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Tema 10 - Arquitectura y funcionamiento del ordenador

ARQUITECTURA Y FUNCIONAMIENTO DEL ORDENADOR

1. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL ORDENADOR

Un ordenador es una máquina electrónica que sirve para procesar información digital.

La información digital es aquella que puede expresarse en términos de 0 y 1, es decir, en el sistema binario de numeración. Si partimos de una información analógica, como una fotografía en papel, es necesario digitalizarla previamente antes de introducirla en el ordenador; en este caso mediante un escáner.

ESQUEMA BÁSICO DE FUNCIONAMIENTO

El funcionamiento básico de un ordenador puede expresarse mediante el siguiente esquema: ORDENADOR DATOS DE ENTRADA DATOS DE SALIDA PROGRAMAS 1 2 3

Figura 1. Esquema básico de funcionamiento

1. Debemos suministrar unos datos de entrada al ordenador. Estos datos deben estar en formato digital y podemos suministrárselos de varias formas:

• Desde dispositivos de entrada, como el ratón, el teclado, o un escáner.

• Desde unidades de almacenamiento de datos, como un disco duro, una unidad óptica (CD-ROM o DVD), una memoria flash, etc.

• A través de una conexión de red, como una red local o Internet.

2. El ordenador procesa dichos datos de entrada de acuerdo con las instrucciones del programa que se esté ejecutando en ese momento. El procesamiento de datos puede consistir en realizar cálculos con ellos, o en transferirlos de un lugar a otro. Esta labor la realiza, fundamentalmente, el microprocesador, que actúa como Unidad Central de Procesamiento (CPU). Pero también intervienen:

• La memoria RAM, almacenando temporalmente los datos y las instrucciones.

• La tarjeta gráfica, que incluye su propio procesador y su propia memoria RAM.

• El chipset, que controla el flujo de datos entre el microprocesador, la tarjeta gráfica y el resto de los dispositivos (monitor, disco duro, etc)

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3. Como consecuencia del procesamiento de los datos por parte del ordenador, éste obtiene un resultado, que llamamos datos de salida. Estos datos pueden mostrarse en la pantalla del monitor, enviarse a una impresora, almacenarse en el disco duro, etc.

LA MÁQUINA Y LOS PROGRAMAS

Un ordenador es una máquina electrónica (hardware), que no serviría para nada si no fuese por los programas (software). Desde el punto de vista electrónico, la información digital es convertida en impulsos eléctricos de dos tipos, asignando, por ejemplo, el 0 a 0 voltios y el 1 a 5 voltios. Gracias a la electrónica los ordenadores actuales pueden realizar miles de millones de operaciones por segundo, con precisión y fiabilidad.

Para que el ordenador haga algo es necesario que un programa le indique lo que tiene que hacer. Las operaciones que hace un ordenador son muy simples, pero las realiza a tanta velocidad, que puede resolver problemas complejos en muy poco tiempo. Podemos distinguir entre dos tipos de programas:

• Sistemas operativos, como Windows, Linux y Mac OS, que son imprescindibles para el funcionamiento del ordenador.

• Aplicaciones, como los procesadores de texto, las hojas de cálculo, los programas de retoque fotográfico, etc. Estos programas nos permiten hacer cosas muy diversas con los ordenadores. Pero hay que tener en cuenta que cada aplicación está diseñada para un determinado sistema operativo.

LA INFORMACIÓN DIGITAL

La información que percibimos y manejamos es de tipo analógico: un texto, una imagen, un sonido… Sin embargo, el ordenador sólo entiende de ceros y unos, es decir de información digital. Para digitalizar una información analógica es necesario asignar a cada dato analógico un conjunto de ceros y unos, de acuerdo con unas reglas.

Para digitalizar un número expresado en el sistema decimal, por ejemplo el 150, hay que dividirlo por 2 sucesivamente y escribir en orden inverso todos los restos, que serán siempre ceros o unos (Figura 2). El número digitalizado estará en sistema binario.

Figura 2. Conversión de decimal a binario

Para realizar la operación inversa, es decir, un número binario en decimal hay que proceder como se indica a continuación:

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Figura 3. Conversión de binario a decimal

Para digitalizar los caracteres del alfabeto y otros símbolos, se asigna a cada uno una combinación de ceros y unos que recibe el nombre de código ASCII (American Standar Code for Information Interchange).

Figura 4. Códigos ASCII de algunos caracteres

MEDIDA DE LA INFORMACIÓN DIGITAL

Para medir la información digital se utilizan diferentes unidades, según el tamaño de la información a medir. La unidad elemental es el Bit, que corresponde a cada uno de los ceros y unos de que consta una información digital. Así, por ejemplo, hemos visto que el número 150 en binario es 10010110, es decir, mide 8 bits.

Un conjunto formado por 8 bits recibe el nombre de Byte. Por tanto, también podemos decir que el numero 150 mide 1 byte. Además, se utilizan los siguientes múltiplos del byte:

• 1 Kilobyte (KB) = 1.024 Bytes (~ 1000 Bytes).

• 1 Megabyte (MB) = 1.024 KB = 1.048.576 Bytes (~ un millón de Bytes).

• 1 Gigabyte (GB) = 1.024 MB = 1.048.576 KB = 1.073.741.824 Bytes (~ mil millones de Bytes).

Ejercicio: sabiendo que un DVD de simple capa tiene una capacidad de 4,7 GB, que la capacidad de un CD es de 700 MB y que la capacidad de un disquete es de 1,44 MB, calcula a cuantos CDs y cuántos disquetes equivale dicho DVD. Departamento de Tecnología 3

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2. EN EL INTERIOR DEL PC

La mayoría de los elementos fundamentales de los que depende el funcionamiento de un ordenador se encuentran en el interior de una caja, sujetos a un bastidor metálico y protegidos del exterior por una carcasa, generalmente también metálica. Si retiramos dicha carcasa podremos ver el interior del PC, como se muestra en la figura.

En el interior del PC se encuentran los siguientes componentes:

• Fuente de alimentación.

• Placa base, a la que se acoplan el microporocesador, la memoria RAM, la tarjeta gráfica y la tarjeta de sonido.

• El disco duro.

• La unidad de disco 3 ½, también llamada disquetera (hoy día en deshuso).

• La unidad óptica, ya sea de tipo CD-ROM o DVD. Fuente de alimentación Cables de corriente Placa base Cables de datos Disco duro Disco 3 ½ CD-ROM

Figura 5. Interior de un PC

También podemos observar unos cables de colores, que parten de la fuente de alimentación y que son los encargados de suministrar la corriente eléctrica necesaria a todos los componentes. Así mismo, hay otros cables, en forma de banda y de color gris, que conectan el disco duro, la disquetera y la unidad óptica con la placa base y que sirven para transmitir los datos entre dichos componentes y la placa base.

FUENTE DE ALIMENTACIÓN

La fuente de alimentación convierte la corriente alterna que tomamos de la red eléctrica en continua, que es la que necesitan los circuitos electrónicos del ordenador. Además, reduce la tensión desde 220 V hasta unos pocos voltios.

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Tiene un potente ventilador que evacua el calor que se produce en su interior durante su funcionamiento. A veces también incluye una toma de corriente para el monitor, así como un interruptor, que permite cortar la corriente al ordenador sin necesidad de desenchufarlo.

PLACA BASE

La placa base es el circuito electrónico más importante del ordenador. A ella se conectan, de una u otra forma todos los demás componentes del ordenador. Está formada por una placa de circuito impreso rectangular, de dimensiones un poco mayores a un papel de tamaño A4.

Figura 6. Fuente de alimentación Puertos de E/S Zócalo para Procesador Ranuras para Memoria RAM Ranuras de expansión ROM-BIOS Conectores EIDE Ranura AGP Conector disquetera Conector alimentación Puente norte Puente sur

Figura 7. Placa base

Entre los diferentes componentes electrónicos de la placa base cabe destacar algunos circuitos integrados, también llamados chips, por su importancia en el funcionamiento del ordenador:

• El Chipset. Normalmente está formado por dos chips de gran tamaño, que reciben los nombres de Puente norte y Puente sur, y cuya función es regular el flujo de datos entre los diferentes componentes conectados a la placa base (procesador, memoria RAM, tarjeta gráfica, disco duro, etc). Actualmente el chipset puede incluir también circuitos con funciones de sonido, de tarjeta gráfica, de red y de MODEM, si bien las prestaciones en cuanto al sonido y a los gráficos son muy inferiores a las que se consiguen con tarjetas específicas.

• La BIOS. Se trata de una memoria ROM (de solo lectura, que no se borra al apagar el ordenador) que contiene las instrucciones necesarias para arrancar el ordenador y cargar el sistema operativo (por ejemplo, Windows). Durante el arranque la BIOS lee los datos que contiene la memoria CMOS y realiza un chequeo de los Departamento de Tecnología 5

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dispositivos de hardware. Si todo va bien, busca el sistema operativo y lo carga. A partir de ese momento es el sistema operativo el que toma el control del ordenador.

• La memoria CMOS. Se trata de una memoria RAM que

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