Tecnologías de los sistemas de cómputo segunda parte

Desde adentro de la PC

Hace algunos días comenzamos a hablar acerca de las tecnologías de los sistemas de cómputo, en concreto sobre la tarjeta principal y sus componentes, en ésta ocasión continuamos con lo que se conecta a esa tarjeta principal, que finalmente es lo que le da sus capacidades a nuestros equipos de cómputo y por lo tanto, lo que le da vida a nuestra civilización actual.

Microprocesadores

Los microprocesadores son uno o más circuitos integrados especializados, los cuales organizan y llevan “a cabo instrucciones que pueden provenir del usuario o del software” (Norton, Dispositivos de procesamiento, 2006).

Están diseñados como hendiduras de silicón u otros materiales, grabados con una gran cantidad de diminutos circuitos electrónicos, entrando en funcionamiento por la corriente eléctrica que pasa a través de ellos.

Son colocados en la tarjeta madre de la computadora, aunque algunos procesadores son tan complejos que deben poseer su propia tarjeta de circuitos dedicada, los cuales son insertados en una ranura especial de la tarjeta madre.

Intel E5200 Pentium Dual-Core Processor
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Intel E5200 #1
Intel E5200 Pentium Dual-Core Processor
Fotografía por lungstruck en flickr

Función

La capacidad de un procesador es determinada por su diseño o arquitectura, la cual define en dónde se ubican y conectan sus elementos, la forma como se conecta con otras partes de la máquina y otras características.

El poder del procesador es definido por la cantidad de transistores que posee, es decir, a mayor cantidad de transistores, mayor poder de proceso.

Además de la cantidad de transistores, los microprocesadores se ven afectados por la cantidad de bits-datos que es capaz de procesar al mismo tiempo, es decir, 32 bits, 64 bits y se especula una nueva generación que maneja 128 bits.

Los microprocesadores se componen por varios registros, una unidad de control, una unidad aritmético-lógica y puede o no tener una unidad de coma flotante.

Procesador Pentium 4
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Pines de procesador
Parte inferior de un viejo procesador Pentium 4 (un socket de 1,7 Ghz 478 Willamette), con los 478 pines visibles.
Fotografía por Jiahui Huang en flickr

Al ejecutar instrucciones almacenadas como un sistema binario, se organiza secuencialmente en la memoria principal, realizando diferentes etapas en uno o varios ciclos del CPU, las etapas son las siguientes:

  • Prefetch, prelectura de la instrucción desde la memoria principal.
  • Fetch, envío de la instrucción al decodificador
  • Decodificación de la instrucción, es decir, determinar qué instrucción es y por tanto qué se debe hacer.
  • Lectura de operandos (si los hay).
  • Ejecución, lanzamiento de las máquinas de estado que llevan a cabo el procesamiento.
  • Escritura de los resultados en la memoria principal o en los registros.

Al conectarse con un circuito PLL basado en un cristal de cuarzo que realiza pulsaciones a un ritmo constante, de tal forma que efectúa varios ciclos en un segundo, generando varios miles de megahercios.

Generaciones

A la fecha de esta investigación, se han determinado ocho generaciones de microprocesadores, las cuales a continuación detallo por sus características y principales exponentes:

Generaciones de microprocesadores
Generación Año de inicio Principal exponente Características
Primera P1 (086) 1971 Intel 8086 Registros de 8 bits, bus de 16 bits, velocidades de hasta 4.77 MHz.
Segunda P2 (286) 1982 Intel 80286 Compatibilidad con el software de la generación pasada, reducción de ciclos por instrucción de 12 a 4.5, en modo protegido se tenía acceso hasta 1 Gb de memoria, primer chip en soportar multitarea.
Tercera P3 (386) 1985 Intel 80386 Chips de 32 bits, mejora en la unidad de gestión de memoria, cambio sin reiniciar del modo protegido al modo real y viceversa, ejecución de varias sesiones en modo real.
Cuarta P4 (486) 1989 Intel 80486 y AMD 486 Doble rendimiento respecto a la tercera generación, coprocesadores matemáticos integrados, velocidades entre los 16 MHz y los 133 MHz, unidades de coma flotante.
Quinta P5 (Pentium) 1993 Intel Pentium y AMD K5 Arquitectura que permitía ejecución de dos operaciones al mismo tiempo, bus de datos de 64 bits, velocidades de hasta 233 MHz.
Sexta P6 1995 Intel Pentium II, Pentium III y AMD Athlon y Duron Mejoras en la arquitectura superescalar que permitía a dos unidades de ejecución de instrucciones trabajo en paralelo. Ejecución dinámica y Bus dual independiente.
Séptima 2000 Intel Pentium 4 Velocidades de hasta 3.8 GHz, hasta 125 millones de transistores, caché de hasta 1 Mb, varios estados de consumo de energía.
Octava 2001 Intel Itanium, Dual Core y AMD Athlon 64 Manejo de 64 bits, procesadores de dos o más núcleos.

Memoria RAM

Es el tipo más común de memoria, también conocida como memoria de acceso aleatorio (Random Access Memory en inglés). Este dispositivo actúa alojando datos e instrucciones de programas para que el procesador trabaje con ellas. Al momento de inicializar cualquier programa, éste se aloja en la RAM y desde ahí se ejecuta, además de que los datos ocupados por el programa también se van cargando a la memoria para acceder a ellos de manera rápida. Los datos permanecen alojados en ésta memoria de manera temporal, debido a esto se le conoce también como memoria de lectura/escritura.

Se encuentra formada por un conjunto de chips integrados a una tarjeta de circuitos.

Módulos de memoria RAM
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Módulos de memoria RAM de diferentes capacidades y tipos.
Fotografía por 502designs en Pixabay

En cuanto la se apaga la computadora, la memoria RAM elimina su contenido, debido a esto, la memoria necesita de una corriente eléctrica continua para guardar sus datos.

Tipos de módulo

La arquitectura de las memorias utiliza una señal de sincronización para poder leer-escribir de tal forma que siempre se sincroniza con un reloj del bus de memoria. La siguiente tabla muestra los diferentes tipos de módulo que han existido.

Tipos de módulos de RAM
Tipo de módulo Año desde que se utiliza Cantidad de Pines Velocidades registradas Significado en inglés
SDR SDRAM 1970 168 66.6 MHz
100 MHz
133.3 MHz
Single Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory
RDRAM Mediados de la década de los 90’s, utilizada hasta 1999. 184 266 MHz
355 MHz
400 MHz
533 MHz
600 MHz
800 MHz
Rambus Data Random-Access Memory
DDR SDRAM 2000 184 200 MHz
266.6 MHz
333.3 MHz
400 MHz
500 MHz
Double Data Rate Synchronous Dynamic Random-Access Memory
DDR2 SDRAM 2003 240 100 MHz
133 MHz
150 MHz
166 MHz
200 MHz
250 MHz
266 MHz
286 MHz
300 MHz
Double Data Rate type two Synchronous Dynamic Random-Access Memory
DDR3 SDRAM 2005 204 133 MHz
150 MHz
166 MHz
170 MHz
183 MHz
200 MHz
233 MHz
250 MHz
350 MHz
Double Data Rate type three Synchronous Dynamic Random-Access Memory
DDR4 SDRAM 2014 288 266 MHz
300 MHz
333 MHz
Double Data Rate type 4 Synchronous Dynamic Random-Access Memory

Unidades de almacenamiento

Debido a que cuando la computadora se encuentra apagada, la memoria RAM es borrada, es necesario almacenar los datos de manera permanente en algún lugar que funcione para este propósito, aun cuando la computadora se encuentre sin corriente eléctrica.

Las características que distinguen a las unidades de almacenamiento de las de memoria son:

  • Mayor espacio que en la memoria.
  • La información permanece aún en ausencia de corriente eléctrica.
  • Menor velocidad que los chips de memoria.
  • Menor precio.

Discos duros

Este tipo de dispositivo de almacenamiento posee una cabeza de lectura/escritura de datos, funcionando de manera similar a una grabadora de cintas o videocasetera, normalmente permanece fijo dentro de la computadora y no suele ser removido, aunque existen actualmente discos duros externos o portátiles, así como equipos especiales para conectar de forma externa un disco duro a una computadora.

Interior de unidad de disco duro
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Interior de unidad de disco duro.
Fotografía por IT-STUDIO en Pixabay.

El disco duro funciona como el archivero principal de la computadora ya que suele poseer mayor espacio de almacenamiento que otras unidades externas.

Unidades ópticas

En la actualidad, la gran mayoría de computadoras de escritorio y un gran sector de equipos portátiles poseen grabadores y/o lectores de unidades de almacenamiento óptico, los cuales son dispositivos que utilizan rayos láser para leer y escribir datos en la superficie reflectora de un disco óptico.

Unidades ópticas
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Diferentes unidades ópticas incluidas CD, DVD y Blu ray.
Fotografía por Brett Hondow en Pixabay.

La siguiente es una lista con las unidades ópticas existentes hasta la fecha en que se ha realizado la presente investigación:

  • CD-ROM (Disco compacto de memoria de sólo lectura)
  • CD-R o CD grabable (del inglés Compact disc recordable)
  • CD-RW o CD regrabable (del inglés Compact disc rewritable)
  • DVD o disco de vídeo digital (del inglés Digital video disc)
  • Blu-ray disc o disco Blu-ray (dispositivo de nueva generación con una alta densidad superior al DVD)

Memorias flash

Se trata de un tipo de memoria especial no volátil, usada frecuentemente en equipos digitales portátiles para almacenamiento de sus datos. Suele ser utilizada por cámaras digitales, reproductores de MP3 portátiles, dispositivos USB, consolas de vídeo juegos, teléfonos móviles y otros.

Diferentes unidades de memoria flash
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Diferentes unidades de memoria flash.
Fotografía por Pexels en Pixabay.

Su funcionamiento es a base de interruptores para almacenar valores binarios que forman los datos.

Otras unidades de almacenamiento

En la actualidad se han desarrollado otras tecnologías de almacenamiento no volátil como es el caso de las unidades de estado sólido que reemplazan ya en muchos equipos como smartphones, tablets y otros equipos portátiles y que incluso son ya utilizados en equipos de sobremesa y consolas de videojuegos, sin embargo, ésta investigación no tratará en éste momento sus características ya que es mucho más amplia esa información y es merecedora de un artículo completo para su análisis, mismo que publicaremos próximamente.

Sistemas de vídeo

Gracias a los sistemas de sonido y pantallas modernas, la convivencia con los equipos de cómputo es más atractiva, ya que poseen tecnologías de salida sofisticadas, lo que nos permite jugar juegos y ver películas, experimentar eventos multimedia y usar a la computadora como medio de comunicación.

Existen para este fin diferentes tipos de monitores, como lo son pantallas planas a base de Plasma, LCD y Led, así como tipo CRT (de tubos de rayos catódicos).

La otra parte corresponde a las tarjetas de vídeo (también conocidas como tarjetas controladoras o aceleradoras de vídeo), de las cuales depende la calidad de las imágenes. Estas tarjetas son dispositivos intermediarios entre el procesador y el monitor, incluyendo su propia memoria RAM de vídeo, lo que significa que puede enviar los datos de una pantalla completa desde el CPU. Actualmente permiten vídeo e imágenes en 3D y sus capacidades van desde 512 MB.

Esperamos haya sido de utilidad ésta información, la cual ampliaremos en un próximo artículo dedicado a una introducción sobre las tecnologías de redes LAN de microcomputadoras.

Bibliografía

Norton, P. (2006). Dispositivos de procesamiento. En P. Norton, Introducción a la computación (Sexta ed., pág. 656). Álvaro Obregón, Distrito Federal, México: McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V.

Norton, P. (2006). Introducción a la computación. En P. Norton, Introducción a la computación (Sexta ed., pág. 656). Álvaro Obregón, Distrito Federal, México: McGRAW-HILL INTERAMERICANA EDITORES S.A. DE C.V.

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