el borrado y la escritura sean a 5 voltios, con lo cual se hizo muy popular. La primera aplicación de estas memorias fue reemplazar los ROM BIOS de las mainboards, con lo cual se hizo más popular el nombre de memoria FLASH.

En la actualidad, estas memorias están en las memorias USB y en los discos de estado sólido (SSD).

Ha sido tan alto el éxito alcanzado de la memoria FLASH, que se han creado diversos medios de almacenamiento para diferentes equipos. Por ejemplo, se encuentra en las cámaras fotográficas, en los celulares, etc.

1.3 Tipos de memorias según su ubicación Para conocer sobre las memorias que existen en el computador, se va a comenzar identificando cuáles son ellas para tratar de entender su función como parte del PC. Para ello, en el siguiente gráfico, se observa una mainboard que, como se sabe, es uno de los componentes más importantes del computador, en donde se conecta diferentes componentes, como los siguientes:

La tarjeta de video donde se encuentra la memoria VRAM o RAM de video.

La RAM principal, en módulos, que se inserta en los zócalos o sockets para la RAM.

El CPU o microprocesador, el cual, como se sabe, tiene la memoria caché internamente. En la mayoría de los CPU´s, se disponen de dos memorias identificadas con L1 y L2.

Conectado directo, en la mainboard, se encuentra el chip que almacena el BIOS, al cual se ha llamado ROM BIOS y que, posteriormente, se verá que ha sido cambiado por otro chip de memoria FLASH, por lo que las actuales mainboards ya no usan ROM BIOS, sino FLASH BIOS.

Por último, otra memoria que viene integrada en la mainboard, en particular en uno de sus chips del chipset (puente sur), se le llama RAM CMOS.



1.4 Función de las memorias

1.4.1 RAM de video o VRAM Las tarjetas de video necesitan usar memoria RAM, la cual se llama VRAM (RAM de video). Ésta se usa para almacenar los gráficos que se deben mostrar en el monitor. La información de las imágenes está almacenada como un conjunto de bits, los cuales corresponden a la imagen digitalizada, y el procesador de video es el que se encarga de convertir los ceros y unos en señales para enviarlas al monitor, a través de conector. La imagen siguiente muestra los cuatro chips en la tarjeta de video, los cuales corresponden a la VRAM. En cuanto a la cantidad de memoria que disponen las tarjetas actuales, ésta va desde 256 MB a 1 GB de VRAM y, probablemente, esta cantidad siga incrementándose.

1.4.2 La RAM Principal La RAM principal es la memoria que, hasta ahora, se le ha llamado, simplemente, RAM. Su función es almacenar el sistema operativo y las aplicaciones, ya que, de acuerdo al diseño del computador, todos los programas a ser ejecutados deben ser cargados a la memoria RAM. Esta

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memoria ha evolucionado mucho y se ha tratado de mejorar su capacidad de almacenamiento como, también, su velocidad. Más adelante, se detallarán los diferentes modelos y características más importantes.

1.4.3 La Memoria caché La memoria caché es un almacén temporal de alta velocidad y de baja capacidad. Esta memoria permite que el CPU pueda trabajar a su velocidad de proceso, ya que con la memoria RAM no lo puede conseguir. Como se ha visto, anteriormente, las velocidades de los módulos de RAM son inferiores a la velocidad del CPU. La memoria caché ha sido fabricada de manera diferente a los chips de memoria de la RAM principal. Esto se explicará cuando se desarrolle la clasificación de memorias. Sin embargo, por la forma de generar las celdas para memoria caché, éstas ocupan mucho espacio y, como se necesita que estén dentro del CPU, su capacidad se ve limitada. En el gráfico, se puede ver a la memoria caché L2 del CPU de AMD. También, se aprecia a la memoria caché L1 que está dividida en dos: una parte almacena las instrucciones de los programas que se están ejecutando; y la otra parte, los datos, que son resultado de la ejecución del programa. Por ejemplo, si se está escribiendo una carta, las instrucciones del programa MS-Word deberán estar en L1 (parte de instrucciones); y el contenido de la carta, en L1 (parte de datos). La mayoría de los procesadores actuales usan, también, la memoria caché L3, que es de mayor capacidad que L1 y L2.

1.4.4 La ROM BIOS La memoria ROM es una memoria no volátil, en la cual se almacena el BIOS (Sistema Básico de Entrada / Salida). Se vio que esta memoria es importante en el momento del encendido, ya que, el programa que tiene, permite al CPU realizar la carga del sistema operativo del disco duro a la memoria RAM. El BIOS es un sistema básico conformado por un grupo de programas, entre los cuales se encuentra: el POST, el BOOT y el SETUP. Ha sido desarrollado por diferentes empresas, dentro de las cuales las más importantes son AMI y AWARD. Sin embargo, en los últimos tiempos, están tomando importancia el BIOS de Compaq, IBM, INTEL, entre otros.



El POST (Power On Self Test) es el programa que permite hacer un autodiagnóstico en el momento del encendido. Verifica el funcionamiento de los componentes de la mainboard, por ejemplo si el teclado tiene problemas, el POST podrá informar en la pantalla: “Keyboard Error”. No obstante, si la falla está en la tarjeta de tarjeta de video, no tiene forma de avisar la presencia de dicho error a través de la pantalla, por lo que recurre al uso de una secuencia de pitidos, la cual debe estar codificada y grabada, previamente, en el POST.

Para conocer los códigos del POST para diferentes fabricantes de BIOS, se puede recurrir a la página: http://www.bioscentral.com, tal como lo muestra el siguiente gráfico.

En algunas mainboard modernas, el sistema del POST es mucho más sofisticado y de ayuda más directa. Para ello, cuenta con LEDS, los cuales le permiten dar mejor los mensajes y generar, con ello, caracteres como los que se pueden apreciar en la siguiente figura de una mainboard MSI.

Se aprecia que el mensaje, que aparece luego de haber concluido el POST satisfactoriamente, es el siguiente: “MSI”. Ahora, los diferentes mensajes se mostrarán de manera resumida en la siguiente tabla.

http://www.bioscentral.com/

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El BOOT Boot es el programa que le permite al CPU cargar el sistema operativo en la RAM. Primero, para ello, debe identificar de dónde el CPU va a cargar dicho sistema. Generalmente, el sistema operativo (SO) se encuentra en el disco duro, pero hay situaciones en que el SO es tomado desde un CD, DVD o, incluso, desde una memoria USB. Por lo tanto, para que se pueda cargar el SO de alguno de estos dispositivos de almacenamiento, éstos deben tener instalado o preparado un SO. Un disco duro puede tener instalado el SO Windows XP. En cambio, un CD o DVD puede ser el de instalación del Windows y tiene los archivos de sistema para que pueda “bootear”, a estos dispositivos se les dice que son “booteables”. En el siguiente gráfico, se muestra el proceso de carga del sistema operativo del disco duro a la RAM. Esta tarea es realizada por el CPU, que toma las instrucciones del BOOT. Asimismo, en el diagrama en bloque, se muestra otros dos dispositivos, de donde se puede cargar el SO a la RAM. Por lo tanto, se aprecia que el objetivo es cargar el SO a la RAM para que el CPU pueda trabajar bajo el control de este sistema, ya que el CPU por sí solo no es nada. El control del computador, tanto en hardware como en software, lo hace el sistema operativo.

De otro lado, si se tiene varios dispositivos booteables, se debe tener, también, la forma de indicar de dónde se quiere cargar el SO. Esto se hace mediante el otro programa llamado SETUP, desde el cual se define la



secuencia de booteo o secuencia de arranque. Ahí, se debe determinar al primer dispositivo de almacenamiento, luego al segundo y así sucesivamente, como en la lista que aparece.

Dispositivo removible

Disco duro

CD ROM

Red En el caso de que se quiera instalar el sistema operativo en el disco duro, se debe elegir al CD ROM como primer dispositivo y como segundo al disco duro.

El SETUP SETUP es el programa que permite configurar los componentes instalados en la mainboard. Mediante éste, se puede configurar la fecha, la hora, la secuencia de inicio (booteo), establecer contraseña (de esta manera, nadie puede usar el computador si no conoce dicha contraseña), el tipo del disco duro, CD, disquetera, entre otros.

Cada vez que se enciende el computador, se ejecuta el POST y, al culminar, muestra un mensaje que invita a ingresar al SETUP. Para ingresar al SETUP, en algunos casos, se indica presionar F1; en otros, F2; también, F10; y en la mayoría, la tecla DEL o suprimir.

Los diferentes fabricantes de BIOS presentan el programa, para configurar, con diferentes sistemas de menús. Por ejemplo, el gráfico anterior tiene como alternativas en su menú lo siguiente: Standard CMOS Features Este menú se usa para la configuración básica del sistema, tal como fecha, hora, etc.

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Advanced BIOS Features Este menú se usa para configurar las características especiales de algunos componentes, como el CPU, chipset y secuencia de arranque.

Si se elige la secuencia de arranque, se puede apreciar lo siguiente.

Integrated Peripherals Este menú se usa para configurar a los periféricos integrados.



Bios Setting Password Este menú se usa para configurar la contraseña. Save & Exit Setup Esta opción permite guardar la configuración y salir del SETUP.

1.4.5 Flash BIOS El BIOS es un sistema importante, sobre todo, en el momento del encendido del computador. Primero, realiza el diagnóstico inicial. Luego, lleva a cabo la carga del SO. Además, permite la configuración de la mainboard. Este programa está almacenado en la memoria ROM, por lo que, generalmente, se llama ROM BIOS. En la actualidad, la memoria ROM ha cambiado por la memoria FLASH (tipo especial de ROM). Por lo tanto, ahora, se le llama FLASH BIOS. En el siguiente gráfico, se puede ver a los dos tipos de memorias.

La memoria Flash ha sido elegida porque tiene la posibilidad de ser escrita sin necesidad de sacar el chip de la mainboard, a diferencia del ROM BIOS que es sólo de lectura. De esta forma, el BIOS, en una memoria FLASH, puede ser actualizado por una nueva versión. Para esta actualización, no se necesita extraer el chip de la mainboard, sólo se debe ejecutar un programa desde Windows. Un ejemplo de ello es el caso de actualización de BIOS Express de Intel. Para ello, se descarga y guarda el archivo de actualización del BIOS Express en un directorio temporal en el equipo de destino. Luego, se ejecuta siguiendo las instrucciones del programa.

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Después que se reinicia el computador, no se debe apagar hasta que concluya la actualización. Cuando ésta ha terminado, aparecerá la siguiente ventana, que informa la culminación del proceso.

1.4.6 La RAM CMOS Como resultado de la configuración, se generan datos, los cuales se deben guardar en una memoria especial llamada RAM CMOS. Estos datos deben ser guardados en una memoria que consuma muy poca energía, por lo que se recurrió a usar memorias hechas con CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor).

Estas memorias, también, son volátiles, como la RAM principal; por lo tanto, deben usar una pila o batería con la intención de mantener los datos almacenados en ella cuando el computador esté apagado. Además, trabaja junto a un reloj de tiempo real, el cual mantiene actualizadas la hora y fecha.

La RAM CMOS es una memoria pequeña de 64 ó 128 bytes, donde se guardan los datos de la configuración de la mainboard. Estos datos son utilizados, también, en la etapa del POST. Para acceder al contenido de la RAM CMOS, se utilizan los puertos de entrada/salida 70H y 71H. En 70H, se escribe la dirección y, en 71H, se lee y escribe en la RAM CMOS.



Autoevaluación

Indique dos diferencias entre las memorias ROM y memoria Flash.

¿Por qué la RAM estática es más rápida que la dinámica?

El BIOS ¿es hardware o software? Explique.

¿Qué tipo de memorias podemos encontrar dentro del microprocesador?

¿Qué formas tiene la RAM principal y qué tipo se usa actualmente?

¿Qué programas tiene el BIOS?

¿Cómo mantiene sus datos la RAM CMOS?

¿Cuáles son los tipos de ROM?

Indique las diferencias entre RAM dinámica y RAM estática.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de tener un FLASH BIOS?

Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). En el caso de ser falsa, mencione la información verdadera. a. La RAM CMOS permite guardar la configuración del BOOT. ( ) b. La RAM CMOS guarda el programa SETUP del BIOS. ( ) c. La ROM es una memoria de acceso aleatorio. ( ) d. La RAM es más rápida que la ROM. ( ) e. La DRAM es más rápida que la SRAM. ( ) f. La memoria SRAM es dinámica. ( ) g. Las RAM dinámicas necesitan ser refrescadas. ( )

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Resumen

La VRAM (RAM de video) es usada para almacenar los gráficos. La memoria ROM es una memoria no volátil, en la cual se almacena el BIOS. El BOOT es el programa que le permite al CPU cargar el sistema operativo en la

RAM. El POST (Power On Self Test) es el programa que permite hacer un

autodiagnóstico en el momento de encendido. Las memorias SRAM son RAM estáticas (Static RAM) y son usadas para trabajar a

altas velocidades. Las memorias DRAM son RAM dinámicas (Dynamic RAM) y son usadas para

almacenar grandes cantidades de información. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.kingston.com/esroot/

Aquí, hallarás la página Web del principal fabricante de memorias RAM y

FLASH.

http://www.bioscentral.com

En esta página, hallarás los códigos del POST.

http://www.kingston.com/esroot/

http://www.bioscentral.com/



MEMORIA RAM


Al término de la unidad, el alumno, explica la función de de los diferentes tipos de memorias y sus características básicas.

TEMARIO

Módulos de memoria RAM.

Tipos de memorias: DDR, DDR2 y DDR3.

Instalación de la memoria RAM


Los alumnos, a través de la observación de zócalos de RAM, determinan las memorias que usa.

Los alumnos comparan los tipos de módulos de memorias RAM.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

3

TEMA

6

62


1. MÓDULOS DE MEMORIA RAM La memoria RAM es uno de los elementos más importantes del computador, ya que en ella se almacenan todos los programas que va a ejecutar el CPU, incluyendo los programas del sistema operativo. Esta memoria debe tener la capacidad necesaria para almacenar toda esta información, por lo que su elección es un punto importante en la compra de una PC. Cuando identificamos a la memoria RAM, nos encontramos que ella está implementada en módulos, como pequeñas tarjetas que se insertan en sócalos dispuestos en la mainnboard para tal fin. Estos módulos han evolucionado, han sufrido diversos cambios, buscando que sean lo más rápidos y de mayor capacidad de almacenamiento. En el siguiente gráfico, se muestra algunos de los diferentes tipos de módulos de memoria RAM que se han usado en el computador. Se aprecia que son pequeñas tarjetas con chips de RAM y a cada una de ellas se le conoce como módulo de memoria RAM. Tal como se aprecia, en primer lugar, se encuentra el módulo DDR2, actualmente en nuestros computadores se está usando los DDR3; a continuación, está el módulo RIMM; y, finalmente, el módulo DIMM, pero estos últimos ya no son aceptados en las mainboards por lo que han sido dejados de usar.

La capacidad, en MB o GB, de los módulos de memoria ha ido aumentando, como también su velocidad. Por ejemplo, en el gráfico, se puede ver a una memoria de 1 GB DDR2 de 533 MHz y la memoria antigua de 128MB DIMM de 100 MHz. Para darnos cuenta de qué tipo de memoria es el módulo, se debe apreciar la parte donde se conecta, es decir, los cortes que presenta en el borde, por ejemplo los módulos DDR tienen uno casi en medio; los módulos RIMM, dos cortes en el centro; y los módulos DIMM, dos cortes separados. Con este detalle, se evita conectar los módulos de forma inapropiada.



La memoria DDR3 ha reemplazado a su versión anterior, DDR2, ya que son de mayor velocidad. Kingston es uno de los fabricantes de memorias más importantes, porque ofrece diversos modelos de memorias, dentro de las cuales están las memorias DDR3 de 1600 MHz y de 1800 MHz. Cabe destacar que las memorias DDR3 no son compatibles con DDR2.

1.1 Clasificación por el tipo de módulos de memorias: Módulos DIMM. Las memorias SDRAM trabajan a 66, 100 y 133 MHz. Su presentación es a través de módulos DIMM de diferentes capacidades, como 64, 128, 256 y 512 MB. A los módulos de 100 MHz se les llama PC100, a los de 133 se les llama PC133. En la figura, se puede apreciar un módulo de memoria PC100 de 128MB SDRAM. Estos módulos son de 168 contactos.

Módulos RIMM. Para reemplazar a los módulos DIMM, la empresa Rambus crea los módulos RIMM, acrónimo de Rambus Inline Memory Module, con características superiores, los cuales pueden trabajar a frecuencias mayores de hasta 533 MHz. Sin embargo, han dejado de ser usados por ser muy caros. Estos módulos tienen 184 contactos.

Módulos DDR. Los módulos RIMM y DIMM fueron desplazados por los módulos de memoria DDR (Double Data Rate), porque éstos doblan la tasa o velocidad de transferencia de datos. Los módulos DDR están compuestos por memorias SDRAM; además, están basados en módulos DIMM, pero los hacen trabajar al doble de velocidad.

El siguiente gráfico muestra algunas de las memorias DDR y sus versiones de mayor velocidad.

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Las nuevas memorias DDR3 tienen la misma cantidad de pines, pero sus contactos tienen diferente distribución, tal como se puede apreciar en el gráfico comparativo.

La memoria HyperX DDR3 La memoria HyperX DDR3 es la última generación de la tecnología de memorias. Este tipo de memoria se ha desarrollado para cumplir requerimientos rigurosos en el PC, según lo afirma su fabricante Kingston. Las memorias DDR3 ofrecen altas velocidades, menor latencia y menor consumo de energía. Están disponibles en kits de memoria de único, doble y triple canal.

Además, usan 1.65v de voltaje para procesadores Intel Core i7 de triple canal e Intel Core i5 de doble canal. Alcanzan velocidades de hasta 2133 MHz y se ofrecen en kits de 8 GB doble canal y de 12 GB de tres canales.

Los módulos DDR, DDR2 y DDR3 se diferencian debido a que tienen diferentes configuraciones de pines y necesidades de voltaje, por estas razones, no son compatibles. Por otro lado, ambos tienen su bus de datos de 64 bits, por lo que, en cualquier de los tipos de memoria DDR se pueden guardar o extraer 64 bits en cada ciclo (8 bytes).

Para determinar el ancho de banda de las memorias tomaremos dos ejemplos:

La memoria DDR2-800 utiliza una frecuencia real de 400 MHz y su frecuencia efectiva es de 800 MHz ya que estas memorias trabajan al doble de la velocidad. Para calcular el ancho de banda de esta memoria, debemos considerar el producto de la frecuencia efectiva por 8 bytes = 800 MHz. 8bytes = 6400 MB/s. Estas memorias son identificadas como PC2 6400, siendo 6400 el ancho de banda en MB/s.

La memoria DDR3-1600 utiliza una frecuencia real de 800 MHz y su frecuencia efectiva es de 1600 MHz ya que estas memorias trabajan al doble de la velocidad. Para calcular el ancho de banda de esta memoria, debemos considerar el producto de la frecuencia efectiva por 8 bytes = 1600 MHz. 8bytes = 12800 MB/s. Estas memorias son identificadas como PC2 12800, siendo 12800 el ancho de banda en MB/s.



Si tenemos un módulo de memoria PC2-4200, 4200 representa su ancho de banda en MB/s o la capacidad de transferencia de la memoria. Si a 4200 se lo divide entre 8, se determina la frecuencia efectiva, en este caso 4200 / 8 = 525 que es aproximadamente a 533, por lo tanto, la memoria es un módulo DDR2-533

Para el caso de un módulo de memoria PC3-8500, 8500 representa su ancho de banda en MB/s. Si a 8500 se lo divide entre 8, se determina la frecuencia efectiva, en este caso 8500 / 8 = 1062.5 que es aproximadamente a 1066, por lo tanto, la memoria es un módulo DDR3-1066.

1.2 Instalación de la memoria RAM Antes de instalar los módulos de memoria RAM en la mainboard, consulte el manual, hardware, o en un CD de instalación y por último, si no está, acceda al sitio Web del fabricante para asegurarse de que la memoria RAM sea compatible con la tarjeta principal, lo recomendable es que primero veamos las características de la RAM que debemos comprar. Para el caso de que queramos aumentar la RAM, adicionando los módulos, recurriremos al manual para observar si acepta y como debe hacer la instalación. El proceso de instalación de un módulo de memoria debe seguir los siguientes pasos: 1. Desbloquee una ranura DIMM presionando las sujeciones de agarre hacia fuera. 2. Alinee una DMM en la ranura de forma que la muesca de la DIMM encaje con la abertura de la base 3. Inserte firmemente la DIMM en la ranura hasta que las sujeciones de agarre vuelvan a encajar en su sitio y la DIMM quede asentada apropiadamente.

Asegúrese de que las pestañas laterales traben al módulo de RAM. Haga una inspección visual para determinar la existencia de contactos expuestos. Repita estos pasos si hay más módulos de memoria hasta completar la instalación de todos ellos. Es importante que siga las instrucciones, tal como se muestra en el siguiente gráfico, donde indica donde se debe instalar los módulos de RAM.

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Para este ejemplo y en particular para el caso de este mainboard, nos indica donde debemos poner los módulos, si se trata de uno solo o dos o cuatro módulos. Muchas mainboards permiten utilizar las memorias en varios canales, las primeras computadoras usaban un solo canal de acceso a la RAM, luego se mejoró la transferencia creando dos canales de acceso para duplicar la velocidad de transferencia. En los modelos actuales se ha mejorado teniendo hasta cuatro canales de acceso a la RAM. - Single Memory Channel: En este caso, todos los módulos de memoria intercambian información con el procesador a través de un sólo canal, para ello dispone de uno o más slots. En este caso hay un solo camino por donde la información puede ir desde el módulo RAM hacia el procesador, transmitiendo 64 bits por ciclo. - Dual Memory Channel: Se reparten los módulos de memoria entre los dos grupos de slots diferenciados en la placa base, y pueden intercambiar datos con el procesador a través de dos canales simultáneos, uno para cada grupo. En este caso existe un segundo camino para poder proveer al procesador con datos, enviando en total por los dos caminos 128 bits por ciclo. Esto quiere decir que si antes el ancho de banda de la memoria RAM era de 4,200 MB/s al usar dual channel se tendrá 8,400 MB/s. Los módulos de memoria DDR2 y DDR3 cuentan con el sistema Dual Channel System, lo que significa que el procesador puede trabajar con dos flujos de datos al mismo tiempo, siempre y cuando se instalen los módulos de memoria por parejas.



En el gráfico se puede observar los dos canales en le chip set norte y también lo vemos en los mainboards. Cada uno de los canales se diferencian por el color de los sócalos, por lo general, un módulo va al zócalo de un color y el otro al color diferente, para la instalación de los módulos de memoria se recomienda ver las especificaciones del mainboard. En el gráfico siguiente, vemos un mainboard que puede trabajar con hasta cuatro canales, dependiendo de cómo se instalan los módulos, el caso de la izquierda está usando tres canales, poniendo dos módulos de memoria por cada canal y el de la derecha usa cuatro canales

La posibilidad de tener cuatro canales solo se logra con los últimos modelos de procesadores, tal como se muestra en el siguiente gráfico del procesador Core i7 de segunda generación.

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Autoevaluación

¿Qué entiende por módulo de memoria?

Indique las características de la memoria DDR2.

Indique las características de la memoria DDR3.

Establezca dos diferencias entre los módulos DDR2 y DDR3.

Explique que entiende por triple channel.

Realice un diagrama en bloques de una PC donde se use dual channel, los componentes lo elige usted.

¿Qué precaución se debe tener al instalar un módulo de memoria?



Resumen

El módulo DDR3 es usado, actualmente, en nuestros computadores. Las memorias DRAM son RAM dinámicas y son usadas para trabajar en los

módulos de memoria RAM. Los módulos de memorias RAM son usadas para almacenar grandes cantidades

de información. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.kingston.com/esroot/

Aquí, hallarás la página Web del principal fabricante de memorias RAM y

FLASH.

http://www.kingston.com/esroot/

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EL CPU


Al finalizar la unidad, el alumno, explica las características y el funcionamiento interno del microprocesador (CPU) cuando ejecuta los procesos, empleando el sistema operativo de la computadora y de programas diagnosticadores.

TEMARIO

Definición, Función y Características de los Microprocesadores.

Evolución de los Microprocesadores INTEL y AMD.

Zócalos de los Microprocesadores.

Múltiples núcleos


Los alumnos comparan las características de los diferentes procesadores.

Los alumnos comparan los diferentes tipos de zócalos.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

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TEMA

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1. EL CPU (UNIDAD CENTRAL DE PROCESO)

1.1 Definición, Función y Características de los Microprocesadores

El microprocesador (o simplemente procesador) es el circuito integrado central y más complejo de un sistema informático; a modo de ilustración, se le suele asociar por analogía como el «cerebro» de un computador. Es un circuito integrado constituido por millones de componentes electrónicos.

Es el encargado de ejecutar los programas; desde el sistema operativo hasta las aplicaciones de usuario; sólo ejecuta instrucciones programadas en lenguaje de bajo nivel, realizando operaciones aritméticas y lógicas simples, tales como sumar, restar, multiplicar, dividir, las lógicas binarias y accesos a memoria.

En el computador, el microprocesador es el CPU, es decir, es uno de los sistemas digitales más complejos, desarrollado con millones de compuertas lógicas y que procesa a altas velocidades.

En esta unidad, se va a desarrollar el conocimiento acerca de los microprocesadores. Se van a explicar sus características más importantes en los diferentes modelos que se han desarrollado hasta ahora. Cabe adicionar que los fabricantes de microprocesadores no son muchos, se tiene a dos como los más importantes: Intel y AMD, por lo que se nombraran los microprocesadores de ambas compañías.

Características de los Microprocesadores Los procesadores se pueden diferenciar por sus características físicas y lógicas:

Características lógicas:

Longitud de la palabra procesada, esto es, número de bits procesados en el mismo ciclo de reloj.

Capacidad de acceso a la memoria o la cantidad de memoria que puede manejar.

Velocidad de ejecución de instrucciones, su velocidad de proceso.

Repertorio de instrucciones a nivel máquina que puede procesar.

Características físicas:

Retraso de propagación de la señal eléctrica: representa el tiempo que tarda la señal en tomar uno u otro valor dentro del circuito.

Disipación de potencia: Este valor indica el calor que genera el procesador al permanecer operativo.

Abanico de salida: es la cantidad de señales eléctricas que el microprocesador es capaz de manejar entre su circuitería interna y el sistema informático exterior al que se conecta.

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Márgenes de ruido: indican la fiabilidad de que la señal eléctrica que contiene la información generada por el microprocesador al realizar sus operaciones se propague correctamente a través de sus circuitos, o esté corrompida por una señal proveniente del exterior. Una de las principales limitaciones de los actuales microprocesadores es el abanico de salida de señales debido al limitado número de patillas de conexión con la placa principal que aquéllos pueden tener. El número de patillas del microprocesador limita o permite el manejo de mayor o menor cantidad de señales desde y hacia el microprocesador, lo que facilita o perjudica su capacidad en el manejo de la información necesaria para realizar los diferentes procesos.

1.2 Zócalos de los Microprocesadores

Es el lugar donde se inserta el "cerebro" del ordenador. Durante más de 10 años consistió en un rectángulo o cuadrado donde el "micro", una pastilla de plástico negro con patitas, se introducía con mayor o menor facilidad; la aparición de los Pentium II cambió un poco este panorama, introduciendo los conectores en forma de ranura (slot). Tipos de Zócalos: PGA (Pin Grid Array) Es un conector cuadrado, la cual tiene orificios muy pequeños en donde encajan los pines cuando se coloca el microprocesador a presión.

ZIF (Zero Insertion Force) (Zero Insertion Force – Cero fuerza de inserción) Eléctricamente es como un PGA, la diferencia es que posee un sistema mecánico que permite introducir el chip sin necesidad de presión alguna, eliminando la posibilidad de dañarlo, tanto al introducirlo como extraerlo.



LGA (Land Grid Array) o Socket T La LGA se utiliza como una interfaz física de los microprocesadores donde no existen las patillas en el chip, en lugar de las clavijas son pastillas de desnudo de cobre chapado en oro que toque las patillas en la placa madre.

Zócalos de los Microprocesadores INTEL y AMD

Intel PGA-ZIF Micros soportados

Socket 3 (237)

Intel 486DX, 486SX, 486DX2, 486DX4, Pentium OverDrive 63 y 83. AMD 5x86. Cyrix 5x86.

Socket 4 (273)

Pentium 60-66 MHz

Socket 5 (320)

Pentium 75-166 MHz

Socket 7 (321)

Intel Pentium 75-200 MHz, Pentium MMX 133-300, 6x86, 6x86MX AMD K5 75-200, K6 166-300, K6-2 200-400, K6-3 333-400

Socket 8 (321)

Intel Pentium Pro 150-200

Socket 370 Intel P3 450-1400, Celeron 366-1400

Socket 423 Intel P4 1300-2000

Socket 478 Intel P4 1400-3400, Celeron 1700-2800, Celeron D 2260-2930, Celeron M 800-1500, Pentium M 900-2000P4 1300-2000

Socket 775 Intel P4 2800-3600, Celeron D 2530-2800

LGA 1156 Intel Core I3, Core I5, Core I7

LGA 1366 Intel Core I7 Extreme

LGA 1155 Intel Core I3, Core I5, Core I7 Segunda Generación

AMD PGA-ZIF Micros soportados

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Socket Super 7 AMD K6-2 300-550, K6-2+ 450-550, K6-3 333-450

Socket A (462) AMD K7 Duron 600-1800, K7 Athlon 500-1400, K7 Athlon XP 1500+1333-3200+2200, Sempron 2200+1500-2800+2000, Athlon MP 2000+-2800+

Socket 454 AMD Athlon XP 1500-3400, Sempron 3100+1800, Athlon 64 2800+1800-3700+2400

Socket 754 AMD Athlon 64, Sempron, Turion 64

Socket 939 AMD Athlon 64 3500+2200-3800+2400, Athlon 64 FX53 3800+2400

Socket 940 (para servidores)

AMD Opteron 1400-2000, Athlon 64 FX51 3500+2200, Athlon 64 FX53 3800+2400

Socket AM2 y AM2+ (940 contactos)

AMD Athlon 64, Athlon 64 X2, Athlon 64 FX, Opteron y Phenom.

Socket AM3 (941-938)

AMD Athlon II, Phenom II, Sempron

1.3 Microprocesadores de múltiples núcleos El fabricante principal de microprocesadores es Intel. Esta empresa genera los cambios importantes en el diseño de los microprocesadores, uno de estos cambios es el de los procesadores de múltiple núcleo. Intel está trabajando en el desarrollo de estos procesadores y fabricándolos para todas las gamas de plataformas, que incluyen sistemas de comunicaciones, servidor y cliente. Un procesador de múltiple núcleo para servidores cuenta con dos o más núcleos de ejecución por procesador físico, lo que permite que las plataformas de servidor realicen más tareas, subprocesos de software o aplicaciones al mismo tiempo. Estas prestaciones presentarán una nueva era de rendimiento y flexibilidad de los servidores, que ofrecerá a las empresas plataformas que puedan gestionar volúmenes de trabajo escalables.

Los procesadores Intel de doble núcleo representan el primer paso de esta transición. El primer procesador Intel de doble núcleo se incorporó a los equipos de escritorio en el 2005. Intel ya está trabajando en una arquitectura de múltiple núcleo que a la larga podría incluir decenas o incluso cientos de núcleos de procesador en un único chip. Asimismo, hay planes para desarrollar núcleos especializados y configurables que ofrecerán un rendimiento optimizado para algunas tareas fundamentales del mañana, como extracción de datos, imágenes avanzadas y procesamiento de voz.

Un procesador de múltiple núcleo presenta dos o más unidades de ejecución completas o núcleos en un único procesador físico. Todos estos núcleos funcionan a la misma frecuencia y están conectados en un único zócalo de procesador. También, comparten la misma interfaz de plataforma, la cual los conecta con la memoria, con la E/S y con los recursos de almacenamiento. Un ejemplo de este tipo de procesadores es el Core 2 Extreme, el cual tiene cuatro núcleos que comparten 8 MB de memoria caché L2.



Con múltiple núcleo, un único procesador puede realizar más tareas en paralelo durante cada ciclo de reloj. Es como si se pudiera duplicar, triplicar o, incluso, cuadriplicar el número de carriles de una autopista. Entonces, el tráfico va a poder fluir mucho más rápido y los carriles individuales se pueden asignar para cada uno de los diferentes requisitos de tráfico: un carril rápido, un carril lento, un carril de emergencia, etc.

Otro ejemplo de procesadores de múltiple núcleo es el Xeon, el cual es utilizado en servidores donde se utilizan mainboards que aceptan instalar varios procesadores, donde cada uno tiene internamente cuatro núcleos. Entonces, si la mainboard permite la instalación de cuatro procesadores Xeon, implica que el servidor estará trabajando con 16 núcleos, lo cual le permitirá acelerar la ejecución de los procesos. Para poder trabajar con varios procesadores, se ha preparado la mainboard con los chips que permiten la interconexión de estos procesadores, tal como se puede apreciar en el siguiente gráfico de cuatro procesadores Xeon Quad-Core de Intel, como su nombre lo indica, en cada procesador, hay cuatro núcleos.

Los procesadores de múltiple núcleo ofrecen beneficios comparables con los complejos entornos de servidores de hoy. Además, permiten mayores niveles de rendimiento para mejorar la flexibilidad de las aplicaciones y admitir a muchos usuarios al mismo tiempo.

El procesamiento de múltiple núcleo es un ejemplo de paralelismo que consiste, simplemente, en la capacidad de procesar varias tareas al mismo tiempo. Con el lanzamiento de la tecnología Hyper-Threading (HT), se inició el paralelismo en los procesadores. La tecnología HT permite que un único procesador Intel admita dos subprocesos de software al mismo tiempo. Esto permite que se use mejor el recurso de ejecución y se aumente el rendimiento en un 30%. Un ejemplo de procesadores que usan esta tecnología es el Pentium 4 HT.

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Los múltiples núcleos son una evolución natural hacia un paralelismo de procesador, así como un excelente complemento para la tecnología HT. Por ejemplo, al utilizar los procesadores de Intel de doble núcleo para un servidor con tecnología HT, cada procesador puede ejecutar 4 subprocesos al mismo tiempo.

Intel tiene procesadores con cuatro núcleos y, más adelante, éstos tendrán 8 e, incluso, más. Un ejemplo de ello es la salida del procesador con seis núcleos, cuyo nombre clave es procesador Dunnington, tal como aparece en el siguiente gráfico.



Autoevaluación

Indique cuáles son las características físicas de un procesador para poder diferenciarlo de otro.

Porqué se le llama zócalo ZIF.

Determine dos diferencias entre el zócalo ZIF y el LGA.

¿El microprocesador Pentium MMX usaba el mismo zócalo que el Pentium Pro?

¿Qué ventajas tiene un procesador de múltiple núcleo?

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Resumen

El primer procesador Intel de doble núcleo se incorporó a los equipos de escritorio en el 2005.

Los zócalos de los Microprocesadores son los lugares donde se inserta el

"cerebro" del computador. Aquí, hallarás información sobre el flip-flop.

http://www.mundopc.net/hardware/componen/microproc/ciscrisc.php

Aquí, hallarás información sobre microprocesadores http://www.intel.com/espanol/products/desktop/processors/index.htm

Aquí, hallarás información sobre microprocesadores Intel http://www.amd.com/la/products/desktop/processors/Pages/desktop-

processors.aspx

Aquí, hallarás información sobre microprocesadores AMD


http://www.intel.com/espanol/products/desktop/processors/index.htm

http://www.amd.com/la/products/desktop/processors/Pages/desktop-processors.aspx

http://www.amd.com/la/products/desktop/processors/Pages/desktop-processors.aspx



ESTRUCTURA DEL CPU Y DE LA MEMORIA



TEMARIO

Estructura del microprocesador.

Elementos del microprocesador y los buses.

Definición y estructura de la memoria mediante registros.

Interacción del CPU y la memoria


Los alumnos realizan cálculos para determinar la capacidad de direccionamiento del CPU.

Los alumnos analizan el comportamiento de las memorias y del CPU.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

4

TEMA

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80


1. ESTRUCTURA DEL CPU

El CPU es la Unidad Central de Procesamiento, que como su nombre lo indica se encarga del procesamiento. Procesa datos y genera diferente tipo de información. Este procesamiento lo hace gracias a que puede ejecutar un programa, el cual ha sido desarrollado para ese fin.

Un programa es un conjunto de instrucciones mediante el cual el CPU puede procesar. Es interesante conocer al CPU por dentro, saber qué componentes lo conforman y le permiten realizar el procesamiento.

Como el tipo de computador que se usa es el microcomputador, al CPU se le llama microprocesador. Este CPU tiene tres componentes básicos: unidad de control, unidad aritmética lógica y registros, tal como se puede apreciar en la siguiente figura.

1.1 Estructura del microprocesador Unidad de control

La función de la unidad de control es coordinar todas las actividades del computador. Controla los buses a través de los cuales se comunica con el resto de componentes del computador, en especial con la memoria RAM, porque, allí, deben estar los programas a ser ejecutados.

Esta unidad direcciona a la memoria RAM para buscar su instrucción u orden, esto lo hace a través de su bus de direcciones. Una vez ubicada la instrucción, ésta es leída, lo cual significa que es trasladada de la RAM a la unidad de control a través del bus de datos. La instrucción, luego, es interpretada o decodificada y, a continuación, ejecutada. Para la ejecución, a veces, se necesita guardar datos temporalmente, para ello se usan los registros; otras veces, necesita realizar cálculos, ya sea aritméticos o lógicos, para ello usa el ALU.



Todos los recursos del CPU son administrados por la unidad de control. Esta unidad interpreta las instrucciones de los programas que ejecuta. Para ello, dispone de un decodificador de instrucciones a través de un microprograma. La unidad de control contiene una lista de todas las operaciones que puede realizar el CPU, o sea, un conjunto de instrucciones, donde cada instrucción está acompañada por un código. Estos códigos son instrucciones básicas o microinstrucciones, que le dicen a la CPU cómo ejecutar las instrucciones.

Para resumir, la función de la unidad de control es la siguiente:

Es la que supervisa, controla las demás partes del computador y regula el trabajo que deben realizar.

Para la ejecución de los programas, debe buscar la instrucción y, para ello, utiliza su bus de direcciones. Luego, lee la instrucción ubicada, la interpreta o decodifica para saber qué tiene que hacer y, finalmente, la ejecuta.

Una vez que termina de ejecutar la instrucción, debe direccionar la siguiente instrucción. Luego, lee, interpreta y ejecuta. Luego, direcciona, lee, interpreta y ejecuta, y así sucesivamente.

Se aprecia que la tarea de un CPU sólo se resume en ejecutar instrucciones.

Unidad de Aritmética Lógica – ALU (Arithmetic Logic Unit)

En el ALU, se realizan operaciones aritméticas (como adición, substracción, etc.) y operaciones lógicas (como OR, NOT, XOR, etc.) entre dos números. Como se ve, es un sistema digital complejo diseñado para que pueda recibir como entrada dos números y dar como resultado una salida, el cual es el resultado de realizar alguna operación aritmética o lógica.

Registros Los registros son el medio de almacenamiento temporal para los datos de las instrucciones, así como la ALU necesita el uso de registros para poner los datos a operar. También, en otras partes de la CPU, se necesita de registros para poner los datos y las direcciones. Lo importante es reconocer, en estos registros, su capacidad, la cual se mide en bits, por ejemplo 16, 32 y 64 bits. Para poder

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ubicarlos, cada uno de ellos tiene asignado su nombre, así por ejemplo, en los microprocesadores de nuestro computador, hay nombres, como AX, BX, CS, etc.

1.2 Elementos el CPU y los Buses. Como se vio, en un gráfico anterior, es necesario que el CPU tenga contacto con la memoria RAM, lo cual es posible a través de un conjunto de cables a los cuales se llaman buses. Para identificarlos mejor, estos buses se han clasificado, de acuerdo a su aplicación, en buses de datos, de direcciones y de control, los cuales van a permitir la comunicación entre los diferentes componentes del computador.

Para entender mejor el funcionamiento del CPU y su interrelación con el resto de componentes, se usará el siguiente diagrama en bloques.

En este diagrama, se ve al CPU, el cual tiene como función ejecutar instrucciones. De acuerdo al diseño del computador, estas instrucciones deben estar en la memoria RAM, tal como se ve en el gráfico. Para que el CPU acceda a la RAM, se dispone de los buses de datos, de direcciones y de control.

La memoria RAM tiene que tener almacenados los programas a ser ejecutados por el CPU; además, debe tener un conjunto de programas, los cuales llevan el control del funcionamiento del computador. Este conjunto de programas se llama Sistema Operativo (SO). A manera de ejemplo, la mayoría de nuestros computadores tiene que tener, en la memoria RAM, el SO Windows para que pueda funcionar. La memoria RAM tiene una característica especial: se dice que es volátil, lo cual significa que, si se apaga el computador, toda la información y programas desaparecen, por lo que, al encender nuevamente el computador, en la memoria RAM, no hay nada. Dada esta característica, el CPU no puede hacer nada. Sin embargo, para solucionar este problema, se debe trabajar con otra memoria, llamada memoria ROM, la cual, a diferencia de la RAM, es una memora no volátil.

En la memoria ROM, están los programas que le van a permitir al CPU tener las instrucciones iniciales en el momento de encendido del computador, pero como éstas no contienen al sistema operativo, sí tienen un pequeño sistema básico llamado BIOS (Sistema básico de entrada / salida), con el cual el CPU va a poder cargar el sistema operativo en la RAM.

El SO está almacenado en el disco duro, el cual es otro elemento importante del computador, que permite almacenar grandes cantidades de información y no es volátil. Sin embargo, el CPU no toma las instrucciones directamente del disco



duro, porque el acceso a éste es lento; por ello, deben ser trasladadas a la RAM. Esta transferencia lo realiza el CPU, pero, para ello, necesita de las instrucciones que le indiquen cómo hacerlo. Estas instrucciones están en el BIOS. Por ello, cuando se enciende el computador, el CPU va directo al ROM BIOS.

Como se ve, los buses le permiten al CPU comunicarse con los componentes del computador ya mencionados. En el caso del disco duro, éste no se conecta directamente al bus del microprocesador. Se ve que el disco tiene, también, su bus, pero éste es diferente al bus principal, por lo que debe haber una etapa intermedia que le sirva de nexo. Esta etapa debe servir de adaptador o interfaz, el cual es conocido como controlador del disco duro. Para ingresar datos, se dispone de diferentes medios, como el teclado, el cual, también, tiene su bus diferente al principal, por lo que el teclado, para su conexión, debe usar un controlador llamado controlador de teclado. De igual manera, el resto de componentes del computador necesitan de controladores para su conexión con el bus principal y tener contacto con el CPU.

Mediante los buses de datos, de direcciones y de control, el CPU puede acceder a los programas que se encuentran en las memorias, como la RAM y la ROM, y comunicarse con los controladores, tal como aparece en la siguiente figura. El CPU puede direccionar a la memoria para ubicar un registro de un byte, para ello usa todas sus líneas de direcciones. También, direcciona a los dispositivos de entrada y salida (E/S), en cuyos controladores hay registros de un byte, pero, para direccionar a estos registros, sólo utiliza 16 bits.

Bus de direcciones El bus de direcciones permite transportar la dirección de origen o destino de la información que se transmite sobre el bus de datos. El CPU genera una dirección, en su bus, para ubicar, por ejemplo una instrucción que se encuentra en la RAM. Este es controlado por el CPU, pero no es el único, lo puede, también, controlar un Bus Master o Controlador de DMA con el consentimiento del CPU. En los diferentes microprocesadores que se han desarrollado, se ve que el bus de direcciones ha sido incrementado para logra una mayor capacidad de direccionamiento, dicho de otra forma, para poder manejar mayor cantidad de RAM.

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Bus de datos El bus de datos permite transportar los datos desde el CPU al dispositivo direccionado y en sentido contrario, esto significa que el bus de datos es bidireccional, ingresan y salen datos del CPU. Determina la cantidad de información transferida en cada instante, para ello depende de la cantidad de líneas que utiliza, por ejemplo si tiene 64 cables, transporta 64 bits en cada instante. El ancho del bus de datos, en los microprocesadores, ha sido incrementado, como se aprecia en el gráfico siguiente, con el objetivo de aumentar la velocidad de transferencia.

Bus de control Mediante el bus de control, el CPU transportar las señales de reloj y controla la ejecución de los ciclos completos. Determina cuándo un dispositivo puede ser leído o escrito, ya sea en la memoria o en los dispositivos de E/S y, principalmente, a través de este bus, controla la comunicación con los controladores.

1.3 Definición y estructura de la memoria mediante registros. Para poder almacenar una gran cantidad de información, se requiere, ahora, lo que se llama memoria, pero ¿Cómo podríamos lograrlo mediante compuertas lógicas? La respuesta es mediante el uso de sistemas digitales llamados Registros, los cuales permiten almacenar 8 bits o un byte, dependerá de la cantidad de registros que tenga la memoria, para determinar su capacidad, por ejemplo si se quiere implementar una memoria de 256 bytes, se necesitaría 256 registros de 8 bits; si se quiere implementar una memoria de 32 MBytes, se necesitaría más de 32 millones de registros. De esta forma en la actualidad se tienen memorias de 4Gbytes, lo que nos indica que estos dispositivos tienen más de 4 mil millones de registros, la cantidad exacta es 232 registros.



Direcciones de memoria (Bus de direcciones) Lo complicado de la memoria es que cada registro debe estar identificado con un número para poder ser ubicado. Este número o código es su dirección. Cada registro debe tener su propia dirección y ésta deberá estar escrita en el sistema binario mediante n bits, lo cual depende de la cantidad de registros que tiene la memoria. Por ejemplo, si la memoria es de 16 bytes, significa que tiene 16 registros y se necesitan 16 direcciones, las cuales se pueden generar con 4 bits, porque con 4 bits se generan 24 direcciones, que es igual a 16 direcciones.

Si la memoria es de 1024 bytes, o sea, 1 Kbytes, se necesita 1024 direcciones. Esta cantidad de direcciones se consiguen con n bits, donde 2n es igual a 1024; por lo tanto, n es igual a 10. Las direcciones se iniciarán con 0000000000 hasta 1111111111. Para expresar mejor estas direcciones, se usa el sistema hexadecimal, de esta forma las direcciones van desde 000H hasta 3FFH.

Para poder determinar la cantidad de bits usados en las direcciones, se debe tener en cuenta lo siguiente:

Cuando se trabaja con bits, se tiene que tener en cuenta las potencias

de 2, es decir, saber calcular 2n. Con n bits, se puede generar una tabla con 2n estados. Se debe considerar la siguiente secuencia:

1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024 ó 1K 1K = 1024 = 210 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K, 64K, 128K, 256K, 512K, 1024K ó 1M 1M = 1024K = 220 1M, 2M, 4M, 8M, 16M, 32M, 64M, 128M, 256M, 512M, 1024M ó 1G 1G = 1024M = 230

Si la memoria es de 1 MB, se necesita 1 M direcciones y esto se logra con 20 bits, ya que 220 es igual a 1 M. Por lo tanto, el CPU deberá generar las direcciones desde 00000 hasta FFFFF. Si la memoria es de 1 GB, como las que venden ahora, se necesita 230 direcciones, es decir, se necesitan 30 bits para direccionar desde 00000000 hasta 3FFFFFFF.

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1.4 Interacción del CPU y la memoria Mediante las direcciones, el CPU puede seleccionar un registro y grabar, en él, un byte o leer el contenido de cada uno de los registros direccionados. Estos 8 bits, que salen del registro, se pueden identificar de D7 a D0, donde cada uno de estos bits viaja en un cable, por lo que se necesitan 8 cables para trasladar los 8 bits. Este conjunto de cables se llama bus de datos.

Por otro lado, el CPU debe indicar la dirección mediante n bits y cada bit debe llegar a la memoria en un cable; por lo tanto, llegan n cables y a este conjunto de cables se le llama bus de direcciones. Si la memoria es de 1 MB, las direcciones llegarían en 20 cables, denominados desde A19 hasta A0.

De manera sencilla, se puede ver que una memoria tiene un bus de datos, bus de direcciones y, en la parte interna, millones de registros, tal como aparece en la siguiente figura.



Autoevaluación

¿Qué diferencias hay entre el bus de direcciones y el bus de datos?

¿Dónde guarda el CPU los resultados de los procesos?

Explica ¿cómo se ejecuta una instrucción desde que se encuentra en la memoria?

¿Cuántas líneas de direcciones necesita una memoria de 1 MBytes?

Determine ¿cuál es la función de un registro dentro de un microprocesador?

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Resumen

El registro es un conjunto de FF-D, el cual permite guardar información en una

cantidad limitada de bits. El registro de 8 bits estará formado por 8 FF. Si la memoria es de 1 MB, se necesita 1 M direcciones y esto se logra con 20 bits,

ya que 220 es igual a 1M. El CPU es la Unidad Central de Procesamiento. En el ALU, se realizan operaciones aritméticas (como adición, substracción, etc.) y

operaciones lógicas (como OR, NOT, XOR, etc.). Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.mundopc.net/hardware/componen/microproc/ciscrisc.php

Aquí, hallarás información sobre microprocesadores CISC




SESIÓN INTEGRADORA



TEMARIO

Sesión Integradora


Los alumnos relacionan todos los conceptos desarrollados. Para ello, siguen las pautas de su profesor.

Los alumnos analizan un diagrama en bloques, a través del cual se determina las funciones de cada uno de los componentes y su interrelación.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

4

TEMA

9

90


1. SESIÓN INTEGRADORA Los alumnos deberán explicar la interconexión del CPU con las memorias, a través de un diagrama en bloques. En el diagrama, debe estar la mayoría de los componentes estudiados en sesiones anteriores. Además, deben explicar brevemente la función de cada uno de los componentes. En el diagrama, se indicará mediante líneas los buses. Asimismo, mediante los conceptos de voltaje, se indicará como están presentes los bits en cada línea. Es, también, interesante que diferencien una línea que tiene un bit con otra que tiene una señal de reloj. El desarrollo del diagrama en bloques deberá ser guiado por el profesor interactuando con el alumnado.

Diagrama en bloques del computador:

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DIAGRAMA EN BLOQUES DEL CPU



TEMARIO

Velocidad interna y externa del CPU.

Memoria caché.

Hypertransport y Quick Path

Tecnologías utilizadas en microprocesadores Intel y AMD

Actuales procesadores Intel y AMD


Los alumnos identifican las velocidades internas y externas del CPU.

Los alumnos relacionan las características del microprocesador con su funcionamiento.

Los alumnos determinan las diferencias entre los microprocesadores de Intel y AMD.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

4

TEMA

10



1. DIAGRAMA EN BLOQUES DE LA CPU En esta unidad, se van a explicar sus características más importantes de los diferentes modelos de microprocesadores que se han desarrollado hasta ahora. Cabe adicionar que los fabricantes de microprocesadores no son muchos, se tiene a dos como los más importantes: Intel y AMD, por lo que se nombraran los microprocesadores de ambas compañías. Analizaremos su interacción con el resto de componentes a través de sus buses.

1.1 Velocidad interna y externa del CPU Las computadoras son máquinas sincrónicas, lo que significa que todas sus partes funcionan de forma acompasada a través de una o más señales de reloj. Estas señales están presentes en el bus de control y son generadas por el generador de clock o reloj, el cual genera genera pulsos para el microprocesador. Si el generador de clock le entrega un millón de pulsos en un segundo se dice que recibe una frecuencia de 1 mega Hertz, si la frecuencia es de 1 GHz, recibiría mil millones de pulsos.

A partir de la introducción de las versiones finales de los microprocesadores 486 (486DX2 y 486DX4), algunos componentes del computador no pueden funcionar al mismo ritmo que el microprocesador, porque éste resulta demasiado rápido para el resto de chips instalados en la mainboard. Por ello, en la placa principal, se utiliza frecuencias inferiores. En general, se debe tener en cuenta que los microprocesadores trabajan con dos velocidades: una es la velocidad de proceso o velocidad de CPU (VCPU), esta es la velocidad interna y la otra es la velocidad de bus o FSB (Front Side Bus), esta es la velocidad externa. Un CPU actual ejecuta las instrucciones bajo el control de la VCPU, pero su comunicación con la memoria RAM y demás controladores es a la velocidad de bus o FSB.

Por ejemplo, un procesador que trabaja a una frecuencia de reloj de 200 MHz (VCPU = 200 MHz) puede que esté trabajando con una frecuencia de 66 MHz cuando se comunica con la RAM a través del bus (FSB = 66 MHz). Para lograr esto, el generador de reloj debe generar dos velocidades: la primera de 66 MHz y la segunda de 200 MHz, donde esta última se va a generar en base a la primera (FSB) multiplicándose por un factor, que debe ser 3 para este caso (factor = 3). Entonces, se debe tener en cuenta la siguiente relación:

VCPU = Factor x FSB

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Un ejemplo interesante, para analizar las características de doble velocidad, se puede tener con el microprocesador Pentium 4. Intel ha fabricado distintos modelos de Pentium 4, con diferentes velocidades, tal como lo muestra la tabla del siguiente gráfico. Ahí, se aprecia que hay modelos de diferentes velocidades de CPU y FSB. Si por ejemplo, se tiene un Pentium 4 de 3 GHz y el FSB es de 400 MHz, el factor que se debe establecer es de 7.5, ya que 7.5 x 400 = 3000.

Se debe tener en cuenta que el CPU podría trabajar a 800 MHz en el bus, pero si se le pone una RAM DDR 400, que trabaja a 400 MHz, implica que la velocidad del bus sea de 400 MHz. En los procesadores actuales, se fija la velocidad del CPU y el FSB en base a una frecuencia de reloj menor. Por ejemplo, en el caso anterior, se necesita un FSB de 400 MHz, lo cual se puede generar en base a una señal de reloj de 200 MHz, es decir, el FSB se obtiene del producto 2 x 200; además, el CPU necesita 3000 MHz y esta frecuencia se obtiene del producto 15 x 200. Otro ejemplo se puede apreciar en los resultados mostrados por el programa Everest, el cual permite ver las características de los componentes del computador. En particular, se aprecia el procesador Sempron de AMD, el cual trabaja a 1600 MHz, donde esta frecuencia se obtiene en base a la frecuencia de 200 MHz y el factor igual a 8.



Para un procesador Core 2 Quad, se presenta su tabla de configuración de velocidades, donde se aprecia que hay algunos modelos de procesadores que trabajan con una frecuencia base de 333 MHz y otros con 400 MHz. También, se notan sus dos valores posibles de FSB, 1333 MHZ y 1600 MHz. Para conseguir las diferentes velocidades de CPU, se trabaja con diferentes factores. Los factores posibles son 6, 7, 7.5, etc.

Para poder interpretar los códigos que aparecen en el CPU y, en particular, conocer su velocidad y el FSB, se tiene el siguiente gráfico que identifica cada código.

1.2 Memoria caché Como se ha analizado anteriormente, en la memoria RAM, deben estar los programas a ser ejecutados por el CPU. Por ejemplo, se tiene un CPU de 3 GHz; por lo tanto, se asume que puede ejecutar tres mil millones de instrucciones simples en un segundo. Sin embargo, estas instrucciones deben ser extraídas de la memoria RAM, de la cual sólo se puede extraer 400 millones de instrucciones en un segundo. Entonces, se concluye que el CPU no va a poder ejecutar los tres mil millones de instrucciones. No obstante, este inconveniente puede ser solucionado al adicionar memorias de alta velocidad entre el CPU y la RAM. Esta memoria adicional se llama memoria caché.

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Gracias a la memoria caché, el CPU puede trabajar a su velocidad, ya que estas memorias pueden trabajar a la misma velocidad del CPU, siempre y cuando la memoria esté fabricada dentro del mismo chip del microprocesador. Se dice que la memoria caché es un almacén temporal de alta velocidad, pero de baja capacidad. Por el contrario, la memoria RAM es una memoria de alta capacidad, pero baja velocidad.

Como se ve, en el gráfico anterior, el CPU ejecuta sus instrucciones desde la memoria caché L1 o nivel 1. Cuando se acaban estas instrucciones, son repuestas con nuevas instrucciones desde L2 y si se terminan las instrucciones de L2, las siguientes son extraídas de la RAM principal. Algunos procesadores tienen memoria caché L3, como es el caso de algunos modelos de Pentium 4, la cual tiene 3 MB. Los valores de L1 son, en la mayoría de los casos, de 32 KB; los valores de L2 varían entre 128 KB a 1 MB; y, en los últimos modelos de Core 2, se incrementan mucho más, tal como se puede apreciar en el siguiente gráfico.

1.3 HyperTransport™ technology

HyperTransport es una tecnología de comunicaciones bidireccional, que ofrece un gran ancho de banda en conexiones punto a punto. Esta tecnología se aplica, en la comunicación entre chips de un circuito integrado, y ofrece un enlace (o bus) avanzado de alta velocidad y alto desempeño. Puede funcionar desde los 200 MHz hasta 2.6 GHz. También, soporta tecnología DDR que se usa en las memorias RAM, lo cual le permite alcanzar un máximo de 5200 millones de transferencias por segundo cuando funciona a su máxima velocidad (2.6 GHz).

Esta tecnología aumenta el rendimiento al conectar el procesador directamente a la memoria, con lo cual reduce la latencia de memoria. Como resultado, se



mejora grandemente en muchas aplicaciones, sobre todo la memoria en las aplicaciones intensivas, medios de comunicación digitales y juegos en 3D.

El desarrollo de HyperTransport se hizo sobre la base de querer eliminar el FSB (Front Side Bus). Sin embargo, no fue hasta la versión 3.0 cuando varios fabricantes de chipsets decidieron utilizar HyperTransport para sustituir el FSB con excelentes resultados. En el siguiente gráfico se puede apreciar al bus hypertransport que sale del procesador AMD y que permitirá una conexión directa con los controladores de la PC.

La tecnología QuickPath de Intel es parecida al hypertransport de AMD, con ello se mejorado el ancho de banda, incrementándose el rendimiento de la PC y también se ven los reducidos los tiempos de espera. Con el procesador Core i7 se puede alcanzar velocidades de transferencia de hasta 25,6 GB/seg, tal como se puede apreciar en el diagrama en bloque que aparece a continuación.

1.4 Tecnologías utilizadas

1.4.1 Extended 3DNow! 3DNow! es el nombre que recibe una extensión multimedia creada por AMD para sus procesadores, la cual se adicionó al tradicional conjunto de instrucciones x86 para obtener más rendimiento en el procesamiento de vectores, es decir, en operaciones que son realizadas sobre un vector de datos. Este tipo de operaciones son empleadas, frecuentemente, por muchas aplicaciones multimedia.

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Sin embargo, fue desarrollado originalmente como una mejora del conjunto de instrucciones MMX de Intel, que era para manejar datos con coma flotante además de enteros. Posteriormente, Intel creó un conjunto de instrucciones (SSE) similares a las 3DNow! de AMD. SSE es incompatible con 3DNow! 1.4.2. Overclocking Es la técnica que permiten forzar los componentes de un sistema informático para que trabajen a más velocidad de la original. Para ello hay que saber aprovechar ciertos recursos y aceptar el riesgo que genera. Se suele aplicar al microprocesador, pero éste no es el único, se puede aplicar a cualquier dispositivo (RAM, tarjeta de video, sonido, etc.) que use un reloj interno y tenga posibilidad de modificación. El aumento de frecuencia es posible debido a que los microprocesadores se fabrican con una especie de margen de tolerancia en la frecuencia. Siendo así, y dependiendo de la fabricación, podremos forzar más o menos nuestro procesador. Técnicas para implementar el overclocking:

a. Aumentar la frecuencia del bus frontal (FSB) b. Aumentar el valor del factor (VCPU = FSB x factor) c. Aumentar FSB y factor.

Sólo podremos aplicar ambas técnicas a la vez en procesadores AMD (y no en todos los modelos), ya que los Intel Pentium tienen el multiplicador bloqueado de fábrica, y por tanto, únicamente permiten la modificación del FSB. La modificación de ambos parámetros se debe realizar desde la BIOS del sistema al ingresar al setup. a. Para aumentar la frecuencia del bus frontal (FSB), hay que tener especial

cuidado ya que al aumentar FSB también estamos forzando la frecuencia del bus PCI y AGP, si estos buses no pueden soportar el aumento que apliquemos al FSB tendremos problemas de estabilidad. Para el cambio debemos entrar al setup y buscar donde está la opción de cambio, tal como lo muestra la siguiente imagen.

b. Podemos modificar el factor, esto sólo puede ser realizado en procesadores AMD (actualmente también están empezando a ser bloqueados), el proceso es muy similar al anterior, hay que seguir los mismos



pasos como si fuéramos a modificar el FSB pero ahora buscaremos el factor multiplicador. Aumentamos el valor y guardaremos los cambios, luego verificaremos en el arranque que el nuevo valor de la frecuencia es el correcto. A diferencia del FSB, el aumento del factor multiplicador no conlleva problemas con otros buses. En la siguiente imagen podemos ver dos modalidad de modificación del factor y consecuentemente la velocidad del procesador.

1.4.3. Tecnología Turbo Boost / Turbo Core La tecnología Intel Turbo Boost es una de las muchas tecnologías que Intel ha integrado a la nueva generación de procesadores, con la cual incrementa de forma automática la velocidad de procesamiento de los núcleos por encima de la frecuencia operativa básica, mientras no se alcancen los límites especificados de energía y temperatura. AMD, por su parte, utiliza una tecnología similar llamada Turbo Core. Esta tecnología se activa cuando el sistema operativo solicita el estado de máximo desempeño del procesador. La máxima frecuencia alcanzada dependerá de la cantidad de núcleos activos. Además, el tiempo durante el cual el procesador se mantiene en este estado depende de la carga de trabajo y del entorno operativo, para ofrecerle el desempeño que necesita, en el momento y en el lugar en que lo necesita. Cuando el procesador funciona por debajo de los límites de energía y temperatura, y la carga de trabajo del usuario exige mayor desempeño, la frecuencia del procesador (VCPU) se incrementará de 133MHz en 133 MHz a intervalos breves y regulares hasta alcanzar el límite superior o la cantidad máxima posible de núcleos activos. En cambio, cuando se alcanza alguno de los límites de energía o temperatura o se los supera, la frecuencia del procesador disminuirá de forma automática en intervalos de 133 MHz hasta restablecer el funcionamiento del procesador dentro de sus límites operativos.

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1.5 Actuales procesadores Intel y AMD

1.5.1. Intel Core i7 Intel Core i7 es uno de los últimos procesadores de cuatro núcleos de la arquitectura Intel x86-64. Representa un gran cambio en la arquitectura de los procesadores de Intel. Uno de los cambios importantes es el reemplazo del FSB por la interfaz QuickPath, el cual es una conexión punto a punto de los controladores con el procesador. Este cambio lo hizo para poder competir con el HyperTransport que usan los procesadores AMD. Además, este cambio ha obligado a Intel a desarrollar nuevos chipset, los cuales van a poder dar soporte a este cambio y otros más que a continuación se seguirán

detallando.

El otro cambio importante es la conexión con la memoria RAM, la cual está conectada directamente al procesador. No obstante, sólo se aceptan las memorias DDR3 a través de tres canales, lo cual mejora el acceso a la memoria e incrementa la velocidad de transferencia. En los modelos anteriores, se usaban dos canales y no de manera directa al CPU.

Intel provee las siguientes especificaciones de su procesador Core i7: - Gracias a una tecnología multi-núcleo inteligente, que aplica la capacidad de proceso más rápido en donde es más necesario, los nuevos procesadores Intel® Core™ i7 ofrecen un avance increíble en rendimiento para PCs. Es la familia de procesadores más rápida que existe para equipos de sobremesa.



El procesador Core i7 elimina el concepto de FSB (Bus Frontal o Front Side Bus) en su reemplazo usa la tecnología QPI (Intel QuickPath Interconnect) e integra directamente en el procesador al controlador de memoria soportando triple channel DDR3. Con todos estos cambios, el procesador necesita de muchos más pines para intercomunicarse con el resto del sistema. Es por esto que el nuevo socket es el LGA 1366, y como su nombre lo indica, posee 1366 pines que son los encargados de la comunicación del CPU hacia el subsistema. Core i7 está conformado por 731 millones de transistores bajo un proceso de fabricación de 45nm.

El procesador Core i7 incorpora 3 canales de memoria ("Triple Channel") permitiendo el acceso a la memoria RAM con 192 bits de bus de datos (3 x 64), para la transferencia de datos o instrucciones desde tres módulos DDR3. Además, al ser un enlace directo (por no tener que pasar por intermediarios tal como el puente norte del chip set) la eficiencia del ancho de banda disponible aumenta en un 40% en promedio.

1.5.2. Intel Atom El procesador Atom de INTEL está orientado para ser usado en: teléfonos inteligentes, dispositivos portátiles, tablet, netbooks, PC básicas entre otros. Permite una duración de batería prolongada, para que pueda permanecer conectado más tiempo mientras se traslada, incluye en el chip a los controladores de video y de memoria. Son procesadores de arquitectura x86 fabricados en 45 nanómetros con los transistores más pequeños del mundo, llegando a tener 47 millones de transistores en una superficie de 25 milímetros cuadrados. Características Sus características se pueden resumir en la siguiente tabla, donde se muestra algunos modelos del procesador Atom Z5xx (Z500, Z510, Z520, Z530 y Z540), donde se detalla valores del FSB y la frecuencia del procesador.

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1.5.3. AMD Phenom II X6

El AMD Phenom II X6 es un microprocesador de seis núcleos, para hacerle frente a los modelos más potentes del Intel Core i7. Características: Cuenta con un reloj a 3.2 GHz. y trae implementado lo que denominan Turbo CORE. Ésta es una tecnología similar al Turbo Boost de Intel, y permite configurarse automáticamente para aportar un mayor o menor rendimiento según las exigencias puntuales del equipo y el software. Según AMD, el 1090T puede alcanzar los 3.6 GHz. a través de Turbo CORE. Además, del reloj también nos encontraremos con seis L2 de 512 KB, más una L3 de 6 MB para coordinar todos los seis núcleos del chip. Por supuesto, todos los AMD Phenom II X6 utilizarán el socket AM3, aunque también se podrán instalar en los AM2+ pero perdiendo determinadas funcionalidades, lo cual no es recomendable. En el caso del modelo 1090T, su TDP (diseño de energía térmica) es de 125 vatios, de los más altos que podemos encontrar. Se recomienda usar una placa de última generación, en lo posible su nuevo chip set, el AMD 890FX, el cual está preparado para trabajar con este procesador. Este chip set tiene compatibilidad con los buses USB 3.0 y SATA 6 Gbps de forma nativa, además de trabajar con DDR3 y otras tecnologías como Hypertransport 3.0. A continuación se muestra algunos de sus modelos de AMD Phenom II X6



Autoevaluación

Explique la aplicación de la memoria caché y ¿cuántas memorias caché se usan?

Mediante un diagrama en bloques indique las velocidades de trabajo y las capacidades de las memorias (L1, L2 y RAM) si tenemos un microprocesador Pentium MMX de 233 MHz trabajando con 512 KB de caché y 32 MB de RAM PC66.

En el procesador Core 2 duo ¿qué indica los valores que aparecen en la cubierta del chip: xxxGHZ / xxM / xxxx?

Repetir la pregunta anterior para los siguientes procesadores: Pentium IV 3 /512/800 con 512 MB de RAM PC3200

¿Qué significa FSB y a qué se refiere?

¿Qué cambios se han desarrollado para mejorar el uso del FSB?

¿Cuándo se debe usar overclocking y qué precauciones se debe tener?

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Resumen

Se debe tener en cuenta la siguiente relación: VCPU = Factor x FSB. Se dice que la memoria caché es un almacén temporal de alta velocidad, pero de

baja capacidad. Por el contrario, la memoria RAM es una memoria de alta capacidad, pero baja velocidad.

Un procesador de múltiple núcleo para servidores cuenta con dos o más núcleos

de ejecución por procesador físico. El procesamiento de múltiple núcleo es un ejemplo de paralelismo que consiste,

simplemente, en la capacidad de procesar varias tareas al mismo tiempo. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.intel.com/espanol/business/index.htm?iid=hdr-LA+work

Aquí, hallarás la página Web de Intel, el fabricante más importante de

microprocesadores.

http://www.amd.com/la-es/

Aquí, hallarás la página Web de AMD, fabricante de microprocesadores.

http://www.intel.com/espanol/business/index.htm?iid=hdr-LA+work

http://www.amd.com/la-es/



EL CHIPSET Y BUSES


Al término de la unidad, el alumno, de manera individual, describe los componentes internos del computador mediante el uso de diagramas en bloque, programas de diagnóstico y el propio computador.

TEMARIO

El Chipset Intel y AMD

Arquitectura de buses.

Tipos de arquitecturas de bus.

Tipos de slots de expansión.


Los alumnos identifican los componentes de la mainboard.

Los alumnos reconocen los distintos tipos de buses a través de tarjetas controladoras.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

5

TEMA

11

106


1. EL CHIPSET Y BUSES DEL MAINBOARD La mainboard es llamada, también, motherboard, placa base o placa madre. Es una tarjeta de circuitos impresos del computador. Sirve como medio de conexión entre los diferentes componentes del CPU, dentro de los cuales está el microprocesador, los controladores de diferentes dispositivos, las ranuras para conectar la RAM del sistema, la ROM, y las ranuras o zócalos (slots) que permiten conectar tarjetas controladoras que necesitan adicionarse al computador. Asimismo, en la mainboard, están los buses de conexión, que están implementados mediante pistas sobre las superficies del circuito impreso. Está el conector de 24 pines, a través del cual recibe los diferentes voltajes que entrega la fuente. Está el zócalo, donde se inserta el microprocesador y otros más. En la siguiente figura, se puede apreciar algunos de estos componentes.

En esta mainboard, se puede identificar los siguientes componentes: 1. Conector de fuente; 2. Zócalo ZIF para el microprocesador; 3. Chipset (se encuentra debajo de su sistema de ventilación); 4. Ranuras para la RAM; 5. Conector de la disquetera; 6. Conectores para los discos IDE; 7. Chipset; 8. Flash BIOS; 9. Batería; 10. Slots PCI; 11. Slot AGP; y 12. Puertos.

Otro ejemplo es el siguiente gráfico, donde se aprecian los componentes de una mainboard que acepta microprocesadores Core 2 Duo en el zócalo 775.



1.1 El chipset Intel y AMD El chipset de la placa base es un conjunto de chips (generalmente, dos) que integra a una serie de controladores, como controlador de USB; de memoria caché; de puerto paralelo y serial; controlador de buses: PCI, AGP o PCI Express; y otros más.

El chipset se ha desarrollado para ayudar al trabajo del procesador cuando éste controla los distintos puertos y buses. Ejemplos de estos chips son los desarrollados por Intel, AMD, PC Chips, etc. Intel, como fabricante de microprocesadores, también, desarrolla los chipsets de las mainboards actuales, las cuales usan sus procesadores x86. Los chipsets o circuitos integrados constan de 2 circuitos o chips: El NorthBridge o puente norte se usa como puente de enlace entre el microprocesador y la memoria. Controla las funciones de acceso hacia y entre el microprocesador, la memoria RAM, el puerto gráfico AGP o el PCI Express de gráficos, y las comunicaciones con el puente sur. En un principio tenía, también, el control de PCI, pero esa funcionalidad ha pasado al puente sur.

El SouthBridge o puente sur controla los dispositivos asociados, como son la controladora de discos IDE, puertos USB, Firewire, SATA, RAID, ranuras PCI, ranura AMR, ranura CNR, puertos infrarrojos, disquetera, LAN, PCI Express 1x y una larga lista de todos los elementos que se pueden imaginar integrados en la placa madre. Este chip es el encargado de comunicar al procesador con el resto de los periféricos. El chipset es un componente muy importante para el funcionamiento del PC, ya que integra a la mayoría de los controladores usados para su comunicación con el CPU, por lo cual su elección es muy importante. Intel no es el único que fabrica estos chips. Hay otros fabricantes, como VIA, AMD, SIS y NVIDIA.

Intel ha desarrollado diversos chipsets, porque, cada vez que aparece un nuevo microprocesador, debe desarrollarse un chipset que lo soporte y pueda ayudarlo en el procesamiento. En cada nuevo chipset, se notan los cambios realizados. Ejemplos de estos cambios son los siguientes tomados de su página web: www.intel.com.

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En el diagrama en bloques anterior, se ve al chipset 848 y al 865, que utilizan un bus AGP 8X. Además, por el lado de la memoria, se nota un cambio importante: el 848 controla un canal de acceso a la memoria RAM tipo DDR, con lo cual consigue una velocidad de transferencia de 3.2 GB/s. Por el contrario, el chipset 865 ha implementado dos canales de acceso a la RAM, con lo cual duplica la velocidad de transferencia a 6.4 GB/s. El uso de doble canal en la RAM o dual channel mejora la velocidad del computador y se aprovecha la velocidad de bus o FSB del procesador. Por ejemplo, si el CPU tiene un FSB de 800 MHz, puede trabajar con dos memorias DDR400, que usan dual channel, y parecer que tiene una memoria DDR800. En el siguiente diagrama en bloques, se notan los siguientes cambios. En el chipset 975, se trabaja sólo con memorias RAM DDR2 en dual channel, con lo que aumenta la velocidad a 10.7 GB/s. Además, el video es PCI Express 16x, aunque se tiene la alternativa de usar doble tarjeta de video, cada una de ellas de 8x.

En el chipset X38, se nota el uso de memorias RAM DDR2 o DDR3 en dual channel; asimismo, acepta dos tarjetas de video PCI Express 16X, con lo que aumenta la potencia del manejo de video. También, se ve que tiene un procesador Core 2 Extreme (cuatro núcleos). Para los procesadores Core i5 y Core i7 se utilizan nuevos chip sets, como el P55, note que hay un solo chip. El chip set X58 es solo para Core i7.



Para el procesador Atom se ha desarrollado su propio chipset, tal como se aprecia en la siguiente figura, en la cual se nota la presencia de un solo chip (el puente sur), las funciones del puente norte los tiene el microprocesador Atom.

Para los procesadores AMD, no se usa los chipset desarrollados por Intel, por lo que AMD ha desarrollado sus propios chipset, apropiados para sus diferentes tipos de microprocesadores, conserva características similares de los chipset norte y sur desarrollados por Intel, a continuación se muestra un ejemplo:

Existen Fabricantes de mainboards que crean sus propios chipsets, permitiendo usar en sus mainboards un procesador Intel y también desarrollan chipsets para aceptar procesadores AMD, pero mayormente usan los chips creados por AMD o Intel.

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2. ARQUITECTURA DE BUS La arquitectura de bus se refiere al diseño de los slots o zócalos, que es donde se insertan las tarjetas controladoras. Se diseñó con la intención de adicionar alguna capacidad al computador, por ejemplo si se quiere trabajar con discos SCSI, es necesario agregar una tarjeta controladora SCSI que pueda manejar a estos discos. Para poder conectar una tarjeta, es necesario un bus diferente al bus principal. El diseño de este bus se le llama arquitectura de bus. En el gráfico siguiente, se ve varios slots para conectar tarjetas controladoras.

Cada uno de los slots, que se observan, posee contactos, los cuales forman parte del bus. Además, cada uno de estos contactos tiene una función que se puede resumir en cuatro grupos principales:

Bus de datos El bus de datos permite el intercambio de información entre el CPU y los periféricos. Los primeros diseños de buses utilizaron conexiones paralelas de 32 y 64 bits. En la actualidad, la tendencia es usar conexiones seriales dúplex y se adicionan enlaces seriales para aumentar la velocidad de transferencia. Bus de direcciones El bus de direcciones permite ubicar al periférico, incluso si su conexión cambia de paralelo a serial. Bus de alimentación El bus de alimentación cuenta con líneas para los voltajes de +5V, +3.3V y +12V. Además, existen líneas conectadas a tierra o cero voltios. Las líneas de voltaje son para dar energía a los circuitos integrados que se encuentran en las tarjetas controladoras. Bus de control El bus de control transporta una serie de señales de control como las siguientes:

+ La línea de RESET para iniciar, de manera sincronizada, todos los controladores y el CPU. + Señales de reloj para los diferentes buses y dispositivos, ya que no todos tienen la misma velocidad.



+ Las líneas IRQ (Interrupt ReQuest) que juegan un papel fundamental en el funcionamiento del ordenador, ya que la tecnología de los ordenadores modernos se basa en un sistema de interrupciones. + IOR orden de lectura para dispositivo E/S conectado al bus, que debe colocar un dato en el bus de datos. + IOW orden de escritura para dispositivo E/S, que debe leer el dato situado en el bus. + El sistema de acceso directo a memoria DMA (Direct Memory Access) es, también, muy importante, porque tiene servicio propio de interrupciones y de control.

2.1 Tipos de arquitecturas de bus Las arquitecturas de bus han evolucionado desde su inicio hasta la actualidad. Los cambios que se han dado eran para asegurar que el bus trabaje más rápido y, efectivamente, se logró. Dentro de las arquitecturas más importantes se tiene:

ISA (Industria Standard Architecture) EISA ( Enhanced ISA ) MCA ( Micro Chanel Architecture ) VL-BUS ( Vesa Local Bus ) PCI ( Peripheral Component Interface ) AGP (Accelerated Graphics Port) PCI EXPRESS

2.1.1 Bus PCI (Peripheral Component Interconnect) 1993 El bus PCI 1993 fue el más usado en los computadores. Fue desarrollado por Intel. Sus características más importantes son las siguientes:

El bus usa 5 voltios para los PC´s desktops y 3.3 voltios para las portátiles.

Este bus fue diseñado a 32 y 64 bits de datos.

Corre hasta 66 Mhz y llega hasta 133 MBps de transferencia.

Soporta bus mastering, que es para transferir información sin necesidad del CPU.

Se configura automáticamente a través del PnP.

Ha sido desplazado por el PCI Express 1X.

2.1.2 Bus AGP El bus AGP está dedicado exclusivamente a conectar tarjetas de video 3D, por lo que sólo suele haber uno. Además, su propia estructura impide que se utilice para todos los propósitos, por lo que se utiliza como una ayuda para el PCI. Según el modo de funcionamiento, puede ofrecer 266 MB/s, 532 MB/s y

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llega hasta 2.1 GB/s. Mide unos 8 cm y se encuentra bastante separado del borde de la placa. Sus características más importantes son las siguientes:

Alcanza velocidades de hasta 2.1 GB/s para AGP 8X.

El bus AGP es un bus exclusivo para video.

Soporta bus mastering.

No comparte el ancho de banda con otros componentes.

2.1.3 Bus PCI Express El bus PCI Express maneja casi el doble de velocidad de bus del AGP 8X, por lo que alcanza una velocidad de 4GB/s para el PCI Express 16X. No es compatible con la arquitectura PCI ni AGP, y permite manejar tecnología HD (Alta Definición). Asimismo, emplea la tecnología serial de alta velocidad similar al Giga Ethernet, SATA y SAS. Sus características son las siguientes:

Tecnología serial de alto rendimiento.

Gran ancho de banda.

Enlace dedicado (punto a punto).

Soporta bus mastering.

Baja latencia o retardo, pues se comunica directamente con el chipset.

Existen diferentes conectores: PCI Express 1X, 2X, 4X, 8X y 16X.

PCI Express 16X es utilizado en las tarjetas de video En el siguiente gráfico, se muestra un PCI Express 16X y dos PCI Express 1X.



Mediante la siguiente tabla, se puede comparar la velocidad del bus PCI Express con las demás arquitecturas de bus. El bus PCI Express 1X supera al PCI y PCI Express 16x supera al bus AGP. Por lo expuesto, el bus elegido es el PCI Express para video y para otras aplicaciones.

Si se compara el bus PCI con el bus PCI Express, se puede encontrar una diferencia importante, además de velocidad. En el PCI, el bus es compartido, mientras que, en PCI Express, cada tarjeta tiene su bus, es decir, tiene conexión directa, llamada punto a punto. En el caso del bus compartido, la velocidad del bus se tendrá que dividir entre las tarjetas que están conectadas. En el ejemplo gráfico, se tiene que la velocidad de cada tarjeta controladora PCI será de 133/4 MB/s, mientras que, en PCI Express 1X, cada tarjeta controladora se conectará a 250 MB/s.

Otra diferencia, se puede encontrar en la forma del bus. El bus PCI utiliza muchas líneas, debido a que la conexión es paralela, mientras que, en PCI Express 1X, se usa pocas líneas, debido a que su bus es serial.

A continuación, se muestran, en la siguiente figura, ejemplos de controladores que usan bus PCI Express.

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PCI Express es una tecnología que no se ha quedado estática, por lo contrario, está evolucionando a través de sus diferentes versiones, se inicia en su primera versión con una velocidad de de 250 MBps en cada una de sus líneas seriales, pero cuando pasa a la versión 2 se duplica su velocidad.

Versión x line 16 line PCI Express 1.0 250MBps 4 GBps PCI Express 2.0 500MBps 8 GBps PCI Express 3.0 1GBps 16 GBps PCI Express 4.0 2GBps 32 GBps



Autoevaluación

¿Qué es arquitectura de bus?

¿Cuáles de los slots son bus master y qué significa?

¿Cuáles son los slots más usados actualmente?

¿Qué diferencias existen entre PCI y AGP?

Dibuje un diagrama en bloques, donde se conecta una tarjeta de sonido PCI, tarjeta de red PCI Express 1X y tarjeta de video PCI Express 16X.

¿Por qué no existe una sola arquitectura bus en una mainboard?

¿Por qué se usaba más el puerto AGP para las tarjetas de video y no el PCI?

Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas (V) o falsas (F). En el caso de ser falsa, mencione la información verdadera.

a.- El bus AGP es más rápido que el PCI Express 1X. ( ) b.- En una mainboard, puede existir como máximo 3 slots AGP. ( ) c.- El bus PCI Express se usa solo para video. ( ) d.- El componente que define el tipo de memoria, tipo de microprocesador,

velocidad de bus y capacidad máxima de memoria del computador es el PIC. ( )

e.- En el slot AGP, puedo conectar una tarjeta de red de alta velocidad. ( ) f.- El slot AGP ha sido reemplazado por el ISA Express. ( )

Grafique e indique las partes o componentes de una mainboard moderna o actual.

Mediante un diagrama en bloques indique las características de un chipset actual de Intel.

¿Qué es un chipset y qué hay dentro de él?

116


Resumen

El bus AGP está dedicado exclusivamente a conectar tarjetas de video. El bus PCI Express 16X maneja casi el doble de velocidad de bus del AGP 8X, por

lo que alcanza una velocidad de 4GB/s. El bus PCI el bus es compartido. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. El puente norte se usa como puente de enlace entre el microprocesador, la

memoria y la tarjeta de video. El uso de doble canal en la RAM o dual channel mejora la velocidad del

computador. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.intel.com/espanol/products/chipsets/index.htm

En esta página, hallarás los últimos chipsets de Intel.

http://www.msimiami.com/

En esta página, hallarás al fabricante MSI que le informará de lo último de sus

mainboards.

http://www.pasarlascanutas.com/bricolaje_informatica_pc_1.htm

En esta página, hallarás cientos de fotos de procesos de ensamblaje de una PC.

http://www.intel.com/espanol/products/chipsets/index.htm

http://www.msimiami.com/




LOS PUERTOS DE LA MAINBOARD


Al término de la unidad, el alumno, de manera individual, describe los componentes internos del computador mediante el uso de diagramas en bloque, programas de diagnóstico y el propio computador.

TEMARIO

Puertos

Tipos de puertos

Tecnología plug and play


Los alumnos identifican los recursos de los dispositivos instalados en la mainboard.

Los alumnos reconocen los distintos tipos de puertos de los mainboards.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

5

TEMA

12

118


1. PUERTOS Los puertos son vías para comunicar al PC con algunos dispositivos, como impresoras o con otro computador. Mediante los puertos, se puede transmitir datos de un extremo a otro.

5 Side Speaker (gris) 9 Front Speaker (verde) 6 Rear Speaker (negro) 8 Line In (azul claro) 7 Central / Bass (naranja) 10 Microphone (rosado)

1.1 Los puertos PS/2

Los puertos PS/2 son para el mouse y el teclado.

1.2 Puertos de audio Los puertos de audio son los siguientes: entrada de audio (8), micrófono (10) y las

salidas a los parlantes.

1.3 Puerto eSATAII El puerto eSATAII permite la conexión de discos SATA de forma externa con una velocidad de transferencia de hasta 3.0 Gb/s.

1.4 Puerto paralelo

Un puerto paralelo se caracteriza porque recibe y transmite información por un bus de 8 líneas de datos, es decir, transmite de byte en byte. El computador tiene por defecto un solo puerto paralelo conocido como LPT1, en el cual, generalmente, se instala una impresora paralela o cualquier dispositivo paralelo. Para configurar un puerto paralelo, es necesario primero ir al SETUP y elegir el tipo o modo de trabajo del puerto paralelo:

SPP: Puerto Paralelo Estándar EPP: Puerto Paralelo Ampliado ECP: Puerto con Capacidad Extendida



SPP (Puerto Paralelo Estándar) es compatible con la interfaz Centronics. Fue el primer tipo de puerto en donde la comunicación era unidireccional. Se emplea para configurar impresoras de matriz de puntos. EPP (Puerto Paralelo Ampliado) es usado para poder conectar lectoras de CD, discos duros y cintas al computador, con lo cual se tiene, de esa manera, un medio de acceso de información alternativo. ECP (Puerto con Capacidad Extendida) está diseñado para conectar impresoras de última generación, las cuales se conectan en forma bidireccional, es decir, significa que tienen la capacidad de enviar y recibir información. Esto ha permitido que estas impresoras sean plug and play.

1.5 Puerto serie

La comunicación por el puerto serie es bit a bit. Fue usado para los mouses seriales antiguos y el módem analógico. El sistema operativo lo reconoce como COM1, ya que fue uno de los primeros medios de comunicación del computador.

1.6 Puerto USB (Universal Serial Bus) El puerto USB se caracteriza por ser plug and play. Su comunicación es serial, bit a bit, pero de alta velocidad, es decir, superior al del puerto paralelo y serie. Es posible conectar hasta 127 dispositivos, para lo cual se puede hacer uso de concentradores. Actualmente, las mainboards traen de 6 a 8 puertos USB.

Además, es utilizado para conectar diversos dispositivos, como teclados, mouses, impresoras, escáneres, mandos, discos, memorias USB, dispositivos inalámbricos, etc.

En el mercado, se utilizó la versión 1.1, cuya velocidad de transferencia fue de 12 Mbits/s ó 1.5 Mbytes/s. Con el tiempo, apareció la versión 2.0 que transmite hasta 480 Mbits/s ó 60 Mbytes/s y es la que, actualmente, estamos usando. En fase experimental, está la versión 3.0 con la que se intenta alcanzar una transferencia de 4.8Gbits/s ó 600 Mbytes/s gracias a la intervención de Intel.

En el gráfico anterior, se puede apreciar la función de cada uno de los pines del cable USB. Mediante dos cables, se transmite en forma serial y, con los otros dos, se entrega +5 voltios. USB 3.0 incrementa el ancho de banda de la especificación actual USB 2.0 de 480Mbit/s ó 60 MB/s, llegando hasta los 5Gbps ó 625MB/s, pero, mantiene la compatibilidad con la especificación actual. Mantiene también el mismo diseño de conector, aunque tecnológicamente es bastante diferente, ya que mientras el flujo de datos del USB 2.0 es del tipo half duplex, USB 3.0 soporta flujo de datos full duplex.

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A nivel de consumo, USB 3.0 incluye una nueva característica de administración de energía que soporta estados: Idle (sin carga), Sleep (Reposo) y Suspend (Suspendido), esto con el fin de hacer un óptimo uso de la energía de la interfaz. En este mismo tema la nueva interfaz proveerá la energía suficiente para que dispositivos como discos duros externos de alta velocidad, no requieran de fuente de alimentación adicional, sino sólo el propio cable USB.

USB 3.0, será conocido comercialmente como SuperSpeed USB y los primeros controladores aparecerán en la segunda mitad del 2009, mientras que productos comerciales aparecerán en el 2010. Los primeros dispositivos USB SuperSpeed serán dispositivos de almacenamiento Flash, discos duros externos, cámaras digitales, y reproductores de música digitales.

1.7 El puerto 1394 o FireWire

El puerto 1394 o FireWire permite la transferencia de datos a alta velocidad, superior a la del USB. Suele utilizarse para la interconexión de dispositivos digitales, como cámaras digitales y videocámaras al computador.

Existen varias versiones: + 1394a o FireWire 400 tiene una velocidad de 400 Mbit/s. + 1394b o FireWire 800 tiene una velocidad de 800 Mbits/s. + FireWire s3200 tiene una velocidad de 3.2 Gbit/s.

FireWire s1600 y s3200 (IEEE 1394-2008) Es la última versión de este tipo de puerto utilizado en la edición de video digital, está incorporado en cámaras de video de bajo costo y elevada calidad permitiendo la creación de video profesional en una PC o en una Macintosh. Permiten un ancho de banda de 1.6 y 3.2 Gbit/s, cuadruplicando la velocidad del Firewire 800, a la vez que utilizan el mismo conector de 9 pines.

Además de las características mencionadas anteriormente, presenta las siguientes características generales: Soporta la conexión de hasta 63 dispositivos con cables de una longitud máxima de 425 cm con topología en árbol. Soporte Plug-and-play. Soporta comunicación peer-to-peer que permite el enlace entre dispositivos sin necesidad de usar la memoria del sistema o la CPU

La versión FireWire s800T (IEEE 1394c-2006) aporta mejoras técnicas que permite el uso de FireWire con puertos RJ45 sobre cable CAT 5, combinando así las ventajas de Ethernet con Firewire800.



1.8 Puerto de red El puerto de res es el puerto a través del cual el computador puede comunicarse con otros computadores y formar una red de área local. En la mayoría de los computadores viene este puerto, como parte del chipset. Sin embargo, en el caso de que no se tenga o se quiera tener otro puerto de red, será necesario comprar una tarjeta de red llamada NIC (Network Interface Card). El conector usado, en este puerto, es el RJ-45 y, mediante el cable UTP, se puede conectar con los otros computadores de la red. Las velocidades de comunicación pueden ser las siguientes:

+ 10 Mbps + 10/100 Mbps + 10/100/1000 Mbps + 10 Gbps

Conviene comprar una tarjeta de red con la posibilidad de que pueda trabajar con una de las tres velocidades posibles. Si la tarjeta tiene la última opción, ésta se acomoda a cualquiera de las otras tres velocidades. Si los computadores tienen tarjetas de red que no coinciden en velocidad, no se puede establecer la comunicación.

2. Tecnología Plug-and-play Plug and Play (PnP) es la tecnología que permite a un dispositivo periférico ser conectado a un computador sin tener que ser configurado manualmente, mediante jumpers o el software del fabricante, ni proporcionar parámetros a sus controladores. Para que esto sea posible, el sistema operativo con el que funciona el computador debe tener soporte para dicho dispositivo, es decir, debe tener incorporado su controlador o driver, pero si no lo tuviera, el sistema operativo lo solicitará.

La frase plug-and-play se traduce como “enchufar y usar”. Para que se entienda mejor, se tiene el ejemplo de la memoria USB. Cuando ésta es insertada en el puerto USB del PC, en la pantalla del computador, aparece el mensaje “reconociendo hardware” que indica que se está realizando la configuración y, finalmente, el mensaje que dice “ya puede usar el dispositivo”. El plug and play es factible si el mainboard, el sistema operativo y el propio dispositivo están preparados para esta tecnología, porque, si alguno de ellos no lo está, no funcionará el PnP. Por otro lado, si no funciona el PnP, se debe conocer cómo se hacen las configuraciones de los dispositivos y qué parámetros se deben asignar. Esta

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configuración se basa generalmente en la asignación manual de los IRQ´s, direcciones de entrada/salida y canales de DMA, que deben ser únicos para cada dispositivo del sistema. Estos tres elementos constituyen los recursos que le asigna el sistema operativo a cada dispositivo o controlador conectado al CPU aparte de la memoria. En el siguiente gráfico, se muestran los recursos asignados a los dispositivos.

2.1 Recursos asignados a los dispositivos Durante el proceso de configuración, el sistema operativo asigna un conjunto exclusivo de recursos del sistema al dispositivo que se instala. Entre esos recursos se pueden incluir los siguientes:

2.1.1 Solicitud de interrupción (IRQ) Una interrupción es una solicitud de atención generada por un periférico al microprocesador. Es una línea de hardware, mediante la cual el dispositivo puede llamar la atención del procesador. El chip que controla los pedidos de atención es el PIC (controlador de interrupciones programable), el cual tiene la capacidad de recibir hasta 8 interrupciones a la vez. En los computadores existen 2 PIC´s; por lo tanto, se pueden atender hasta 16 interrupciones a la vez. No obstante, algunos computadores tienen 3 PIC´S, por lo cual tienen 24 interrupciones, desde IRQ 0 hasta IRQ 23.

El IRQ0 es la interrupción de más alta prioridad, debido a que cada PIC está programado para que acepte las interrupciones de mayor prioridad.



Mediante el programa Everest, se rescatan los IRQ´s de un PC y se puede apreciar que, en dicho computador, hay 24 IRQ´s. Además, se nota que, gracias a la versión del sistema operativo, se pueden compartir algunos IRQ´s. En sistemas operativos más antiguos, la asignación de IRQ’s debía ser exclusiva.

2.1.2 Acceso Directo a Memoria (DMA) El CDMA (Controlador de acceso directo a memoria) es un circuito integrado que se encarga de transferir la información de un periférico a la memoria y viceversa. Esto se debe a que, en el computador, todavía existen componentes lentos como el disk drive; por lo tanto, durante la transferencia de información, el microprocesador le delega al DMA el control del sistema, mientras él realiza operaciones internas. Cuando termina la transferencia, el DMA le devuelve el control al CPU.

Este controlador se encuentra, junto con el PIC, dentro del chipset; además, es empleado básicamente por el floppy disk drive y el puerto paralelo en modalidad ECP. Los demás dispositivos tienen su propio controlador de DMA cuando tienen necesidad de acceder a la memoria para realizar la transferencia de información sin intervención del microprocesador.

124


2.1.3 Direcciones de entrada / salida Los controladores de los periféricos o dispositivos tienen, en su arquitectura, un conjunto de registros, donde cada uno de ellos es de un byte de capacidad. Estos registros sirven para que se pueda intercambiar información entre el controlador y el CPU. A cada uno de estos registros se le debe asignar una dirección de entrada/salida para que el CPU lo pueda ubicar. Cuando lo ubica, puede grabar algún dato en él o leer algún mensaje de parte del controlador. Se aprecia que, a través de estos registros, se establece una conversación entre el CPU y los controladores, la cual puede servir como medio de extraer o ingresar información si se trata de un controlador de entrada/salida.

Como hay muchos controladores, en el diseño del computador, se deben distribuir las direcciones de E/S, lo cual es llamado el recurso de direcciones E/S. Generalmente, no se generan conflictos en la asignación de direcciones de E/S, dado que la cantidad de direcciones posibles es de 64 KB y el CPU usa sólo 16 bits para estas direcciones. Como se ve, en el gráfico, no sólo se asigna una dirección de E/S a un controlador, sino un rango de direcciones (de 0378 a 037B).

En algunos controladores, el rango asignado de direcciones es mayor, por ejemplo, para el controlador de video, uno de sus intervalos es de 6000 a 60FF, es decir, se le asignan 256 direcciones.



2.1.4 Intervalos de direcciones de memoria Parte de la memoria del computador, se puede asignar a un dispositivo. Por ejemplo, en el gráfico anterior, la tarjeta de video tiene asignado el intervalo de memoria C00000000 – C7FFFFFF. Para determinar la cantidad de memoria asignada, se puede calcular determinando la cantidad de bits que varía. Al hacer la diferencia, se tiene como resultado 7FFFFFF, es decir, 27 bits están cambiando, lo que genera 227 direcciones; por lo tanto, la cantidad de memoria es 128 MB.

2.2 Cambios en las PC´s con los procesadores Core I5 – 7 Es importante notar que los últimos procesadores han generado algunos cambios en los recursos del PC. El principal cambio es el uso de un nuevo controlador de interrupciones, que acepta 256 interrupciones.

Según se ve, en el siguiente gráfico, los IRQ´s varían de 00 a FF, con lo cual se ha cubierto la deficiencia que tenían los modelos anteriores.

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Autoevaluación

Indique tres características del puerto USB.

¿Cómo se configura el puerto paralelo? Dónde y qué tipos de puertos se pueden generar.

Mediante un diagrama en bloques del PC, indique tres arquitecturas modernas que usa una mainboard. Adicionalmente, para cada una de ellas, determine qué tarjetas allí se pueden insertar.

¿Qué parámetros se deben configurar manualmente cuando no funciona el plug and play?

¿Cómo accede el controlador de DMA al BUS? Explique gráficamente.

Explique cómo trabaja el controlador de interrupciones.

¿Cuál es el IRQ de más alta y más baja prioridad en el computador?



Resumen

Los puertos son vías para comunicar a la PC con algunos dispositivos, como impresoras o con otro computador.

La versión USB 2.0 permite transmitir hasta 480 Mbits/s ó 60 Mbytes/s. El FireWire 800 ó 1394b tiene una velocidad de 800 Mbits/s. La tarjeta de red es llamada NIC (Network Interface Card) y transmite a 10 ó 100 ó

1000 Mbits/s. El bus AGP está dedicado exclusivamente a conectar tarjetas de video. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.informaticamoderna.com/Los_puertos.htm

En esta página, hallarás una galería de puertos.


En esta página, hallarás cientos de fotos de procesos de ensamblaje de una PC.

http://www.informaticamoderna.com/Los_puertos.htm


128


EL DISCO DURO


Al término de la unidad, el alumno, de manera individual, describe e instala los dispositivos de almacenamiento del computador.

TEMARIO

Definición y función de un disco duro.

Estructura física del disco duro.

La Unidad de Estado Sólido (SSD).

Estructura lógica del disco duro.

Formato de disco y sistemas de archivo


Los alumnos reconocen las partes internas del disco duro a través de la exposición y reconocimiento de éstas.

Los alumnos calculan la capacidad de almacenamiento de un disco duro en base a parámetros.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

6

TEMA

13



1. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO Los dispositivos de almacenamiento son aquellos que permiten guardar información para su posterior uso, entre los más conocidos se tiene el disco duro, discos removibles, CD, DVD, tape backup, memoria USB, entre otros. Las tecnologías y formas de almacenamiento de los dispositivos varían de acuerdo con cada dispositivo, pero la finalidad es la misma: almacenar la mayor cantidad de información de la manera más rápida y segura. Los procesos de grabación pueden ser magnéticos, como en el disco duro y disquete; ópticos, como en el CD y DVD, ya que se usa luz láser; eléctricos, como cuando se graba en las memorias USB o discos SSD, ya que se graba en las memorias flash o EEPROM.

1.1 Disco duro El disco duro permite el almacenamiento de grandes cantidades de información; además, es uno de los dispositivos de almacenamiento más importantes. Los discos duros forman parte de la memoria secundaria de un computador, ya que la memoria principal es la RAM. El disco duro es el principal dispositivo de almacenamiento que permite almacenar el sistema operativo y aplicaciones. Como se ha visto anteriormente, en el disco duro, están los programas que van a ser ejecutados por el CPU. Sin embargo, para que esto se lleve a cabo, cada programa debe pasar a la memoria RAM, es decir, no se ejecuta directamente del disco duro, porque se necesita que trabaje a alta velocidad y esto sólo es posible en la RAM. En el disco duro, debe estar el sistema operativo, pero éste debe ser instalado y no, simplemente, copiado. De igual manera, cada una de las aplicaciones debe ser instalada. Por ello, se dice que el disco es el principal dispositivo de almacenamiento.

Tanto los discos duros como la memoria RAM son áreas de trabajo del computador, pero presentan importantes diferencias:

La memoria RAM es volátil y, cuando se apaga el computador, se pierde toda la información almacenada, mientras que el disco no lo es.

La memoria RAM es rápida, ya que está conformada por componentes electrónicos, mientras que el disco duro tiene componentes mecánicos que lo hace lento.

La memoria RAM tiene capacidad reducida comparada con el disco duro, por ejemplo, en un PC actual, la RAM es de 2 GB y el disco de 500 GB.

La memoria RAM contiene los datos utilizados en cada momento por el computador, pero debe recurrir al disco duro cuando necesite más datos o almacenar de forma permanente lo que ha variado.

En los discos duros, se emplea un sistema de grabación magnética digital, es decir, se graba sobre la superficie de los platos de información digital (ceros y unos). Los discos duros se pueden dividir para su análisis en dos partes: la tarjeta controladora y la unidad de almacenamiento, tal como se puede apreciar en la siguiente figura. Se puede apreciar una caja de aluminio, materia de nuestro estudio, dentro de la cual están los componentes que leen, escriben y almacenan los datos en forma magnética. Al lado derecho, se puede apreciar una tarjeta o

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circuito impreso con una serie de chips sobre ella. Esta tarjeta sirve como medio de control del proceso de grabación y lectura de los datos en la unidad de almacenamiento; además, es el medio de comunicación entre el disco duro y la mainboard que se da a través de un cable. Esta tarjeta controladora debe estar relacionada con el controlador de disco duro, que se encuentra en la mainboard; por ello, existen varios tipos de tarjetas controladoras (IDE, SATA, SCSI), las cuales se desarrollarán en otras sesiones.

La unidad de almacenamiento es la misma para todas las interfaces controladoras; sin embargo, en cuanto a su diseño, difiere en la velocidad y medidas de seguridad. Se va a estudiar esta unidad para conocer sus partes, para lo cual se usará un gráfico donde se resalte cada uno de sus componentes.

1.2 Estructura física del disco duro

EJE CENTRAL: actúa como soporte, sobre el cual están montados y giran los platos del disco.

PLATOS: convencionalmente, los discos duros están compuestos por varios platos; algunos vienen con un solo plato; otros, con dos o tres; incluso, algunos, con cuatro platos. Antiguamente, los discos tenían dimensiones mayores por lo que era posible que tengan mucho más platos. Los platos disponen de dos superficies donde se graba la información en forma



magnética. Se debe notar que a mayor cantidad de platos, mayor será la capacidad de almacenamiento del disco duro. CABEZAS DE LECTURA / ESCRITURA: permiten leer y escribir los datos en el disco duro en forma magnética. Son pequeñas pastillas que se van a comportar como pequeños imanes cuando se les aplica una corriente eléctrica.

IMPULSOR DE CABEZALES: es el sistema que mueve las cabezas de lectura y escritura sobre la superficie de los platos. Su intención es mover a los cabezales en conjunto.

Dentro de la unidad de almacenamiento, se encuentran varios platos de aluminio, los cuales giran a la vez. Los cabezales están sostenidos por un conjunto de brazos alineados verticalmente, que se mueve hacia dentro o fuera según convenga. En la punta de dichos brazos, están las cabezas de lectura/escritura que gracias al movimiento del cabezal pueden leer, tanto zonas interiores, como exteriores del disco duro. Por ejemplo, si un disco duro tiene dos platos, debe tener cuatro cabezales, es decir, para cada plato, hay un cabezal que lee la cara superior y otro que lee la cara inferior del plato. Los cabezales de lectura/escritura no tocan el disco duro durante el funcionamiento, porque se mantienen flotando muy cerca, 3 millonésimas de milímetro, por acción del viento que generan los platos al girar a alta velocidad. Si algún cabezal llega a tocar la superficie, puede causar muchos daños en el disco duro, debido a que como los platos giran muy rápido, unos 7200 revoluciones por minuto (RPM), los puede rayar gravemente.

En el gráfico anterior, se puede apreciar que el disco duro tiene dos platos; por lo tanto, tiene cuatro caras y cuatro cabezales, donde cada uno de ellos está numerado, se comienza por el cabezal cero, y superficie o cara cero. Los cuatro cabezales son desplazados simultáneamente por el impulsor, de tal forma que se pueda acceder a toda la superficie donde se va a leer y escribir. Los dos platos están fijos al eje central y giran por acción de un motor, el cual funciona a alta

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velocidad. Algunos discos duros vienen preparados para trabajar a 5400 RPM, como los que vienen en los computadores portátiles; muchos, a 7200 RPM, como los que tienen los computadores de escritorio; y otros, a 10000 y 15000 RPM, que se identifican como de 10K y 15K RPM respectivamente, como los que requieren los servidores.

En la imagen anterior, se aprecia un disco de tres platos y seis cabezales. Estos cabezales están en dos posiciones importantes. Primero, en el lado izquierdo de la imagen, se ve que los cabezales están junto al eje central, zona de parqueo, es decir, los cabezales descansan sobre la superficie de los platos, lo cual es posible cuando el disco duro está apagado. Segundo, en el lado derecho de la imagen, se aprecia que los cabezales están muy cerca del borde de los platos, track cero o pista cero, es decir, los cabezales no hacen contacto con la superficie, porque están flotando y los platos están girando a 7200 RPM, pero si hicieran contacto con la superficie, ésta se dañaría; inclusive, si un cabezal hiciera contacto en la pista cero, el disco duro quedaría inservible.

Todos los platos son de aluminio sobre los que se ha adicionado una sustancia magnética. Esta sustancia tiene partículas magnéticas que han sido depositados de dos formas:

Discos duros de medio recubierto, en este caso, se ha adicionado una capa de óxido de hierro que deja su superficie de color marrón rojizo. Esto se usó en los discos duros antiguos.

Discos duros de medio metalizado, en este caso, se ha adicionado una película fina de color brillante, que se hace mediante deposiciones al vapor, la cual lo hace parecer cromado y con la que se consigue tener una superficie extremadamente dura. Esto se usa, en los discos duros actuales, para que puedan funcionar mucho tiempo más y lograr altas capacidades de almacenamiento.



El proceso de grabación, en un disco duro, es magnético. Por ello, sobre la superficie de los platos, se encuentran partículas de hierro, las cuales son orientadas en sólo dos posiciones por acción del cabezal. El cabezal, al recibir una corriente, se comporta como un imán y orienta las partículas a una posición, pero, al cambiar el sentido de la corriente, orienta las partículas hacia la otra posición. En otras palabras, se trabaja sólo con dos orientaciones, donde una de ellas representa al “1” y la otra al “0”.

1.3 Parámetros del disco duro Se deben tener en cuenta algunos parámetros del disco, como los siguientes:

Número de platos, se refiere a cuántos platos hay dentro del disco duro. Número de caras, la cara es cada uno de los dos lados de un plato, por lo que el número de caras debe ser el doble del número de platos en el caso de que todas sean usadas. En algunos discos duros de servidores, no se utiliza la primera cara como medida de seguridad, por lo que el número de caras se ve reducido en 1. Siempre, cada una de las caras está numerada, se comienza con el número cero. Número de cabezales, se refiere a la cantidad de cabezales y será coincidente con la cantidad de caras en uso. Número de pistas, una pista es una circunferencia dentro de una cara. Es la trayectoria generada por un cabezal cuando escribe o lee, pero, para ello el cabezal debe estar estático y el plato en movimiento. El número de pistas refiere a la cantidad de pistas que pueden generarse en una cara. Las pistas están numeradas y, siempre, se comienza con la pista 0 que se halla en el borde exterior (track 0).

Número de cilindros, un cilindro es el conjunto de pistas generadas por los cabezales en una determinada posición. Si el impulsor mueve a los cabezales a la pista 3000 y el número de cabezales es seis, se tiene, en ese momento, un conjunto de seis pistas 3000 y se le llama cilindro 3000. El número de cilindros coincide con el número de pistas en una cara. Número de sectores, cada una de las pistas está dividida en pequeñas porciones y cada porción se llama sector. Esto se debió al sistema operativo DOS, el primer SO usado en los computadores personales o PC´s, que determinó que el disco debería estar dividido en porciones, es decir, dividido

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como cuando uno parte una torta. Esta división generó que cada una de las pistas se vea dividida en pequeños arcos, a los cuales se les designó con el nombre de sector. Además, se estableció que, en cada sector, se almacenen 512 bytes. El número de sectores se refiere a la cantidad de sectores que tiene una pista o cantidad de porciones en que se ha dividido el disco duro.

En la actualidad, el tamaño del sector no es fijo, pero el estándar que usa la mayoría es de 512 bytes. Sin embargo, antiguamente, el número de sectores por pista era fijo, lo cual hacia desaprovechar el espacio significativamente, ya que se podían almacenar más sectores en las pistas exteriores que en las interiores. Por esta razón, apareció la tecnología ZBR (grabación de bits por zonas) que aumentó el número de sectores en las pistas exteriores y usó más eficientemente el disco duro.

El primer sistema de direccionamiento que se usó fue el CHS (cilindro-cabeza-sector), ya que con estos tres valores se podía situar un dato cualquiera del disco. Más adelante, se creó otro sistema más sencillo: LBA (direccionamiento lógico de bloques), que consistía en dividir el disco duro entero en sectores y asignarle a cada sector un único número. Este sistema es el que se usa actualmente.

Si se usa el direccionamiento con los parámetros C, H y S, se puede calcular la capacidad total de un disco duro mediante la siguiente fórmula:

Capacidad del disco duro = C x H x S x 512 bytes

Donde: C = número de cilindros H = número de cabezales S = número de sectores por pista

Si se usa el direccionamiento LBA, la capacidad se calcula de la siguiente manera:

Capacidad del disco duro = Número de sectores LBA x 512 bytes

Esta fórmula se usa cuando el estándar, en cada sector, es de 512 bytes, ya que algunas empresas utilizan diferente cantidad de bytes por sector.

Entonces, la fórmula general sería la siguiente:

Cap. del disco duro = Número de sectores LBA x Número de bytes por sector



Si se usa el programa Everest, se puede ver las características de un disco duro. Por ejemplo, en la imagen, se observa las características del disco duro Fujitsu, el cual tiene los siguientes parámetros:

C = 77545 cilindros H = 16 cabezas S = 63 sectores por pista

Ahora, si se quiere calcular su capacidad, ésta se determina de la siguiente manera:

Capacidad disco duro = 77545 * 16 * 63 * 512 bytes = 40 020 664 320 bytes

Si el cálculo se quiere determinar en GB, se debe dividir el resultado entre 10243.

Capacidad disco duro = (40 020 664 320 / 1024

3) GB = 37.27 GB

Si se utiliza la otra forma de direccionamiento, LBA, se tendría el siguiente resultado:

Capacidad disco duro = 78165360 * 512 bytes = 40 020 664 320 bytes

En base a los parámetros de un disco duro recabados por el programa Everest, se pueden hacer algunas preguntas para entender mejor la organización interna de éste, las cuales son las siguientes:

C = 77545 cilindros, H = 16 cabezas, S = 63 sectores por pista

¿Cuántos sectores tiene un cilindro?

Si un cilindro tiene 16 cabezas y cada una de ellas describe una pista, el cilindro tendrá 16 pistas. Si cada pista está dividida en 63 sectores, se puede calcular la cantidad de sectores en un cilindro, como el producto de 16 por 63.

Resp = 16 x 63 sectores

¿Cuántos bytes tiene un plato? Un plato tiene dos caras; cada cara, 77545 pistas; cada pista, tiene 63 sectores; y cada sector, 512 bytes. Por lo tanto, para determinar la cantidad de bytes en un plato, primero, se debe determinar la cantidad de sectores que hay en una cara, mediante el producto de 77545 por 63. El resultado obtenido se multiplica por 512 para determinar la cantidad de bytes en una cara. Finalmente, el resultado anterior se multiplica por 2, porque el plato tiene dos caras.

Resp = 77545 x 63 x 512 x 2 bytes

Los parámetros C / H / S de un disco se utilizan para:

Permitir calcular la capacidad del disco duro, como ya se vio.

Determinar la estructura del disco duro, conocer la cantidad de cilindros, de caras, etc.

Permitir identificar a cada sector con las coordenadas: ID = C, H y S escritas en cada sector, a esta parte se le llama ID (identificación), tal como aparece en el siguiente gráfico. En éste, se aprecia que el primer

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sector de un disco duro está identificado por el 0, 0, 1, lo que nos indica que el primer sector está en el cilindro 0, en la cara 0 y en el sector 1.

1.4 El Drive de Estado Sólido (SSD) La unidad de estado sólido o SSD (solid state drive) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa memorias flash en lugar de los platos y cabezales que se encuentran en los discos duros convencionales. Los SSD son considerados como “discos” de estado sólido, aunque, técnicamente, no lo son, porque SSD no significa disco de estado sólido, sino drive o unidad de estado sólido. Los SSD basados en flash, también conocidos como discos flash, no requieren baterías, lo cual permite a los fabricantes replicar tamaños estándar del disco duro (1.8 pulgadas, 2.5 pulgadas y 3.5 pulgadas). Además, los SSD mantienen su información cuando desaparece la energía, porque no son volátiles. Esto último hace que se pueda pensar en reemplazar a los discos tradicionales por los discos flash. Otra característica importante es que estos dispositivos de almacenamiento son muy rápidos, ya que no tiene partes móviles, lo cual reduce ostensiblemente el tiempo de búsqueda, latencia y otros retardos electromecánicos inherentes a los discos duros convencionales.

Se estima que, con el pasar de los años, la tendencia será reemplazar a los discos duros (HDD Hard Disk Drive) por discos flash (SSD), porque si se comparan, se puede ver muchas ventajas que tiene el SSD sobre el HDD. Comparación entre HDD y SDD La comparación se realiza entre dos discos de una portátil, por un lado el disco tradicional llamado HDD y el otro es el disco de estado sólido, implementado con memorias flash. Esta información está basada en la comparación realizada por Samsung, fabricante de ambos tipos de disco.



HDD SDD

Peso 60gr 40 g4

Velocidad de carga del SO 1 min 03 seg 0 min 37 seg

Velocidad de lectura de un archivo de 25MB

0 min 12 seg 0 min 04 seg

Abrir un archivo de 40MB de Photoshop


Tiempo de demora en apagar la PC


Prueba de vibración No soporta, falla No le afecta la vibración

Precio Western Digital 320GB SATA precio = $ 60

Kingston de 128GB de 2.5” precio = $ 300

Ventajas de los discos de estado sólido frente a los Discos Duros mecánicos:

Arranque más rápido, al no tener platos que necesiten alcanzar una velocidad constante.

Gran velocidad de escritura y lectura.

Baja latencia de lectura y escritura, cientos de veces más rápido que los discos mecánicos.

Ejecución de las aplicaciones en menor tiempo - Resultado de la mayor velocidad de lectura y especialmente del tiempo de búsqueda.

Menor consumo de energía y producción de calor - Resultado de no tener elementos mecánicos.

Sin ruido debido a la carencia de partes mecánicas.

El rendimiento no se deteriora mientras el disco se llena, dado que el tiempo de acceso es constante y no necesita la desfragmentación.

Menor peso y tamaño que un disco duro tradicional de similar capacidad.

Resistente - Soporta caídas, golpes y vibraciones sin estropearse y sin descalibrarse como pasaba con los antiguos discos duros, gracias a carecer de elementos mecánicos.

Desventajas de los discos de estado sólido frente a los Discos Duros mecánicos:

Los precios de los discos SSD son más altos y es la principal razón de su baja demanda. Sin embargo esto está cambiando.

Menor capacidad de recuperación - Después de un fallo mecánico los datos son completamente perdidos pues la celda es destruida, mientras que en un disco duro normal que sufre daño mecánico los datos son frecuentemente recuperables usando ayuda de expertos.

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En la actualidad los discos SSD tienen menor capacidad máxima que la de un disco duro convencional, que llega a superar los 3 Terabytes.

1.5 Estructura lógica del disco duro Se ha visto el disco duro desde el punto de vista físico, con sus pistas y sectores. Sin embargo, el sistema operativo permite verlo de manera lógica. El SO muestra al disco como un rectángulo dividido en pequeñas celdas llamadas clusters. Si se relaciona a los clusters con los sectores, se puede decir que un cluster es un grupo de sectores. Un caso particular es que un cluster tiene 4 sectores cuando se usa un sistema de archivos FAT 32.

El sistema operativo presenta el disco duro como un área rectangular organizado en particiones. Cuando el disco duro está dividido en particiones, se pueden identificar tres espacios diferentes en el disco:

Sector de arranque

Espacio particionado

Espacio sin particionar

Sector de arranque El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro ubicado en el cilindro 0, cabezal 0, sector 1. En este sector, se encuentra un pequeño programa de inicialización llamado Master Boot Record (MBR); además, almacena la tabla de particiones. El MBR y la tabla de particiones son creados en el momento de dividir en particiones el disco duro. El MBR es un pequeño programa, se debe recordar que el BOOT está en el BIOS de la mainboard, usado por el CPU para que pueda bootear, es decir, dar inicio al proceso de carga del sistema operativo. Específicamente, el CPU necesita ejecutar las instrucciones que están en el MBR para poder llegar



hasta el disco duro e iniciar el proceso de carga del SO. Además, se necesita saber desde qué partición se va a cargar éste, para ello, se usa la tabla de particiones que está en el mismo sector. En esta tabla, la partición que tiene el SO que se quiere cargar debe estar como ACTIVA, porque si no figura una partición como activa, se producirá un error en el momento del encendido del computador.

Espacio particionado El espacio particionado es un espacio del disco duro que ha sido asignado para ser utilizado por un sistema operativo determinado. Espacio sin particionar El espacio sin particionar es el espacio del disco duro que ha sido dejado de lado, es decir, no puede ser usado. Es el espacio del disco duro que no ha sido asignado para ser usado por ningún sistema operativo.

1.5.1 Tipos de particiones Partición primaria La partición primaria es un espacio del disco duro separado para que, en él, se instale un sistema operativo. Sólo pueden haber particiones primarias y una de ellas debe figurar como ACTIVA en un determinado momento, lo cual indicará que, desde ahí, se va a cargar el SO. Se pueden crear varias particiones primarias para tener instalados varios sistemas operativos. Esta partición deberá ser, luego, formateada lógicamente, para lo cual se usa algún sistema de archivos (FAT 32, NTFS, ext3, etc.) El sistema de archivos va a permitir controlar los archivos que se almacenan en el disco duro, los cuales deben estar anotados en una tabla que permita ubicarlos (FAT – File Allocation Table). Esta tabla se encuentra al inicio de la partición.

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Partición extendida La partición extendida es un tipo de partición que actúa como una partición primaria y sirve para contener infinidad de unidades lógicas en su interior. Fue ideada para romper la limitación de tener sólo 4 particiones primarias en un disco duro físico. Sin embargo, sólo puede existir una partición de este tipo por disco duro y sirve únicamente para contener particiones lógicas. Por lo tanto, es el único tipo de partición que no soporta un sistema de archivos directamente. Partición lógica La partición lógica ocupa un espacio de la partición extendida o la totalidad de la misma. Estas particiones lógicas o unidades lógicas se utilizan para guardar datos a diferencia de la partición primaria, cuya orientación es para el sistema operativo. La cantidad de unidades lógicas está limitada por las letras del abecedario y deben estar formateadas con un tipo específico de sistema de archivos (FAT32, NTFS, ext2, etc.).

El caso más simple de partición de un disco duro es cuando todo el espacio de éste se separa para la partición primaria. En este caso, no habría partición que activar, pues, por defecto, se activa la única que existe.

1.5.2 Aplicaciones para particionar Existen diferentes aplicaciones para particionar un disco duro. Normalmente, vienen incorporados en el software de instalación del sistema operativo. Sin embargo, también, se encuentran separados de éste, como el Partition Magic, que es un programa comercial válido para MSDOS, Windows, Linux y OS/2. Otro programa usado es el Disk Manager, el cual es proporcionado por el fabricante del disco duro. También, se puede realizar las particiones a un disco duro desde el propio sistema operativo.

Desde el sistema operativo Windows XP, se puede particionar el disco duro mediante el Administrador de discos, tal como aparece en la siguiente imagen. Desde ahí, se puede particionar y formatear lógicamente, así como activar una de las particiones. Sin embargo, la administración de las particiones está limitada, por ejemplo no permite hacer modificaciones de los tamaños ya asignados a cada partición.



En el sistema operativo Windows 7, se encuentra una mejora sustancial en la administración de las particiones, porque, en este SO, se puede hacer modificaciones del tamaño de las particiones después de ya haber estado trabajando con una configuración específica, es decir, si es necesario por alguna razón, sí permite asignarle más espacio a alguna de las particiones existentes.

Partition Magic es un programa que permite variar el tamaño de una partición sin que se pierdan los datos. Es compatible con un buen número de formato de archivos, como el NTFS, HPFS, EXT2 o EXT3 en LINUX. Incluso, puede variar el tamaño del cluster de una partición sin variar su contenido.

Por ejemplo, si se tiene un disco con dos particiones, tal como lo muestra la siguiente imagen, donde se aprecia una partición primaria (C:) y una partición extendida (D:), con el Partition Magic, se puede agregar una partición más para instalar otro sistema operativo.

Para realizar estos cambios, se debe reducir los tamaños de las particiones para dejar un espacio sin particionar y, en este espacio, crear una nueva partición. Luego de los cambios, se tendrá las tres particiones, tal como lo muestra la siguiente imagen.

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Mediante el Partition Magic, se puede crear una nueva partición y cambiar su tamaño según las necesidades de espacio que se tengan. Esto se puede observar en la imagen siguiente que muestra el Norton Partition Magic de la empresa Symantec.

1.5 Formato de un disco duro Después que se han realizado las particiones, en el disco duro, es necesario dar formato a cada una de ellas. El formato prepara a la partición para que pueda ser usada por el sistema operativo. Si solamente se realiza la partición y no se formatea, esa parte del disco duro no podrá ser usada por el SO e indicará el siguiente mensaje de error: “el medio no es válido”. El formato puede ser realizado desde diferentes programas, por ejemplo el Partition Magic permite particionar y dar formato. Desde el sistema operativo, se puede dar formato a una partición con la siguiente línea de comando:

FORMAT D: /q “D:” es el nombre de la unidad La opción “/q” indica que se debe realizar el formato rápido (quick).

El formato puede ser realizado desde el mismo sistema operativo en forma gráfica, tal como se puede apreciar en las siguientes imágenes. El formato puede ser rápido si es que se marca esta opción.



También, se puede elegir el sistema de archivos. En este caso, Windows puede usar FAT32 o NTFS. Si seleccionamos NTFS, se puede elegir el tamaño del cluster. Para ello, se tienen las siguientes alternativas: 512, 1024, 2048 y 4096 bytes, las cuales corresponden a 1, 2, 4 y 8 sectores respectivamente por cluster.

Se aprecia, además, que, para el sistema de archivos NTFS, se puede habilitar compresión, con lo cual se puede ganar espacio en el disco duro a cambio de velocidad. Sin embargo, si se trabaja comprimido, se pierde algo de tiempo para la compresión y descompresión.

Si se instala el sistema operativo desde el CD de instalación de Windows XP, durante el proceso de instalación, se puede crear la partición donde se ubicará el SO y darle formato a dicha partición. En la siguiente imagen, se aprecia que se puede crear y eliminar particiones.

Después de crear la partición, se debe formatear, para ello, se puede elegir una de las cuatro opciones que muestra la siguiente imagen.

El sistema operativo Windows 7 se puede instalar en una sola partición del disco duro y, al finalizar la instalación, se puede modificar las particiones, tal como se muestra en las siguientes imágenes.

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Los sistemas de archivos (File System) permiten llevar el control de los archivos guardados en algún dispositivo de almacenamiento, ya sea disco duro, memoria USB, CD u otros. La mayoría de los sistemas operativos poseen su propio sistema de archivos y son capaces de manejar algunos sistemas de archivos, mientras que otros no lo pueden hacer. Por ejemplo, Windows 98 utiliza FAT32, pero no puede manejar NTFS. Por otro lado, Windows XP utiliza los dos, FAT32 y NTFS, pero no puede manejar el sistema de archivos EXT3 empleado en Linux.

Características de algunos ejemplos de sistemas de archivos:

FAT32: acepta un tamaño de partición de hasta 2TB; permite reconocer nombre de archivos largos; el tamaño del cluster depende del tamaño de la partición, pero el tamaño del cluster es menor que las versiones anteriores de FAT. NTFS: es un formato que tiene 8 niveles de control, por ello es más seguro; el tamaño del cluster no depende del tamaño de la partición, lo cual es muy importante. EXT3: Es un formato empleado en el S.O. Linux; posee comprobación de consistencia en casos específicos donde se determinan errores de hardware ante fallas eléctricas; optimiza el movimiento de los cabezales en un disco duro.

1.6. Mantenimiento del disco duro

Comprobación de errores. Es una herramienta que provee el disco duro y permite explorar la unidad seleccionada para comprobar si está dañada. El disco duro no se puede utilizar mientras esta herramienta se esté utilizando. El tiempo de comprobación del disco demora mucho si la unidad tiene demasiados archivos.

Desfragmentación. Es una herramienta que se encarga de buscar los archivos y carpetas fragmentados de los volúmenes locales, y coloca los fragmentos en un mismo lugar.

Se puede acceder a estas herramientas desde las propiedades del disco duro.



Imagen del disco duro Una de las necesidades indispensables, en nuestra época, es hacer una copia de respaldo del disco duro. Esto se puede hacer con el Norton Ghost. Con este software, se puede crear la imagen del disco duro, guardarla y, cuando sea necesario, restaurarla. Esto ahorra tiempo, ya que si se intenta formatear e instalar todas las aplicaciones de nuevo, va a tomar muchas horas. No obstante, si se ha guardado la imagen del disco duro, se podría reponer en muy poco tiempo.

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Autoevaluación

Se sabe que los parámetros físicos de un disco duro son C/H/S, donde C son Clusters, H cabezales y S sectores. Dibuja las partes internas del disco duro e indica brevemente la función de cada uno de ellos.

Define y dibuja un cilindro en un disco duro.

¿Qué es el tiempo de acceso en un disco duro?

¿Es lo mismo cilindro que pista? Explique.

Escriba 3 características de un disco duro.

Si los parámetros de un disco son los siguientes: C =10000 / H = 10 / S = 63, determine lo siguiente:

a.- ¿Cuántos sectores tiene un cilindro? b.- ¿Cuántos bytes tiene un plato? c.- ¿Cuántos cilindro tiene el disco duro? d.- ¿Cuál es la dirección o identificación del primer y último sector? e.- ¿Cuántos clusters tiene este disco? f.- ¿Cuántos GB tiene el disco duro?

Mencione 2 diferencias entre los sistemas de archivos FAT 32 y NTFS.

Indique gráficamente lo que contiene el disco duro cuando se ha dividido en dos particiones, una para sistema operativo y otra para datos.

¿Para qué se divide en particiones un disco duro?

Defina los siguiente conceptos: El formato lógico Formato físico Partición activa Unidad lógica Cluster MBR Tabla de particiones

Indique ¿qué es un sistema de archivos?



Resumen

El disco duro es el principal dispositivo de almacenamiento; además, permite almacenar el sistema operativo y aplicaciones.

Impulsor de cabezales es el sistema que mueve las cabezas de L/E sobre la

superficie de los platos. En la zona de parqueo, el cabezal descansa sobre la superficie del plato. En el track cero, los cabezales no hacen contacto con la superficie, porque están

flotando y los platos están girando a 7200 RPM. Capacidad del disco = C x H x S x 512 bytes Capacidad del disco = Número de sectores LBA x 512 bytes El SO muestra al disco como un rectángulo, dividido en pequeñas celdas llamadas

clusters. El SSD (solid state drive) es un dispositivo de almacenamiento de datos que usa

memorias flash. El sector de arranque es el primer sector de todo disco duro ubicado en el cilindro

0, cabezal 0, sector 1. La partición primaria es un espacio del disco duro separado para que se instale un

sistema operativo. El formato lógico prepara a la partición para que pueda ser usada por el sistema

operativo. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.mundopc.net/hardware/componen/hdd/index.php

En esta página, hallará información de cómo es internamente el disco.

http://www.seagate.com/www/en-us/products/desktops/

En esta página, hallará a uno de los fabricantes de discos más importante.

http://www.symantec.com/es/mx/norton/partitionmagic

En esta página, hallará las especificaciones del programa Partition Magic.

http://www.mundopc.net/hardware/componen/hdd/index.php

http://www.seagate.com/www/en-us/products/desktops/

http://www.symantec.com/es/mx/norton/partitionmagic

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INTERFACES DEL DISCO DURO


Al término de la unidad, el alumno describe e instala a los dispositivos de almacenamiento del computador.

TEMARIO

La interfaz IDE

La interfaz Serial ATA

La Interfaz SCSI

La interfaz SAS

Preparación de los discos duros

Unidades de Respaldo en Cinta Magnética


Los alumnos establecen las diferencias entre las distintas interfaces de de disco duros.

Los alumnos determinan cómo se debe preparar los discos y en que se puede hacer copias de respaldo.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

6

TEMA

14



1. INTERFACES DEL DISCO DURO Se han desarrollado varios tipos de interfaces de disco duro, dentro de las cuales se encuentran la interfaz IDE o ATA, y SCSI. Ambas interfaces son paralelas. En la actualidad, se está trabajando con las interfaces seriales de alta velocidad, como SATA y SAS. A continuación, se van a presentar las características más importantes de cada una de ellas.

1.1 La interfaz IDE La interfaz IDE (Integrated Device Electronics - Dispositivos Electrónicos Integrados) o ATA (Advanced Technology Attachment) controla los dispositivos de almacenamiento masivo de datos, como los discos duros y ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface); además, permite instalar otro tipo de dispositivo, como una unidad de CD-ROM. El controlador de esta interfaz se encuentra integrado en el chipset puente sur. Esta interfaz es paralela; por ello, se le llama, también, PATA (Paralelo ATA). De otro lado, debido a que, en la actualidad, es más usada la interfaz SATA, PATA ha evolucionado desde que fue creado por Westwer Digital. Ahora, se caracteriza por tener un conector de 40 pines por donde fluyen las señales de control y los datos a transferir. Se sabe que, inicialmente, IDE permitía una transferencia de datos a 4 MB/s. Sin embargo, la mejora se ha logrado con EIDE (Enhanced IDE), la cual permite reconocer discos de hasta 8.4 GB y tener una velocidad de transferencia de datos a 10 MB/s. Además, implementó 2 sistemas de direccionamiento de los discos duros: CHS y LBA, con los cuales puede obtener las capacidades máximas permitidas. Con EIDE, se incrementó la capacidad de poder atender hasta 4 periféricos, el IDE primario y el IDE secundario; además, se habilitó la posibilidad de instalar unidades de CD-ROM y cinta magnética.

Modos de transferencia Existen 3 modos de transferir datos al disco duro a través de una interfaz IDE: modo PIO, modo DMA y Bus Master DMA. Modo PIO (Programmed I/O), éste modo depende del procesador para lograr el traslado de la información. Modo DMA, en ese caso, el procesador encarga al controlador de DMA el traslado de la información. El DMA hace la transferencia a 4 MB/s. Bus Master DMA, éste aprovecha las prestaciones de los chipset, cada vez mayores, para lograr el control casi total y aumentar la velocidad de transferencia a 16 MB/s con el Fast DMA. Sin embargo, después de algunos cambios posteriores que se hicieron, aparecieron el Ultra DMA 33, 66, 100 y 133, los cuales aumentan la velocidad a 33 MB/s, 66 MB/s, 100 MB/s y 133 MB/s respectivamente. Estos cambios de velocidades se pueden resumir en la siguiente tabla:

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Configuración de los discos IDE o ATA Para la instalación de los discos IDE, se debe configurar, primero, con jumpers y, luego, a través del SETUP. En el caso de la configuración por jumpers, se debe elegir entre MASTER (principal) o SLAVE (esclavo).

Asimismo, es importante considerar lo siguiente: La configuración como master y slave depende del disco duro. En la mayoría de los discos IDE, la configuración como master se hace cuando se coloca el jumper; y como slave, cuando éste se retira. Otros discos tienen una posición específica para que sean reconocidos como master y otra para slave. Incluso, se puede decir que hay diferentes configuraciones. En el SETUP, se debe verificar que el disco IDE sea reconocido, tal como aparece en el siguiente gráfico.



1.2 La interfaz serial ATA Serial ATA o SATA es una interfaz de transferencia de datos entre la mainboard y algunos dispositivos de almacenamiento, como puede ser el disco duro u otros dispositivos de altas prestaciones que están siendo, todavía, desarrollados. Serial ATA sustituye al tradicional Paralelo ATA. El S-ATA proporciona mayor velocidad, mejor rendimiento cuando se tienen varios discos duros, mayor longitud del cable de transmisión de datos y capacidad para conectar discos duros sin necesidad de apagar el computador. La Organización Internacional Serial ATA (SATA-IO) es el grupo responsable de desarrollar, manejar y conducir la adopción de especificaciones estandarizadas de Serial ATA. Los usuarios de la interfaz SATA se benefician de mejores velocidades, dispositivos de almacenamientos actualizables de manera más simple y configuración más sencilla. Las velocidades de transferencia son de 150 MB/s, 300 MB/s y 600MB/s, que está próxima a salir. Esta información se aprecia en el siguiente cuadro.

Para la conexión de discos SATA, se debe usar sus propios cables de datos y el de energía que, como se ve, son diferentes a los usados en discos ATA.

Si se comparan las interfaces SATA y PATA, se encuentran muchas mejoras a favor de SATA, las cuales se pueden resumir en la siguiente tabla comparativa.

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1.3 La interfaz SCSI La interfaz SCSI (Small Computers System Interface - Sistema de Interfaz para Pequeños Computadores) es un estándar para la transferencia de datos entre distintos dispositivos y el CPU. Se utiliza habitualmente en los discos duros y otros dispositivos de almacenamiento, como cintas magnéticas o tape backup; asimismo, interconecta una amplia gama de dispositivos que incluye escáneres, unidades CD-ROM, grabadoras de CD y unidades de DVD. De hecho, el estándar SCSI promueve la independencia de dispositivos, lo que significa que, teóricamente, cualquier dispositivo puede ser SCSI, incluso existen impresoras que utilizan esta interfaz.

Para poder conectar los dispositivos SCSI, es necesario una tarjeta controladora SCSI y cables para poder conectar 7 ó 14 dispositivos, los cuales pueden ser internos o externos.

Los dispositivos SCSI son inteligentes, ya que poseen un controlador y su propia ROM, donde almacenan sus parámetros de funcionamiento. Estos dispositivos usan una tarjeta controladora, la cual posee su propio BIOS; por lo tanto, dicha tarjeta no está supeditada a las limitaciones del BIOS del ordenador. De esta manera, cuando se enciende el computador, cada disco duro es identificado sin necesidad de ingresar al SETUP de la máquina.

En el gráfico, se aprecia una tarjeta controladora SCSI que acepta 7 discos duros, cada uno de los cuales debe ser configurado a través de jumpers para determinar su número de dispositivo, de 0 a 6. Para esta configuración se usan tres jumpers con pesos 1, 2 y 4, que trabajan en binario. Si el disco se debe configurar como



número 3, los jumpers deben estar en 1 y 2, y el 4 no estar presente (como se observa en la gráfica anterior). Las interfaces SCSI han evolucionado para mejorar la velocidad de transferencia. La última de ellas es la ULTRA 320 que alcanza una transferencia de 320 MB/s, la cual es muy superior a los 133 MB/s de velocidad máxima que alcanzó la interfaz ATA.

1.4 La interfaz SAS

Serial Attached SCSI o SAS, sucesor de la interfaz paralela SCSI, es una interfaz de transferencia de datos en serie que mantiene los comandos SCSI para interaccionar con los dispositivos SAS. Además, aumenta la velocidad y permite la conexión y desconexión en forma rápida. La primera versión, SAS 300, apareció, a finales de 2003, con una velocidad de 300 MB/s. La siguiente, llamada SAS 600, alcanza una velocidad de 600 MB/s. Sin embargo, se espera llegar a una versión que alcance la velocidad de 1200 MB/s en el año 2010.

La interfaz SAS tiene una característica importante que se debe considerar: aumenta la velocidad de transferencia al aumentar el número de dispositivos conectados, es decir, mantiene una velocidad constante para cada uno de ellos. En cambio, en la interfaz SCSI, por ejemplo, los 320 MB/s deben ser compartidos entre todos los dispositivos conectados al cable. Incluso, la interfaz SCSI está limitada sólo a 16 dispositivos, mientras que la interfaz SAS a 128. El conector de la interfaz SAS es el mismo que el de SATA; por ello, puede utilizar estos discos duros para aplicaciones con menos necesidad de velocidad, con lo cual se ahorran costos. En otras palabras, los discos SATA pueden ser utilizados por controladoras SAS, pero no a la inversa, una controladora SATA no reconoce discos duros SAS.

En el siguiente gráfico, se ve a dos discos SAS, de 15 K RPM y hot plug, que pueden ser conectados en pleno funcionamiento, pero ello dependerá del tipo de arreglo.

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1.5 Preparación de los discos duros de servidores Sin importar el tipo de disco duro, éste debe ser preparado para poder ser usado por el sistema operativo. Se vio, anteriormente, que se pueden hacer particiones lógicas en los discos. Ahora, se presentará otra forma de hacerlo, ésta se llama RAID o arreglo de discos. Se sabe que una partición es un disco lógico creado dentro de un disco físico; por lo tanto, un arreglo es un disco lógico creado con varios discos físicos. Un RAID (Redundant Array of Inexpensive Disks - Arreglo Redundante de Discos Baratos) es un conjunto de discos agrupados, que permite incrementar la capacidad, la velocidad y la seguridad de los sistemas de almacenamiento. Existen diversos arreglos, pero los más usados son RAID 0, RAID 1, RAID 5 y RAID 10.

RAID 0 (arreglo de discos sin tolerancia a fallas) RAID 0 usa la técnica “STRIPING”, que distribuye la información entre los diferentes discos y aumenta la capacidad de almacenamiento. Para ello, se requiere un mínimo de 2 discos duros. También, se logra menor tiempo en el acceso al aumentar la velocidad de grabación, es decir, si se utiliza 5 discos, se multiplicará por 5 la velocidad. En este tipo de arreglo, no hay redundancia de información, por lo que, si alguno de los discos se malogra, se pierde toda la información.

RAID 1 (arreglo espejo) RAID 1 aplica la técnica “MIRRORING” o espejo, que consiste en duplicar la información de un disco en otro. Sin embargo, desperdicia el 50 % de la capacidad. Asimismo, evita pérdida de información e interrupciones del sistema, debido a fallas del disco, pero esto no le hace ganar velocidad.



RAID 5 RAID 5 permite alta capacidad, alta velocidad y seguridad en un disco duro. Para la seguridad, usa la paridad distribuida, por ejemplo si un disco se malogra, será reemplazado y recuperada toda su información por parte del sistema operativo. Este tipo de arreglo es el más usado en servidores de base de datos, web, correo electrónico, etc.

1.6 Unidades de respaldo en cinta magnética (TAPE BACKUP) El TAPE BACKUP es un dispositivo que se utiliza para respaldar la información de los discos duros. La diferencia con los discos es que su sistema de grabación y lectura es secuencial y utiliza un medio magnético similar a una cinta de grabación de audio o de video. Este sistema de respaldo de información es usado para los casos donde se quiere guardar grandes cantidades de información. Por ejemplo, se puede grabar 1600 GB en una sola cinta magnética. El proceso de grabación más utilizado es el tipo DLT (Digital Linear Tape), específicamente es el Súper DLT, donde la grabación es lineal, como lo muestra el siguiente gráfico.

Las características de algunos de los sistemas de respaldo de grabación en cinta magnética son las siguientes:

Súper DLT (Quantum DLT – 54): capacidad 800 GB sin comprimir y 1600 GB comprimido. Velocidad de transferencia: 122 MB/s Autoloader: posee 1 drive y dispone de 8 slots para instalar las cintas; otros, 16 slots con lo que duplican su capacidad. Puede almacenar hasta 25.6 TB. Tape Library (Quantum Scalar 10K) son Librerías para empresas que necesitan almacenar y hacer backups. Escalable desde 700 hasta 13,884 slots y puede llegar a tener hasta 324 drives. La capacidad máxima que consigue es de 11,386 TB.

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1.7 Almacenamiento óptico El Almacenamiento óptico, es una variante de almacenamiento de datos que consiste en la lectura y escritura a través de haces de luz láser. Los soportes de almacenamiento que hacen uso de este tipo de almacenamiento son el Compact Disc o CD, el Digital Versatile Disc o DVD, el Blu-Ray Disc, el UMD y el HD DVD. El disco compacto, conocido popularmente como CD, es utilizado para almacenar cualquier tipo de información (audio, imágenes, vídeo, documentos y otros datos). Los CD estándar tienen un diámetro de 12 centímetros y pueden almacenar hasta 80 minutos de audio (o 700 MB de datos). Los MiniCD tienen 8 centímetros y permite almacenar hasta 24 minutos de audio o 214 MB de datos.

El DVD es un disco óptico de almacenamiento de datos cuyo estándar surgió en 1995. Sus siglas corresponden con Digital Versatile Disc. Los DVD se dividen en dos categorías: los de capa simple y los de doble capa. Los DVD de capa simple puede guardar hasta 4,7 gigabytes en alrededor de siete veces más que un CD estándar. Emplea un láser de lectura con una longitud de onda de 650 nm (en el caso de los CD, es de 780 nm). El DVD de una cara y doble capa almacena 8,5 GB y el de DVD de dos caras y doble capa almacena hasta 17,1 GB.



Blu-ray disc también conocido como Blu-ray o BD, es un formato de disco óptico de nueva generación de 12 cm de diámetro, igual que el CD y el DVD, para vídeo de gran definición y almacenamiento de datos de alta densidad. Su capacidad de almacenamiento llega a 25 GB por capa, aunque Sony y Panasonic han desarrollado una nueva tecnología que permitiría ampliar la capacidad de almacenamiento de 25 a 33,4 GB por capa.

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Autoevaluación

Indique los pasos a seguir para instalar 2 discos duros.

¿Qué entiende por master y slave?

Indique diferencias entre IDE y SATA.

Indique diferencias entre SCSI y ATA.

Mencione las características de los discos SAS.

Explique qué es un arreglo o RAID.

Determine la diferencia entre RAID 0 y RAID 1.

¿Cuánto se puede almacenar en una sola cinta magnética?

¿Dónde se deben usar los Tape Library?

Indique dos diferencias entre DVD y BD



Resumen

La interfaz IDE (Dispositivos Electrónicos Integrados) es lo mismo que ATA (Advanced Technology Attachment).

En modo DMA, el controlador DMA se encarga del traslado de la información de la

RAM al disco duro o viceversa. En Modo PIO, el procesador se encarga del traslado de la información de la RAM

al disco duro o viceversa. Si comparamos las dos interfaces SATA y PATA, encontramos muchas mejoras a

favor de SATA. La interfaz SCSI permite conectar 7 ó 14 dispositivos SCSI. Un RAID es un conjunto de discos agrupados, que permite incrementar la

capacidad, velocidad y seguridad de los sistemas de almacenamiento. El Súper DLT puede almacenar en una cinta 1600 GB. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.duiops.net/hardware/discosd/discosd.htm

En esta página, hallará información de interfaces de disco duro.

http://www.wdc.com/sp/

En esta página, hallará al fabricante de discos Wester Digital, que fue uno de

los creadores de la interfaz IDE.

http://iomega.com/nas/home.html?en-us

En esta página, hallará información de almacenamiento por red.

http://www.duiops.net/hardware/discosd/discosd.htm

http://www.wdc.com/sp/

http://iomega.com/nas/home.html?en-us

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SISTEMA DE VIDEO


Al término de la unidad, el alumno, de manera individual, describe e instala los dispositivos de salida del computador.

TEMARIO

Componentes del sistema de video

Estándares de video

Monitores. Función, y tipos

Generación de imágenes en los monitores


Los alumnos revisan el funcionamiento del sistema de video.

Los alumnos reconocen las diferencias entre el video de texto y gráficos.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

7

TEMA

15



1. SISTEMA DE VIDEO Para poder manejar las señales de video en el computador, se necesita de un sistema de video mediante el cual se haga factible la visualización de las imágenes. La información de video se genera en la memoria principal (RAM). Luego, para su visualización, se pasa a la memoria de la tarjeta de video o VRAM, que, a su vez, la envía al monitor para poder convertir la señal en puntos luminosos sobre una pantalla. La imagen está formada por miles de puntos sobre la pantalla, los cuales están arreglados en filas y columnas. Cada fila es llamada línea de barrido y cada posición, en una línea de barrido, se llama píxel. El término “píxel” proviene de su denominación en inglés: píxel, acrónimo de “picture element” o "elemento de imagen". El píxel es la menor unidad homogénea en color que forma parte de una imagen digital, ya sea ésta una fotografía, fotograma de video o gráfico.

Componentes del Sistema de Video El sistema de video está formado por:

• La tarjeta o controlador de video. • El monitor. • Los drivers. La tarjeta de video es la tarjeta controladora que recibe, en su memoria RAM o VRAM, la imagen digital procesada en la memoria principal. Esta imagen digital (ceros y unos) debe ser convertida a una secuencia de señales analógicas por parte del procesador de video y ser enviada al monitor. Cada vez que se quiera actualizar la imagen de la pantalla, se debe recibir la nueva imagen digital desde la RAM principal y convertirla en tres señales analógicas (R G B) que deben ser enviadas monitor. El monitor recibe las señales analógicas y, con ellas, va generando puntos luminosos sobre la pantalla, es decir, hace un recorrido línea por línea desde la parte superior hasta completar toda la pantalla. Después que ha completado todo el recorrido, vuelve a la primera fila e inicia uno nuevo hasta cubrir toda la pantalla nuevamente, así continúa de manera permanente desde que se pone en funcionamiento hasta que se apaga. Los drivers se refieren al software que necesita todo sistema. Están formados por un conjunto de programas que le permiten al microprocesador interactuar con la tarjeta de video para la transferencia de información de memoria principal a la

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memoria de video. Este software debe ser instalado en el sistema operativo, que es el que controla a todo el hardware del PC. En el caso de que no se tenga los drivers respectivos, la tarjeta de video no va a funcionar adecuadamente. Sólo podría funcionar bajo una configuración mínima, la cual permite generalmente 16 ó 256 colores, y una resolución de 640x480 ó 800x600. Si el sistema operativo no tiene el driver de la tarjeta de video, busca dentro de su lista de drivers y le asigna uno de ellos para que pueda manejar a la tarjeta, aunque sea con mínimas prestaciones.

1.1 Tarjeta de video Toda tarjeta de video tiene RAM de video, conocido como la VRAM. Cuanto más memoria tenga la tarjeta de video, será capaz de manejar mayores resoluciones, cantidades de colores y mayor capacidad de trabajo en tres dimensiones (3D). En la VRAM, se almacena la imagen digital, en dos o tres dimensiones, pero depende de la aplicación que se esté utilizando. La mayoría de juegos del computador está en 3D, por lo que se necesita mayor cantidad de VRAM. Por esta razón, se ve que las tarjetas de video actuales tienen 256, 512 ó 1024 MB de VRAM. En el siguiente gráfico, se aprecia a los chips de VRAM. El controlador de video es el encargado de generar señales analógicas para enviarlas al monitor, para ello, usa un conversor digital analógico (DAC). Además, se encarga de actualizar los contenidos de la VRAM a través de su controlador de acceso directo a memoria. A este tipo de tarjeta se le llama aceleradora gráfica. En la tarjeta de video, se encuentra un ROM BIOS, parecido al que tiene la mainboard. El objetivo es que el controlador de video tenga el programa apropiado desde el momento en que se enciende el computador, porque si no es así, no se podrían ver los avances de encendido del computador.



La tarjeta que se observa en la imagen presenta dos tipos de salida: VGA, salida analógica para conectar los monitores RGB. Por esta salida, se envían las intensidades correspondientes al rojo, verde y azul para cada píxel. Este envío es en forma analógica. DVI (Digital Visual Interface) es una salida utilizada para conectar monitores digitales. En este tipo de interfaz, se obtiene máxima calidad de visualización en pantallas digitales, tales como los monitores de cristal líquido y los proyectores digitales. En este sistema, se trabaja, también, con los tres colores: rojo, verde y azul, donde cada color tiene un cable que transmite la intensidad correspondiente para cada píxel, pero esta transmisión es digital, es decir, envía los valores en binario.

1.1.1 Tipos de tarjeta de video

MDA (MONOCROMATIC DISPLAY ADAPTER). MDA fue una de las primeras tarjetas de video que trabajaba exclusivamente en modo texto; por lo tanto, todo símbolo o figura lo tomaba como un conjunto de caracteres ASCII. La capacidad de memoria que manejó esta tarjeta de video fue de 4 KB. CGA (COLOR GRAPHIC ADAPTER). CGA fue la primera tarjeta de video gráfica y a color. Su unidad básica fue el píxel. Mediante un conjunto de píxeles, podía representar cualquier curva para dar la idea de una forma más real en comparación con el caracter en modo texto. Disponía de 16 KB de memoria. EGA (ENHANCED GRAPHICS ADAPTER) EGA fue la tarjeta de video desarrollada por IBM, que, en esa época, fue una mejora de la CGA. Tenía capacidad de color y la cantidad de VRAM que manejaba era de 64 y 128 KB. VGA (VÍDEO GATE ARRAYS) VGA fue la tarjeta de video con mayor capacidad gráfica en su momento. Este tipo de tarjeta manejaba 15 pines y sus señales de video era analógicas, una para cada color. Las primeras versiones manejaron 256 KB ó 512 KB de VRAM. Luego, se fue mejorando y se le llamó súper VGA (SVGA). SVGA utiliza mayor cantidad de memoria, la cual debe ser mayor a 1MB. En la actualidad, se sigue usando el estándar SVGA, pero se le ha incorporado funciones de 3D que requieren mayor cantidad de memoria VRAM. Por esta razón, su memoria se incrementó cada vez más: 32, 64, 128, 256, 512 y 1024 MB. Probablemente, su capacidad de memoria siga aumentando en las próximas tarjetas de video. Nuevas tecnologías En la actualidad, se hace uso de sistemas gráficos duales, donde se puede usar dos tarjetas de video al mismo tiempo para aumentar la capacidad gráfica. Los fabricantes de tarjetas de video, como Nvidia y ATI, han desarrollado sus propias tecnologías. Nvidia tiene la tecnología SLI que duplica la capacidad gráfica con dos tarjetas de video iguales. Por otro lado, ATI ha desarrollado la tecnología llamada Crossfire que puede hacer uso de dos tarjetas no necesariamente iguales, pero donde una de ellas trabaja como master y la otra como slave.

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Los siguientes gráficos muestran cómo están interconectas las tarjetas que usan la tecnología Crossfire. Primero, se muestra un diagrama en bloques. Luego, se observan las dos tarjetas conectadas a la mainboard.

1.1.3 Modos de funcionamiento del video Toda representación gráfica o de texto se hace a través de píxeles, para lo cual se debe haber definido la cantidad de píxeles que va a tener la pantalla. Existen dos formas para mostrar los gráficos o textos, a los cuales se les llama modos de trabajo y son los siguientes:

Modo texto

En el modo texto, la visualización, en el monitor, es a través de rectángulos, donde aparecen caracteres ASCII. Todos los caracteres ocupan el mismo espacio en la pantalla y es frecuente usar 25 líneas, en cada línea se muestran 80 caracteres. En el computador, este modo de trabajo es usado en el momento del encendido. Luego, pasa al modo gráfico cuando se carga el sistema operativo Windows. Sin embargo, si en lugar de reiniciar desde el disco duro, se hace desde un disco de inicio, el sistema de video trabajará en modo texto.



Por otro lado, los expertos en Linux o Unix se acostumbran a trabajar en modo texto, debido a que, en este modo, el sistema es más estable y no se “cuelga” como puede ocurrir en el modo gráfico.

En este modo, cada carácter sólo utiliza 2 bytes de la memoria RAM; por ello, se dice que usa mapa de caracteres. Con un byte se indica el código ASCII que le corresponde al carácter y el otro byte es para un atributo (subrayado, negrita, parpadeo, etc.)

Modo gráfico En el modo gráfico, se trabaja todo con píxeles, tanto los gráficos como los propios caracteres. En el caso de los caracteres, ya no estarán restringidos a ser representados con 9x14 píxeles, como en el modo texto, sino que, por el contrario, podrán elegirse diferentes tamaños y formas.

Cuando se trabaja en modo gráfico, se deben definir los siguientes conceptos: Resolución Resolución es la cantidad de píxeles que usa la pantalla. Se indica la resolución como un producto, por ejemplo si la resolución es de 800x600 píxeles, indica que cada fila de la pantalla tiene 800 píxeles y que hay 600 filas, es decir, en total, habrá 480000 píxeles; por lo tanto, siempre, se debe dar la resolución como un producto. Otros ejemplos de resoluciones son 640x 480, 1024x768, entre otros.

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En el siguiente gráfico, se ve que se puede configurar la resolución de la pantalla, desde “propiedades de la pantalla”. En el ejemplo, se establece una resolución de 1280x1024 y, en la parte superior, se informa cómo se verá la pantalla después de aceptar esa resolución.

Color Cada píxel tiene su propio color. El color de éste estará definido por la elección de la cantidad de bits que se ha asignado a cada píxel en la memoria VRAM. Por ejemplo, si se le ha dado 2 bits, implica que la cantidad de colores distintos que puede haber sólo será de 4, pero si se le ha asignado 8 bits, puede haber hasta 256 colores distintos.

Cuando se trabaja en modo gráfico, se procesan las imágenes como “mapa de bits”, ello implica que a cada píxel se le ha asignado un conjunto de bits de longitud determinada, lo que se llama calidad de color. Por ejemplo, puede asignarse un Byte (8 bits) a cada píxel, de manera que cada píxel admite 256 colores distintos. No obstante, en las imágenes de color verdadero, se suele usar tres Bytes para definir un color, es decir, se tiene 16.777.216 de colores distintos (224).



A mayor variedad de colores, mayor será la cantidad de memoria VRAM necesaria; por lo tanto, la memoria VRAM depende de los colores y de la resolución. La cantidad usada de memoria de video se calcula así:

Memoria VRAM = Resolución x Colores (en Bytes) Por ejemplo, si se tiene una resolución de 800x600 y usa color verdadero (24 bits). Memoria VRAM = 800 x 600 x 3 Bytes Aproximadamente 1.5 MB Cuando se utiliza 24 bits, se dice que se trabaja con color verdadero, lo cual indica que se tiene 16 millones de colores distintos en cada píxel. La razón de que se denomine true color o color verdadero se debe a que es aproximadamente el número de colores que el ojo humano puede detectar. Las imágenes de color verdadero son algunas veces representadas por valores de 32 bits por píxel. Los 8 bits extra, normalmente, no afectan a la precisión del color, pero permiten incorporar un canal alfa que representa la transparencia de cada píxel. Como, en los últimos años, la potencia del CPU y las tarjetas de video ha aumentado, la versión de 32 bits ha llegado a ser muy popular en los PC´s, porque permite mostrar efectos, como ventanas traslucidas, sombreados, etc. En muchas ocasiones, los computadores están preparados para trabajar más rápido en 32 bits que en 24, por lo que, si no se necesitan los 8 bits del canal alfa, simplemente son ignorados.

Para tener una idea del canal alfa, se muestra una imagen donde se aprecia un trabajo hecho con Photoshop. En éste, el canal alfa interpreta las zonas negras como transparentes y las blancas opacas, es decir, se comporta como una máscara, de esa forma se pueden unir las dos imágenes.

1.2 Monitor Los monitores son equipos que se caracterizan por tener una pantalla donde se puede visualizar los datos que se están procesando. Existen varios tipos, los más populares son monitores de tubo de rayos catódicos (TRC), monitores LCD y monitores de plasma. Los monitores de tubos de rayos catódicos (TRC) presentan, sobre la capa interna de la pantalla, una capa de fósforo, la cual, al ser impactada por un conjunto de electrones, genera un punto luminoso del color del fósforo. Si el fósforo es verde, el punto será verde. Los primeros monitores eran monocromáticos, por lo que la pantalla estaba pintada internamente de fósforo, que podía ser blanco, ámbar o verde. Sin embargo, ahora, se utilizan monitores a color.

Para poder generar los colores diversos en la pantalla, se mezclan tres colores: rojo, verde y azul (red, green y blue - RGB), para lo cual, en la pantalla, se han

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pintado celdas muy pequeñas de rojo, verde y azul, a las cuales se les llama triadas. Las triadas permiten generar cualquier color en base a la combinación de sus tres colores.

Para poder impactar electrones, en la triada, se hace uso de tres cañones que disparan electrones. Cada cañón debe impactar en su respectiva celda. Como esto es difícil, se hace uso de una hoja de metal llamada máscara de sombra, que tiene miles de agujeros y se ubica detrás de la pantalla del monitor. Ésta define la resolución máxima del monitor. La cantidad de agujeros coincide con el número de triadas. Las imágenes se forman con píxeles, los cuales son puntos en la pantalla y cada píxel debe tener una o más triadas para que tenga definido un color; por lo tanto, un píxel no puede ser más pequeño que una triada o, en todo caso, el píxel más pequeño tiene el tamaño de una triada. Se considera que, en estos monitores, las triadas son tres celdas pintadas con fósforo rojo, verde y azul.



Autoevaluación

Explique cómo trabaja el sistema de video en mapa de bits y mapa de caracteres.

Determine qué es velocidad de refresco de un monitor.

Mencione la función de los componentes del sistema de video.

¿Cómo se determina la cantidad de memoria de video usada si la resolución es 800x600 y usa 16 millones de colores?

Dibuje el diagrama en bloques del PC donde figuren los siguientes componentes: un disco SATA, un arreglo con 5 discos SCSI, un monitor LCD, una impresora USB, un teclado y mouse USB.

¿Es mejor tener el video incorporado en la placa? Explique.

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Resumen

El píxel es un “picture element” o "elemento de imagen", de ahí su nombre. Toda tarjeta de video tiene su RAM de video conocido como VRAM. La salida VGA es analógica y se utiliza para conectar los monitores RGB. En modo texto, la visualización en el monitor es a través de caracteres. En modo gráfico, se trabaja todo con píxeles. La resolución es la cantidad de píxeles que usa la pantalla. La memoria VRAM se determina como el producto de la resolución con los colores

expresados en Bytes. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.samsung.com/pe/consumer/type/type.do?group=computersperipherals&type=monitors

En esta página, hallará a los monitores Samsung.

http://www.samsung.com/pe/consumer/type/type.do?group=computersperipherals&type=monitors



DISPOSITIVOS DE SALIDA



TEMARIO

Tecnologías para la fabricación de monitores

Impresoras

Tipos de impresoras y suministros


Los alumnos reconocen las diferencias entre los tipos de monitores.

Los alumnos reconocen las diferencias entre los modelos de impresoras.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

7

TEMA

16

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1. TECNOLOGÍAS DE FABRICACIÓN DE MONITORES Presentaremos cinco tecnologías usadas en la fabricación de monitores, de las cuales vemos que en el mercado actual predomina la fabricación y venta de monitores LED.

1.1 Monitores de tubos de rayos catódicos (TRC) Una de las características de los monitores de tubos de rayos catódicos (TRC) es que ocupan mucho espacio, por lo que no son portátiles. Existen en diferentes tamaños medidos en pulgadas. Estos monitores utilizan un tubo de rayos catódicos que genera un flujo de electrones, los cuales al estrellarse en la pantalla producen un efecto visible. Por ejemplo, si los electrones caen en la celda verde de la triada, se genera un punto de luz verde, debido a la presencia del fósforo de ese color. Para poder generar los haces de electrones, es necesario que la pantalla tenga una elevado voltaje, más de 15 mil voltios, para ello, se hace uso de un dispositivo elevador de voltaje, que se conoce como flyback. Este tipo de monitores generan un determinado grado de campo electromagnético que no es perjudicial al usuario. Por otro lado, la emisión de rayos X, también, está controlada.

1.2 Monitores de cristal líquido (LCD) Un monitor o pantalla de cristal líquido, LCD (Liquid Crystal Display), es una pantalla delgada y plana que utiliza una fuente de luz, cristal líquido, y triadas basadas en filtros de luz de color rojo, verde y azul.

Las pantallas más usadas son las TFT-LCD (Thin Film Transistor - Liquid Crystal Display). Éstas son una variante de la pantalla de cristal líquido (LCD) que usa tecnología de transistor de película delgada (TFT) para mejorar su calidad de imagen. Los monitores de TFT han desplazado a la tecnología de TRC y están generalmente disponibles en tamaños de 12 a 30 pulgadas. Además, son de bajo consumo de energía y no producen radiación. Una desventaja es que los más económicos son de baja resolución: 1024x768.

Las características más importantes de los monitores LCD son:

No perjudica tanto la vista debido a la reducida emisión de luz.

Tiene bajo consumo eléctrico.

Ocupa poco espacio físico debido a que es una pantalla plana.

Su tiempo de vida útil es de 50000 a 60000 horas, lo que empieza a fallar cuando pasan estas horas es la backlight, que pasa a tener un 50 %



menos de brillo que con el que viene de fábrica. Cuando sucede esto se dice que terminó su vida útil.

Reducido ángulo de visión, esta desventaja ha sido mejorada usando diversos diseños de las matrices que contiene a los transistores que generan la luz y al cristal líquido, por parte de los diferentes fabricantes como: Hitachi, Fujitsu, Samsung, etc.

El Tiempo de respuesta es importante a considerar, no debe ser mayor de 16 ms, caso contrario generan imágenes fantasmas, produce lo que se llama ghosting, que hace que los movimientos o cambios rápidos de la imagen, hagan que vayan quedando imágenes de cuadros anteriores.

1.3 Características de los monitores de plasma Una pantalla de plasma es un tipo de pantalla plana usada como televisor y monitor, donde se necesitan grandes dimensiones (32, 42, 50, 60 pulgadas). Consta de miles de triadas de fósforo entre paneles de cristal que contienen una mezcla de gases nobles (neón y xenón). El gas, en las celdas, se convierte eléctricamente en plasma, el cual provoca que los fósforos emitan luz. Estos monitores están basados en el principio de que ciertos gases emiten luz cuando son sometidos a una corriente eléctrica; por lo tanto, éstos van a emitir una luz ultravioleta que incidirá sobre una capa de fósforo, como ocurre con el haz de electrones en los monitores TRC. Por ejemplo, si esta luz incide sobre la celda de fósforo verde, se generará un punto luminoso de ese color.

Las características más importantes de los monitores Plasma son:

Los controles del monitor plasma son capaces de reproducir 16.77 millones de colores, proporcionando una nitidez y realismo del color y una graduación sutil entre colores.

El formato es panorámico ó 16:9. Este es el formato que tiene la televisión de Alta Definición (HDTV), y generalmente contienen las películas de DVD.

El brillo que tiene el monitor plasma es uniforme en toda su superficie. A diferencia de los sistemas de proyección posterior, que se ven afectados por la luz del medio ambiente donde se encuentran, limitando la visualización de las imágenes.

Se ahorra mucho espacio con los desplayes de Plasma.

Permiten un amplio ángulo de visión. Estos son de 160 grados (tanto vertical como horizontal), mucho más extenso que el de los monitores LCD. Esto logra que una mayor cantidad de personas puedan aprovechar de una buena calidad de imagen en una misma sala.

No les afecta los campos magnéticos.

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1.4 Las pantallas OLED Oled es la tecnología de diodos orgánicos que darán vida a la nueva generación de pantallas con un menor grosor, menor consumo, más calidad de imagen y flexibilidad. La tecnología de luz orgánica (OLED) es superior a la tecnología usada en las pantallas de cristal líquido (LCD) y de plasma, porque la supera en velocidad de respuesta y consumo de energía. Sin embargo, esta tecnología se hará esperar y tardará algunos años en tener un importante impacto en el mercado. Todo dependerá de factores, como su precio y el crecimiento del tamaño de las pantallas.

Las pantallas OLED utilizan componentes orgánicos que contienen carbono y emiten luz cuando se les aplica electricidad. A diferencia de la pantalla de cristal líquido (LCD), esta tecnología no requiere iluminación posterior, lo que hace a las pantallas OLED más delgadas y de menor consumo. En la siguiente imagen, se muestra un monitor OLED; además, la pantalla OLED flexible de 2,5 pulgadas y 160x120 píxeles de resolución, la cual es capaz de mostrar las imágenes con 16,7 millones de colores.

Las características más importantes de los monitores OLED son:

Es flexible con lo que se le pude dar diversas aplicaciones.

Si consideramos la membrana que permite mostrar las imágenes, esta tiene un 75% de transparencia al apagarla.

Debido a que las estructuras de OLED emiten su propia luz, consumen mucho menos energía que las otras pantallas, ya que no necesitan luz de fondo.

Tienen mayor contraste y puede soportar todo el espectro de luz visible, ofreciendo más de 16 millones de colores al mismo tiempo en cualquier punto de la pantalla.

Los OLED son muchas veces más rápido que los LCD y aún más rápido que los CRT.

Presenta mayor ángulo de visión.

Se enciende al instante y puede funcionar entre -55 º C y 130 º C, no les afecta la temperatura. Esta es una característica importante para muchos dispositivos portátiles que pueden ser utilizados al aire libre en diversas condiciones ambientales.



1.4.1. Características de los monitores FED El FED (Field-Emitter Displays) es una tecnología que utiliza un conjunto de nanotubos de carbono para emitir los electrones necesarios que activan los puntos de fósforo y así crear la imagen, este tipo de monitor usa las técnicas de los monitores de tubo de rayos catódicos y de los monitores LCD. Consume menos energía y muestra mejores colores en comparación con los LCD, además de tener velocidades de refresco que son muy superiores. Samsung experimenta con modos de bajar el coste y el rendimiento de TV´s LCD añadiendo nanotubos de carbono. Los nanotubos sustituyen las fuentes de luz convencionales, como bombillas o diodos luminiscentes, para iluminar imágenes en la pantalla, para ello se usan miles de nanotubos disparan electrones sobre una pantalla fosforescente para iluminar imágenes. Los nanotubos de carbono son moléculas huecas de átomos de carbono que conducen la electricidad mejor que el metal, son más fuertes que el acero y pueden emitir luz. Las ventajas que presentan respecto a una pantalla LCD son:

Su bajo consumo, al no necesitar iluminación trasera, y la posibilidad de verlas sin problemas con luz solar directa.

Se puede conseguir pantallas muy delgadas y flexibles.

Todas estas ventajas hacen que esta tecnología sea muy buena no solo para fabricar una nueva generación de libros electrónicos más flexibles, sino para pantallas de teléfonos móviles y demás equipos portátiles de electrónica de consumo.

2. IMPRESORAS

Una impresora es un dispositivo de salida que convierte las señales que el computador

le envía en texto y en gráficos sobre papel. Estos dispositivos se conectan al CPU a

través de sus puertos. Las antiguas impresoras se conectaban a través del puerto

paralelo, las actuales impresoras se conectan a través del puerto USB, y las

impresoras usadas por las empresas se conectan usando una interfaz de red, se

conectan a un switch, tal como se conecta una computadora, por ello a estas

impresoras se les llama impresoras de red.

2.1 Tipos de impresoras y suministros

2.1.1 Impresora de matriz de puntos

Las impresoras de matriz de puntos imprimen a base de impactos. Utilizan

un cabezal de impresión que se mueve de izquierda a derecha sobre el papel.

El cabezal contiene diminutas agujas que se usan para generar los caracteres

mediante una serie de puntos. Son ruidosas, imprimen generalmente texto y

no están orientadas a los gráficos. Son económicas en cuanto a sus

insumos, pero el precio de la impresora es elevado. Son elegidas por las

empresas para aplicaciones de planillas, facturación y actividades

relacionadas con la contabilidad.

176


Las impresoras matriciales utilizan cartuchos de cinta, los cuales pueden ser

nuevos, encintados y también entintados. El costo de encintado y de

entintado es bajo.

2.1.2 Impresora de inyección de tinta

Las impresoras de inyección de tinta (también conocidas como impresoras de

chorro de tinta) contienen una cabeza de impresión muy similar a la de matriz

de puntos, pero en lugar de tener diminutas agujas que forman puntos en el

papel a base de golpes, tienen unas diminutas toberas que inyectan gotas

microscópicas de tinta contra el papel. Estas impresoras son muy

silenciosas, debido a que no son de impacto y producen una alta calidad de

impresión.

Los elementos consumibles son los cartuchos de tinta, vienen en cuatro

colores diferentes: cyan, magenta, amarillo y negro, en algunos modelos se

cambia el cabezal con la tinta en una sola unidad, en otras, se cambia solo la

tinta, de acuerdo al color que se haya terminado.

2.1.3 Impresora láser

Las impresoras láser tampoco son de impacto y son muy similares a una

fotocopiadora. Estas impresoras, también, son muy silenciosas y producen

una excelente calidad de impresión. Existen impresoras de color, pero su



precio es elevado; por lo tanto, es más común el uso de estas impresoras con

sólo tóner negro y su aplicación se ha extendido a todas las empresas.

El material consumible en este tipo de impresoras es el tóner, el cual es un

polvo fino, llamada también tinta seca. El tóner viene en un cartucho para

cada color, en total cuatro para la impresora láser de colores y un solo

cartucho de tóner negro para la impresora láser monocromática.

2.1.4 Plotter

Las primeras versiones de plotters se basaban en una pluma que se mueve

(algunas veces, también, se mueve el papel) y crea gráficos de alta calidad,

como los utilizados en dibujos arquitectónicos. Existen diseños de tambor

giratorio o placa plana. Los trazadores modernos pueden elaborar dibujos en

varios colores. En algunos plotters, el papel puede desplazarse verticalmente

en los dos sentidos, es decir, se puede enrollar o desenrollar. Por el

contrario, el desplazamiento horizontal es tarea de la pluma (o plumas) de

escritura.

Los plotters actuales han cambiado la pluma por un cabezal de inyección de

tinta y, con ello, consiguen impresiones de gráficos de alta calidad y gran

tamaño, llamado normalmente gigantografía. Su aplicación está en la

publicidad exterior, para ello, utilizan diversos materiales, como banner, vinil,

translucido, etc. Asimismo, usan tintas especiales para exteriores y las

impresiones las hacen con cuatro pasadas para una mayor duración y calidad

en el gráfico. Un ejemplo de estos plotters se muestra en la siguiente imagen.

178


Autoevaluación

¿Qué diferencias hay entre los monitores LCD y plasma?

Indique diferencias entre impresoras de inyección de tinta y láser.

Dibuje el diagrama en bloques del PC donde figuren los siguientes componentes: un disco SATA, un monitor LED, una impresora USB, un teclado y mouse USB.

¿Es mejor tener el video incorporado en la placa? Explique.

Indique tres diferencias entre los monitores LED y los de TRC.



Resumen

Las pantallas más usadas son las TFT-LCD y LED Oled es la tecnología de diodos orgánicos que dan vida a la nueva generación de

pantallas. Si deseas saber más acerca de estos temas, puedes consultar las siguientes

páginas. http://www.samsung.com/pe/consumer/type/type.do?group=computersperipherals&type=monitors

En esta página, hallará a los monitores Samsung.

http://welcome.hp.com/country/pe/es/solutions/home_homeoffice.html

En esta página, hallará información sobre impresoras HP y sus suministros.

http://www.lcdag.com.ar/

En esta página, hallará impresoras para diseño gráfico.

http://www.samsung.com/pe/consumer/type/type.do?group=computersperipherals&type=monitors

http://welcome.hp.com/country/pe/es/solutions/home_homeoffice.html

http://www.lcdag.com.ar/

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SESIÓN INTEGRADORA



TEMARIO

Sesión Integradora.


Los alumnos relacionan todos los conceptos desarrollados y siguen las pautas del profesor.

Los alumnos elaboran un diagrama en bloques del computador a través del cual determinan las funciones de cada uno de sus componentes y su interrelación.

UNIDAD DE

APRENDIZAJE

7

TEMA

17



1. SESIÓN INTEGRADORA Los alumnos deberán explicar la interconexión de los dispositivos de salida con el CPU a través de un diagrama en bloques del computador. En el diagrama, deben estar la mayoría de los componentes estudiados en sesiones anteriores; además, deben explicar brevemente la función de cada uno de ellos. El desarrollo del diagrama en bloques deberá ser guiado por el profesor con participación del alumnado.

Diagrama en bloques del computador:

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Manual 2013-I 01 Arquitectura Del Computador (0029)

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