ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

La arquitectura de computadoras es el diseño conceptual y la estructura

operacional fundamental de un sistema de computadora. Es decir, es un modelo y

una descripción funcional de los requerimientos y las implementaciones de diseño

para varias partes de una computadora, con especial interés en la forma en que la

unidad central de proceso (CPU) trabaja internamente y accede a las direcciones

de memoria.

También suele definirse como la forma de seleccionar e interconectar

componentes de hardware para crear computadoras según los requerimientos de

funcionalidad, rendimiento y costo.

El ordenador recibe y envía la información a través de los periféricos por medio de

los canales. La UCP es la encargada de procesar la información que le llega al

ordenador. El intercambio de información se tiene que hacer con los periféricos y

la UCP. Todas aquellas unidades de un sistema exceptuando la UCP se denomina

periférico, por lo que el ordenador tiene dos partes bien diferenciadas, que son: la

UCP (encargada de ejecutar programas y que está compuesta por la memoria

principal, la Unidad aritmético lógica (UAL) y la Unidad de Control) y los periféricos

(que pueden ser de entrada, salida, entrada-salida y comunicaciones).

MICROPROCESADOR:

Es un circuito electrónico que actúa como unidad central de proceso de un

ordenador, proporcionando el control de las operaciones de cálculo. Los

microprocesadores también se utilizan en otros sistemas informáticos avanzados,

como impresoras, automóviles o aviones. En 1995 se produjeron unos 4.000

millones de microprocesadores en todo el mundo.

El microprocesador es un tipo de circuito sumamente integrado. Los circuitos

integrados, también conocidos como microchips o chips, son circuitos electrónicos

complejos formados por componentes extremadamente pequeños formados en

una única pieza plana de poco espesor de un material conocido como

semiconductor. Los microprocesadores modernos incorporan hasta 10 millones de

transistores (que actúan como amplificadores electrónicos, osciladores o, más a

menudo, como conmutadores), además de otros componentes como resistencias,

diodos, condensadores y conexiones, todo ello en una superficie comparable a la

de un sello postal.

Un microprocesador consta de varias secciones diferentes. La unidad aritmético-

lógica (ALU, siglas en inglés) efectúa cálculos con números y toma decisiones

lógicas; los registros son zonas de memoria especiales para almacenar

información temporalmente; la unidad de control descodifica los programas; los

buses transportan información digital a través del chip y de la computadora; la

memoria local se emplea para los cómputos realizados en el mismo chip. Los

microprocesadores más complejos contienen a menudo otras secciones; por

ejemplo, secciones de memorias especializadas denominadas memoria cache,

que sirven para acelerar el acceso a los dispositivos externos de almacenamiento

de datos. Los microprocesadores modernos funcionan con una anchura de bus de

64 bits (un bit es un dígito binario, una unidad de información que puede ser un

uno o un cero): esto significa que pueden transmitirse simultáneamente 64 bits de

datos.

Un cristal oscilante situado en el ordenador proporciona una señal de

sincronización, o señal de reloj, para coordinar todas las actividades del

microprocesador. La velocidad de reloj de los microprocesadores más avanzados

es de unos 300 megahercios (MHz) —unos 300 millones de ciclos por segundo—,

lo que permite ejecutar unos 1.000 millones de instrucciones cada segundo.

BIOS:

La BIOS es la encargada de ejecutar el programa que realiza el arranque de tu

PC. Va por tanto muy asociada a la placa base ya que de este elemento dependen

muchas de sus características A veces es necesario actualizarla para adaptar la

placa base a nuevos procesadores o por que los fabricantes descubren fallos.

MEMORIA RAM (RANDOM ACCES MEMORY):

RAM son las siglas de Random Access Memory, un tipo de memoria de ordenador

a la que se puede acceder aleatoriamente; es decir, se puede acceder a cualquier

byte de memoria sin acceder a los bytes precedentes. La memoria RAM es el tipo

de memoria más común en ordenadores y otros dispositivos como impresoras.

TARJETA GRAFICA:

Una tarjeta gráfica, tarjeta de vídeo, placa de vídeo, tarjeta aceleradora de gráficos

o adaptador de pantalla, es una tarjeta de expansión para una computadora u

ordenador, encargada de procesar los datos provenientes de la CPU y

transformarlos en información comprensible y representable en un dispositivo de

salida, como un monitor o televisor. Las tarjetas gráficas más comunes son las

disponibles para las computadoras compatibles con la IBM PC, debido a la

enorme popularidad de éstas, pero otras arquitecturas también hacen uso de este

tipo de dispositivos.

Es habitual que se utilice el mismo término tanto a las habituales tarjetas

dedicadas y separadas como a las GPU integradas en la placa base. Algunas

tarjetas gráficas han ofrecido funcionalidades añadidas como captura de vídeo,

sintonización de TV, decodificación MPEG-21 y MPEG-4 o incluso conectores

Firewire, de ratón, lápiz óptico o joystick.

Las tarjetas gráficas no son dominio exclusivo de los PC; contaron o cuentan con

ellas dispositivos como los Commodore Amiga (conectadas mediante las ranuras

Zorro II y Zorro III), Apple II, Apple Macintosh, Spectravideo SVI-328, equipos MSX

y, por supuesto, en las videoconsolas modernas, como la Wii U, la PlayStation 4 y

la Xbox One.

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PERIFERICO DE ENTRADA:

En informática, un periférico de entrada, es un dispositivo utilizado para

proporcionar datos y señales de control a la unidad central de procesamiento de

un computador. Por ejemplo: teclado, raton óptico, escáner, joystick, que están

conectados al computador y son controlados por su microprocesador. A pesar de

que el término periférico implica a menudo el concepto de “adicional pero no

esencial”, muchos de ellos son elementos fundamentales para un sistema

informático. Sin embargo, al ser las fuentes primordiales de entrada, se pueden

considerar como extensiones del sistema. Un dispositivo de entrada es cualquier

periférico (pieza del equipamiento del hardware de computadora) utilizado para

proporcionar datos y señales de control a un sistema de procesamiento de

información. Los periféricos de entrada y salida componen la interfaz de hardware,

por ejemplo entre un escáner o controlador 6DOF.

PERIFERICOS DE SALIDA:

MONITOR:

El monitor o pantalla de computadora, es un dispositivo de salida que, mediante

una interfaz, muestra los resultados, o los gráficos del procesamiento de una

computadora. Existen varios tipos de monitores: los de tubo de rayos catódicos (o

CRT), los de pantalla de plasma (PDP), los de pantalla de cristal líquido (o LCD),

de paneles de diodos orgánicos de emisión de luz (OLED), o Láser-TV, entre

otros.

IMPRESORA:

Una impresora es un periférico de computadora que permite producir una copia

permanente de textos o gráficos de documentos almacenados en formato

electrónico, imprimiendo en papel de lustre los datos en medios físicos,

normalmente en papel o transparencias, utilizando cartuchos de tinta o tecnología

láser. Muchas impresoras son usadas como periféricos, y están permanentemente

unidas a la computadora por un cable. Otras impresoras, llamadas impresoras de

red, tienen una interfaz de red interna (típicamente wireless o Ethernet), y que

puede servir como un dispositivo para imprimir en papel algún documento para

cualquier usuario de la red. Hoy en día se comercializan impresoras

multifuncionales que aparte de sus funciones de impresora funcionan

simultáneamente como fotocopiadora y escáner, siendo éste tipo de impresoras

las más recurrentes en el mercado.

ALTAVOCES:

Los altavoces se utilizan para escuchar los sonidos emitidos por el computador,

tales como música, sonidos de errores, conferencias, etc.

Altavoces de las placas base: Las placas base suelen llevar un dispositivo que

emite pitidos para indicar posibles errores o procesos, o para indicar acciones para

las personas con discapacidades visuales, como la activación del bloq num, bloq

mayus.

ARQUITECTURA DE SOFTWARE

Arquitectura de software. La arquitectura de software es un conjunto de patrones

que proporcionan un marco de referencia necesario para guiar la construcción de

un software, permitiendo a los programadores, analistas y todo el conjunto de

desarrolladores del software compartir una misma línea de trabajo y cubrir todos

los objetivos y restricciones de la aplicación. Es considerada el nivel más alto en el

diseño de la arquitectura de un sistema puesto que establecen la estructura,

funcionamiento e interacción entre las partes del software.

Componentes:

La arquitectura de software se compone por:

clientes y servidores

Bases de datos

filtros.

niveles en sistemas jerárquico.

Interacciones:

Entre los componentes de la arquitectura de software existe un conjunto de interacciones entre las que sobresalen:

llamadas a procedimientos.

comportamiento de variables.

Protocolos cliente servidor

transmisión asíncrona de eventos.

Lenguajes de programación:

Un lenguaje de programación es un lenguaje formal diseñado para expresar procesos que pueden ser llevados a cabo por máquinas como las computadoras.

Pueden usarse para crear programas que controlen el comportamiento físico y lógico de una máquina, para expresar algoritmos con precisión, o como modo de comunicación humana.1

Está formado por un conjunto de símbolos y reglas sintácticas y semánticas que definen su estructura y el significado de sus elementos y expresiones. Al proceso por el cual se escribe, se prueba, se depura, se compila (de ser necesario) y se mantiene el código fuente de un programa informático se le llama programación.

También la palabra programación se define como el proceso de creación de un programa de computadora, mediante la aplicación de procedimientos lógicos, a través de los siguientes pasos:

1) El desarrollo lógico del programa para resolver un problema en particular.

2) Escritura de la lógica del programa empleando un lenguaje de programación específico (codificación del programa).

3) Ensamblaje o compilación del programa hasta convertirlo en lenguaje de máquina.

4) Prueba y depuración del programa.

5) Desarrollo de la documentación.

Existe un error común que trata por sinónimos los términos 'lenguaje de programación' y 'lenguaje informático'. Los lenguajes informáticos engloban a los lenguajes de programación y a otros más, como por ejemplo HTML (lenguaje para el marcado de páginas web que no es propiamente un lenguaje de programación, sino un conjunto de instrucciones que permiten estructurar el contenido de los documentos).

Permite especificar de manera precisa sobre qué datos debe operar una computadora, cómo deben ser almacenados o transmitidos y qué acciones debe tomar bajo una variada gama de circunstancias. Todo esto, a través de un lenguaje que intenta estar relativamente próximo al lenguaje humano o natural. Una característica relevante de los lenguajes de programación es precisamente que más de un programador pueda usar un conjunto común de instrucciones que sean comprendidas entre ellos para realizar la construcción de un programa de forma colaborativa.

PERIFERICOS DEL PC

En informática, periférico es la denominación genérica para designar al aparato o dispositivo auxiliar e independiente conectado a la unidad central de procesamiento de la computadora.

Se consideran periféricos a las unidades o dispositivos de Hardware a través de los cuales la computadora se comunica con el exterior, y también a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal.

Se considera periférico al conjunto de dispositivos que sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora, formado por la Unidad central de procesamiento (CPU) y la memoria central, permitan realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Estas tres unidades básicas en un computador, CPU, memoria central y el subsistema de E/S, están comunicadas entre sí por tres buses o canales de comunicación:

1) Direcciones, para seleccionar la dirección del dato o del periférico al que se quiere acceder,

2) Control, básicamente para seleccionar la operación a realizar sobre el dato (principalmente lectura, escritura o modificación) y

3) Datos, por donde circulan los datos.

Clasificación de periféricos:

A pesar de que el término periférico implica a menudo el concepto de “adicional pero no esencial”, muchos de ellos son elementos fundamentales para un sistema informático. El monitor, es prácticamente el único periférico que la gente considera imprescindible en cualquier computadora personal (no lo fue en los primeros computadores) pero a pesar de ello, técnicamente no lo es. El ratón o mouse es posiblemente el ejemplo más claro de este aspecto. A principios de la década de 1990 no todas las computadoras personales incluían este dispositivo. El sistema operativo MS-DOS, el más común en esa época, tenía una interfaz de línea de comandos para la que no era necesario el empleo de un ratón, todo se hacía mediante comandos de texto. Fue con la popularización de Finder, sistema

operativo de la Macintosh de Apple y la posterior aparición de Windows cuando el ratón comenzó a ser un elemento imprescindible en cualquier hogar dotado de una computadora personal. Actualmente existen sistemas operativos con interfaz de texto que pueden prescindir del ratón como, por ejemplo, algunos sistemas. El caso del teclado es también emblemático, pues en las nuevas computadoras "Tablet", sistemas de juego o teléfonos móviles con pantalla táctil, el teclado se emula en la pantalla. Inclusive en casos de adaptaciones especiales los teclados dejan de ser el periférico de entrada más utilizado, llegando a desaparecer en algunos casos por el uso de programas reconocedores de voz.

Los periféricos pueden clasificarse en las siguientes categorías principales:

1) Periféricos de entrada: captan y digitalizan los datos de ser necesario, introducidos por el usuario o por otro dispositivo y los envían al ordenador para ser procesados.

2) Periféricos de salida: son dispositivos que muestran o proyectan información hacia el exterior del ordenador. La mayoría son para informar, alertar, comunicar, proyectar o dar al usuario cierta información, de la misma forma se encargan de convertir los impulsos eléctricos en información legible para el usuario. Sin embargo, no todos de este tipo de periféricos es información para el usuario. Un ejemplo: Impresora.

3) Periféricos de entrada/salida (E/S): sirven básicamente para la comunicación de la computadora con el medio externo.

4) Periféricos de almacenamiento: son los dispositivos que almacenan datos e información por bastante tiempo. La memoria de acceso aleatorio no puede ser considerada un periférico de almacenamiento, ya que su memoria es volátil y temporal. Ejemplos: Disco duro, Memoria flash, Cinta magnética, Memoria portátil, Disquete, Grabadora o lectora de: CD; DVD; Blu-ray; HD-DVD.

DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO

El dispositivo o unidad de almacenamiento de datos es el componente que lee o

graba los datos en medios o soportes de almacenamiento y juntos conforman la

memoria o almacenamiento secundario de la computadora.

Estos dispositivos realizan las operaciones de lectura o escritura de los soportes

donde se almacenan o guardan, lógica y físicamente, los archivos de un sistema

informático.

Unidad de cinta magnética:

El dispositivo de cintas magnéticas de gran capacidad, son unidades magnéticas

especiales que se utilizan para realizar respaldo o copias de seguridad de datos

en empresas y centros de investigación. Su capacidad de almacenamiento puede

ser de cientos de gigabytes.

Unidad de disco flexible (disquetera):

La disquetera o unidad de disquete de 3½ pulgadas permite intercambiar

información utilizando disquetes magnéticos de 1,44 MB de capacidad. Aunque la

capacidad de soporte es muy limitada si tenemos en cuenta las necesidades de

las aplicaciones actuales se siguen utilizando para intercambiar archivos

pequeños, pues pueden borrarse y reescribirse cuantas veces se desee de una

manera muy cómoda, aunque la transferencia de información es bastante lenta si

la comparamos con otros soportes, como el disco duro o un CD-ROM.

Para usar el disquete basta con introducirlo en la ranura de la disquetera. Para

expulsarlo se pulsa el botón situado junto a la ranura, o bien se ejecuta alguna

acción en el entorno gráfico con el que trabajamos (por ejemplo, se arrastra el

símbolo del disquete hasta un icono representado por una papelera).

La unidad de disco se alimenta mediante cables a partir de la fuente de

alimentación del sistema. Y también va conectada mediante un cable a la placa

base. Un diodo LED se ilumina junto a la ranura cuando la unidad está leyendo el

disco, como ocurre en el caso del disco duro.

En los disquetes solo se puede escribir cuando la pestaña está cerrada.

Cabe destacar que el uso de este soporte en la actualidad es escaso o nulo,

puesto que se ha vuelto obsoleto teniendo en cuenta los avances que en materia

de tecnología se han producido.

Unidad de disco rígido:

Los discos duros tienen una gran capacidad de almacenamiento de información,

pero al estar alojados normalmente dentro de la computadora (discos internos), no

son extraíbles fácilmente. Para intercambiar información con otros equipos (si no

están conectados en red) se tienen que utilizar unidades de disco, como los

disquetes, los discos ópticos (CD, DVD), los discos magneto-ópticos, memorias

USB o las memorias flash, entre otros.

El disco duro almacena casi toda la información que manejamos al trabajar con

una computadora. En él se aloja, por ejemplo, el sistema operativo que permite

arrancar la máquina, los programas, archivos de texto, imagen, vídeo, etc. Dicha

unidad puede ser interna (fija) o externa (portátil), dependiendo del lugar que

ocupe en el gabinete o caja de computadora.

Un disco duro está formado por varios discos apilados sobre los que se mueve

una pequeña cabeza magnética que graba y lee la información.

Este componente, al contrario que el micro o los módulos de memoria, no se

pincha directamente en la placa, sino que se conecta a ella mediante un cable.

También va conectado a la fuente de alimentación, pues, como cualquier otro

componente, necesita energía para funcionar.

Además, una sola placa puede tener varios discos duros conectados.

Las características principales de un disco duro son:

1) Capacidad: Se mide en gigabytes (GB). Es el espacio disponible para

almacenar secuencias de 1 byte. La capacidad aumenta constantemente

desde cientos de MB, decenas de GB, cientos de GB y hasta TB.

2) Velocidad de giro: Se mide en revoluciones por minuto (RPM). Cuanto más

rápido gire el disco, más rápido podrá acceder a la información la cabeza

lectora. Los discos actuales giran desde las 4.200 a 15.000 RPM,

dependiendo del tipo de ordenador al que estén destinadas.

3) Capacidad de transmisión de datos: De poco servirá un disco duro de gran

capacidad si transmite los datos lentamente. Los discos actuales pueden

alcanzar transferencias de datos de 3 Gb por segundo.

También existen discos duros externos que permiten almacenar grandes

cantidades de información. Son muy útiles para intercambiar información entre dos

equipos. Normalmente se conectan al PC mediante un conector USB.

Cuando el disco duro está leyendo, se enciende en la carcasa un LED (de color

rojo, verde u otro). Esto es útil para saber, por ejemplo, si la máquina ha acabado

de realizar una tarea o si aún está procesando datos.

Unidad de CD-ROM:

La unidad de CD-ROM permite utilizar discos ópticos de una mayor capacidad que

los disquetes de 3,5 pulgadas: hasta 700 MB. Ésta es su principal ventaja, pues

los CD-ROM se han convertido en el estándar para distribuir sistemas operativos,

aplicaciones, etc.

El uso de estas unidades está muy extendido, ya que también permiten leer los

discos compactos de audio.

Para introducir un disco, en la mayoría de las unidades hay que pulsar un botón

para que salga una especie de bandeja donde se deposita el CD-ROM. Pulsando

nuevamente el botón, la bandeja se introduce.

En estas unidades, además, existe una toma para auriculares, y también pueden

estar presentes los controles de navegación y de volumen típicos de los equipos

de audio para saltar de una pista a otra, por ejemplo.

Una característica básica de las unidades de CD-ROM es la velocidad de lectura,

que normalmente se expresa como un número seguido de una «x» (40x, 52x,..).

Este número indica la velocidad de lectura en múltiplos de 128 kB/s. Así, una

unidad de 52x lee información de 128 kB/s × 52 = 6,656 kB/s, es decir, a 6,5 MB/s.

Unidad de CD-RW:

Una regrabadora puede grabar y regrabar discos compactos. Las características

básicas de estas unidades son la velocidad de lectura, de grabación y de

regrabación. En los discos regrabables es normalmente menor que en los discos

que sólo pueden ser grabados una vez. Las regrabadoras que trabajan a 8X, 16X,

20X, 24X, etc., permiten grabar los 650, 700 o más megabytes (hasta 900 MB) de

un disco compacto en unos pocos minutos. Es habitual observar tres datos de

velocidad, según la expresión ax, bx, cx (a: velocidad de lectura; b: velocidad de

grabación; c: velocidad de regrabación).

Unidad de DVD-ROM:

Las unidades de DVD-ROM son aparentemente iguales que las de CD-ROM, pueden leer

tanto discos DVD-ROM como CD-ROM. Se diferencian de las unidades lectoras de CD-ROM

en que el soporte empleado tiene hasta 17 GB de capacidad, y en la velocidad de lectura de

los datos. La velocidad se expresa con otro número de la «x»: 12x, 16x... Pero ahora la x hace

referencia a 1,32 MB/s. Así: 16x = 21,12 MB/s.

Las conexiones de una unidad de DVD-ROM son similares a las de la unidad de CD-ROM:

placa base, fuente de alimentación y tarjeta de sonido. La diferencia más destacable es que

las unidades lectoras de discos DVD-ROM también pueden disponer de una salida de audio

digital. Gracias a esta conexión es posible leer películas en formato DVD y escuchar seis

canales de audio separados si disponemos de una buena tarjeta de sonido y un juego de

altavoces apropiado (subwoofer más cinco satélites).

Unidad de DVD-RW:

Puede leer y grabar y regrabar imágenes, sonido y datos en discos de varios gigabytes de

capacidad, de una capacidad de 650 MB a 9 GB.

REDES DE COMPUTADORAS

Una red de computadoras, también llamada red de ordenadores, red de

comunicaciones de datos o red informática, es un conjunto de equipos

informáticos y software conectados entre sí por medio de dispositivos físicos que

envían y reciben impulsos eléctricos, ondas electromagnéticas o cualquier otro

medio para el transporte de datos, con la finalidad de compartir información,

recursos y ofrecer servicios.1

Como en todo proceso de comunicación se requiere de un emisor, un mensaje, un

medio y un receptor. La finalidad principal para la creación de una red de

computadoras es compartir los recursos y la información en la distancia, asegurar

la confiabilidad y la disponibilidad de la información, aumentar la velocidad de

transmisión de los datos y reducir el costo general de estas acciones.2 Un ejemplo

es Internet, la cual es una gran red de millones de computadoras ubicadas en

distintos puntos del planeta interconectadas básicamente para compartir

información y recursos.

La estructura y el modo de funcionamiento de las redes informáticas actuales

están definidos en varios estándares, siendo el más importante y extendido de

todos ellos el modelo TCP/IP basado en el modelo de referencia OSI. Este último,

estructura cada red en siete capas con funciones concretas pero relacionadas

entre sí; en TCP/IP se reducen a cuatro capas. Existen multitud de protocolos

repartidos por cada capa, los cuales también están regidos por sus respectivos

estándares.