Actividad: Investigación de conceptos

Hardware

Características 

Microprocesador

Componentes:

Unidad control: Interpreta las instrucciones y supervisa su ejecución. Esta unidad se encarga de gestionar el flujo de información en un orden especifico. Existen dos tipos de unidades de control: las cableadas y las micro programadas.

ALU: Lleva a cabo tanto operaciones lógicas como aritméticas, incluyendo suma, resta, multiplicación, división, comparación, edición y examen de datos.

Buses: Estos componentes facilitan la transferencia de información en forma binaria entre los módulos que integran la Unidad Central de Procesamiento (CPU). En el microprocesador, se pueden identificar tres buses principales:       

• Bus de datos: Facilita la transferencia de datos entre las distintas partes del microprocesador.
• Bus de direcciones: Facilita el transporte de las direcciones donde los datos serán leídos o escritos en la memoria.
• Bus de control: Supervisas y coordina las operaciones de los dispositivos, gestionando el uso y acceso a las líneas de datos y direcciones.

Registros: Son dispositivos que almacenan datos con tiempos de acceso muy bajos, lo que permite la manipulación de operandos y punteros, entre otros. Los registros más comunes incluyen el Contador de Programa, el Registro de Instrucciones y el Banco de Registros de Propósito General.

Memoria caché: Existen clasificaciones como L1 interna, que es más rápida, y L2 externa, que tiene mayor capacidad.

Núcleo: Es su centro de operaciones, donde se realizan cálculos y ejecutan instrucciones clave para el funcionamiento del computador.

Reloj: Es un componente interno que regula y sincroniza las operaciones del CPU, determinado la velocidad a la que realiza las tareas.

Velocidad: Se expresa en GHz (gigahercios), que representa la cantidad de ciclos de ceros y unos que puede procesar en un segundo. Por ejemplo, 2.4 GHz significa que puede realizar 2,400,000,000 ciclos en un segundo.

Memoria RAM

Volatilidad: Funciona a una tensión eléctrica específica, que se mide en voltios, para garantizar su correcto funcionamiento en una computadora.

Acceso Aleatorio: Permite un acceso aleatorio a los datos, lo que significa que puede recuperar información de forma instantánea desde cualquier ubicación, sin importar la secuencia de almacenamiento. Esto mejora la velocidad y eficiencia del sistema.

Capacidad: Se mide en gigabytes (GB) o terabytes (TB). Las computadoras modernas suelen tener entre 8 GB y 32 GB de RAM para el uso diario y tareas de oficina, pero las computadoras de alta gama o estaciones de trabajo pueden tener 64 GB o más para manejar cargas de trabajo intensivas.

DDR (Double Data Rate): La mayoría de las RAM utilizadas en computadoras actuales son de tipo DDR. DDR indica la tasa de transferencia de datos. Por ejemplo, DDR4 es más rápido que DDR3 y así sucesivamente.

Latencia: La latencia de la RAM es el tiempo que tarda en acceder a un dato específico en la memoria. Una menor latencia significa un acceso más rápido a los datos almacenados.

Velocidad: Se refiere a la rapidez con la que puede leer y escribir datos. Se mide en megahercios (MHz) y cuanto mayor sea este número, más rápido será el rendimiento del sistema al procesar datos en la memoria RAM.

Hardware

Contenido y usos

Memoria ROM

Contenido:

Firmware del sistema: Almacena el firmware del sistema, un software básico que inicia el computador al encenderlo. Contiene instrucciones permanentes para arrancar el sistema operativo y otros programas esenciales, y no se borra al apagar la computadora.        

Instrucciones de arranque: Almacena las instrucciones de arranque que son necesarias para iniciar el sistema. Estas instrucciones son cruciales para el proceso de inicio y la carga inicial del sistema operativo.

Controladores de Hardware: Algunos dispositivos electrónicos incorporan controladores de hardware específicos en la memoria ROM para permitir la comunicación adecuada entre el hardware y el sistema operativo.

Usos:

Arranque del Sistema: Proporciona las instrucciones iniciales que permiten que el sistema se inicie. Los datos almacenados en la ROM se leen durante el proceso de arranque para cargar el firmware del sistema y las instrucciones esenciales para que el sistema operativo comience a ejecutarse.

Seguridad: Algunos sistemas utilizan memoria ROM para almacenar claves de cifrado y otros datos de seguridad importantes. Estos datos están protegidos y no pueden ser fácilmente alterados, lo que proporciona una capa adicional de seguridad.

Consola de Videojuegos y Dispositivos Embebidos: En dispositivos como consolas de videojuegos y otros sistemas embebidos, la ROM almacena el software del sistema y los juegos, que se cargan directamente desde la memoria ROM al encender el dispositivo.

Actualizaciones de Firmware: En algunos dispositivos, como impresoras y enrutadores, las actualizaciones de firmware se almacenan en la memoria ROM. Estas actualizaciones pueden ser flasheadas en la ROM para proporcionar mejoras en el rendimiento y la funcionalidad del dispositivo.

Hardware

Velocidad y usos

Memoria caché

Velocidad:

Rapidez: La memoria caché es significativamente más rápida que la memoria RAM. Se mide en nanosegundos (ns) y a menudo tiene un tiempo de acceso en el rango de 1-10 ns. Comparado con los tiempos de acceso a la RAM, que están en el rango de 10-100 ns, la memoria caché es considerablemente más rápida.

Proximidad al Procesador: La memoria caché está integrada directamente en el procesador o muy cerca de él en comparación con la RAM, que generalmente está ubicada en la placa base. Esta proximidad física al procesador permite un acceso más rápido a los datos almacenados en la memoria caché.

Usos:

Almacenamiento Temporal de Datos: La memoria caché almacena temporalmente datos y programas a los que se accede frecuentemente. Esto incluye instrucciones de programas y datos que el procesador necesita para ejecutar tareas de manera eficiente.

Mejora del Rendimiento: Al almacenar datos utilizados con frecuencia cerca del procesador, la memoria caché reduce el tiempo que el procesador necesita para acceder a esos datos. Esto mejora significativamente el rendimiento del sistema, especialmente en tareas que implican el acceso repetitivo a los mismos datos.

Buffers y Almacenamiento Temporal: La memoria caché también se utiliza como un área de almacenamiento temporal para datos que se están moviendo entre dispositivos, como en los discos duros y las redes. Estos datos se almacenan temporalmente en la memoria caché antes de ser escritos en su destino final.

Optimización del Acceso a Datos: La memoria caché se utiliza para almacenar datos predecibles y patrones de acceso frecuentes. Los algoritmos inteligentes gestionan qué datos se almacenan en la caché para optimizar el acceso y mejorar el rendimiento del sistema.

Almacenamiento de Instrucciones: Además de datos, la memoria caché también almacena instrucciones de programas. Al acceder rápidamente a las instrucciones, el procesador puede ejecutar programas de manera más eficiente.

Hardware

Capacidad y velocidad

Disco Duro mecánico 

Capacidad:

Almacenamiento de Datos: Los discos duros mecánicos están disponibles en una amplia variedad de capacidades, desde unos pocos gigabytes (GB) hasta varios terabytes (TB). Los modelos comerciales y de consumo suelen tener capacidades que varían entre 500 GB y 16 TB o incluso más, dependiendo del modelo y el fabricante.

Velocidad:

Velocidad de Rotación: Los discos duros mecánicos tienen platos que giran a una velocidad medida en revoluciones por minuto (RPM). Las RPM más comunes son 5,400 RPM y 7,200 RPM. Los discos de 5,400 RPM son más comunes en laptops y dispositivos de almacenamiento externo, mientras que los discos de 7,200 RPM se encuentran en dispositivos de escritorio y servidores. Cuanto mayor sea la velocidad de rotación, más rápido puede acceder el disco a los datos almacenados en su superficie.

Velocidad de Transferencia de Datos: La velocidad a la que los datos pueden ser leídos o escritos en un disco duro se mide en megabytes por segundo (MB/s). La velocidad de transferencia de datos depende de factores como la densidad de datos en el disco y la velocidad de rotación. Los discos duros modernos generalmente tienen velocidades de transferencia que oscilan entre 80 MB/s y 200 MB/s para modelos de 5,400 RPM y entre 100 MB/s y 250 MB/s para modelos de 7,200 RPM.

Disco de estado sólido 

Capacidad:

Capacidades Variadas: Los SSD están disponibles en una variedad de capacidades, desde unos pocos gigabytes (GB) hasta varios terabytes (TB). Las capacidades comunes para SSD de consumo van desde 120 GB hasta 4 TB o más, dependiendo del modelo y fabricante.

Velocidad:

Velocidad de Lectura y Escritura: Los SSD ofrecen velocidades de lectura y escritura significativamente más rápidas en comparación con los discos duros mecánicos. Las velocidades de transferencia de datos para los SSD varían según el tipo de interfaz utilizada (SATA, NVMe) y el modelo específico del SSD.

SATA SSD: Los SSD SATA, que se conectan a través del puerto SATA de la placa base, generalmente tienen velocidades de lectura y escritura que oscilan entre 400 MB/s y 600 MB/s.

NVMe SSD: Los SSD NVMe, que se conectan a través del puerto M.2 o PCIe de la placa base, son considerablemente más rápidos. Pueden ofrecer velocidades de lectura que superan los 3000 MB/s y velocidades de escritura que alcanzan hasta 2000 MB/s o más, dependiendo del modelo y la generación.

Tiempo de Acceso y Latencia: Además de las velocidades de lectura y escritura, los SSD tienen tiempos de acceso y latencia significativamente más bajos en comparación con los discos duros mecánicos. Esto significa que los datos pueden ser accedidos y escritos con mucha más rapidez, lo que mejora drásticamente el rendimiento general del sistema, especialmente en términos de tiempos de carga y respuesta de aplicaciones.

Hardware

Características

Tarjeta madre

Zócalo del Procesador (CPU Socket): Determina qué tipo de procesadores son compatibles con la placa base. Ejemplos incluyen LGA1200 para procesadores Intel Core y AM4 para procesadores AMD Ryzen.

Chipset: Un conjunto de chips en la placa base que controla diversas funciones, como la comunicación entre el procesador, la memoria, las tarjetas de expansión y otros periféricos.

Ranuras de Memoria RAM (DIMM): Permiten la instalación de módulos de memoria RAM. Especifican el tipo de memoria compatible (por ejemplo, DDR4) y la velocidad de reloj compatible (por ejemplo, 3200 MHz).

Ranuras de Expansión: Como PCI Express (PCIe) y PCI, que permiten conectar tarjetas de expansión como tarjetas gráficas, tarjetas de sonido, y otros periféricos.

Conectores SATA: Para conectar discos duros HDD, SSD y unidades ópticas, como lectores de DVD.

Conectores USB: Para conectar periféricos USB como teclados, ratones y dispositivos de almacenamiento externo.

Conexión de Red: Puede incluir un puerto Ethernet para conexión a redes cableadas, y algunas placas también tienen Wi-Fi integrado.

Conectores de Audio: Para altavoces, micrófonos y otros dispositivos de audio.

Hardware

Características y usos

Bus de datos

Características:

Ancho de Banda: Se refiere a la cantidad de datos que el bus puede transferir en un cierto período de tiempo, generalmente medido en bits por segundo (bps) o bytes por segundo (Bps). Un bus de datos de mayor ancho de banda puede transferir más datos simultáneamente, lo que mejora el rendimiento del sistema.

Velocidad de Transferencia: Indica la rapidez con la que los datos pueden ser transmitidos a través del bus. Se mide en hertzios (Hz) o megahercios (MHz) y está relacionado con la frecuencia del reloj del bus. A mayor velocidad, más rápidamente se transmiten los datos.

Arquitectura: Los buses de datos pueden ser de 8 bits, 16 bits, 32 bits, 64 bits, etc., lo que indica cuántos bits de datos pueden ser transmitidos simultáneamente. Los sistemas modernos suelen utilizar buses de 64 bits para manejar grandes volúmenes de datos.

Protocolo de Comunicación: Define cómo los datos son organizados, transmitidos y recibidos a través del bus. Los protocolos pueden variar según el tipo de componente con el que se comunica el bus.

Usos:

Comunicación CPU-RAM: El bus de datos es crucial para la transferencia de datos entre la CPU y la memoria RAM. Cuando la CPU necesita acceder a datos o instrucciones almacenados en la RAM, utiliza el bus de datos para recuperar esta información.

Transferencia de Datos a Dispositivos de Almacenamiento: Los buses de datos se utilizan para transmitir datos entre la CPU y los dispositivos de almacenamiento, como discos duros (HDD) y unidades de estado sólido (SSD). Los datos se leen desde y se escriben en estos dispositivos a través del bus de datos.

Intercambio de Datos entre Periféricos: Los buses de datos también se utilizan para conectar periféricos como impresoras, cámaras, teclados y ratones a la CPU. Estos dispositivos pueden enviar y recibir datos a través del bus de datos.

Comunicación entre Componentes Internos: Los buses de datos permiten la comunicación entre diferentes componentes internos de la placa madre, como el procesador, el chipset, el controlador de memoria y otros controladores integrados.

Transferencia de Datos en Red: En sistemas de red, los buses de datos se utilizan para la transmisión de datos entre computadoras y otros dispositivos conectados en la red, facilitando la comunicación y el intercambio de información.

Interacción con Dispositivos Externos: Los buses de datos también se utilizan en interfaces de dispositivos externos como puertos USB y Thunderbolt, permitiendo la transferencia de datos entre la computadora y dispositivos periféricos externos.