Conceptos Fundamentales de Computación: Hardware, Software y Componentes Clave

Supercomputadoras y Computación de Alto Rendimiento

Una supercomputadora o un superordenador es aquella con capacidades de cálculo muy superiores a las computadoras comunes y de escritorio, utilizada para fines específicos. Hoy día, estos términos están siendo reemplazados por computadora de alto rendimiento (HPC, por sus siglas en inglés, High-Performance Computing) y ambiente de cómputo de alto rendimiento, ya que las supercomputadoras modernas suelen ser un conjunto de potentes ordenadores interconectados para aumentar su capacidad de trabajo y rendimiento.

Hacia el año 2011, los superordenadores más rápidos operaban a velocidades superiores a 1 petaflops, lo que en la jerga de la computación significa que realizan más de 1000 billones (10¹⁵) de operaciones de punto flotante por segundo.

Tipos de Ordenadores y Conceptos Básicos

Laptop (Ordenador Portátil)

Una laptop es un ordenador personal de pequeño tamaño, portátil y con considerable potencia de cálculo. Puede ser alimentado por corriente eléctrica o mediante una batería interna.

Software

El software es el conjunto de instrucciones que las computadoras emplean para manipular datos. Incluye programas, documentos, procedimientos y rutinas asociadas con la operación de un sistema de cómputo. Generalmente, se clasifica en cuatro categorías principales:

• Sistema operativo
• Lenguaje de programación
• Software de uso general
• Software de aplicación

Hardware

El hardware es la parte física de la máquina. Abarca todos aquellos componentes físicos de una computadora; todo lo visible y tangible. Ejemplos comunes incluyen: teclado, ratón (mouse), monitor, etc.

Componentes Principales del Hardware

Motherboard (Placa Madre)

La motherboard o placa madre es la placa de circuito impreso principal de la computadora, a la cual se conectan todos los demás dispositivos y componentes. Vienen con zócalos y ranuras (módulos) para insertar placas de sonido, de video, módems, memoria RAM, el procesador, etc. Algunos modelos vienen con dispositivos on board, es decir, traen integrados componentes como la placa de sonido o de video directamente en la placa madre. Siempre que se quiera agregar un nuevo componente, es fundamental consultar el manual de la placa madre para verificar su compatibilidad. Entre los fabricantes más conocidos de placas madre se encuentra Intel.

Microprocesador (CPU)

El microprocesador (CPU - Central Processing Unit) es el chip principal de la computadora, considerado el cerebro de la misma. Está gobernado por un reloj del sistema (system clock), un dispositivo de cristal de cuarzo que sirve como metrónomo electrónico, marcando el ritmo al que se ejecutan las instrucciones. Cuanto más rápido sea el reloj (medido en hercios - Hz, usualmente megahercios - MHz o gigahercios - GHz), más rápido se realizan las funciones lógicas de la PC. Además, los microprocesadores se clasifican según el ancho del bus de datos (la cantidad de bits que pueden procesar simultáneamente). Cuantos más bits, más rápido pueden procesar la información.

Gran Ordenador (Mainframe)

Los grandes ordenadores o mainframes son ordenadores de propósito general de gran tamaño y capacidad, importantes dentro de una compañía u organización. Se destinan a operaciones críticas y procesamiento de datos a gran escala en grandes empresas. Generalmente, están conectados a múltiples terminales, compuestas típicamente de teclado y pantalla, permitiendo el acceso a muchos usuarios simultáneamente.

Otros Conceptos de Hardware y Memoria

Jumper

Las placas madre antiguas y algunos dispositivos, como los discos rígidos, solían incluir pequeños puentecitos metálicos llamados jumpers. Estos se utilizaban para cambiar manualmente diferentes configuraciones de hardware en los dispositivos, como la configuración maestro/esclavo en discos IDE o la velocidad del procesador en algunas placas antiguas.

Memoria Caché

La memoria caché es una memoria de acceso ultrarrápido, utilizada por la CPU para almacenar temporalmente los datos e instrucciones a los que se accede con más frecuencia. Si se accede a varios registros consecutivos en la memoria RAM, estos datos pueden copiarse automáticamente en la memoria caché. Cuando la CPU necesita nuevamente esos datos, los lee directamente de la caché, que es mucho más rápida que la memoria RAM principal, mejorando así el rendimiento general del sistema.

Placas de Expansión

Las placas de expansión se insertan en ranuras específicas (slots) en la placa madre para añadir o mejorar funcionalidades del ordenador, como tarjetas de sonido, tarjetas de video (GPU), tarjetas de red o módems. Los tipos de ranuras más antiguos incluyen ISA (Industry Standard Architecture, 16 bits), mientras que los más modernos son PCI (Peripheral Component Interconnect, 32 o 64 bits), que ofrecen mayor velocidad. Un tercer tipo, exclusivo para placas de video de alto rendimiento, es el AGP (Accelerated Graphics Port, 32 bits con modos de transferencia más rápidos), diseñado para mejorar el rendimiento en gráficos 3D, juegos y diseño gráfico. Actualmente, PCI Express (PCIe) es el estándar predominante para la mayoría de las placas de expansión, incluyendo las tarjetas gráficas.

Memoria Virtual

El concepto de memoria virtual permite al sistema operativo utilizar espacio en un dispositivo de almacenamiento secundario (como el disco duro o SSD) como si fuera memoria RAM adicional. Esto es útil cuando la memoria RAM física es insuficiente para ejecutar todas las aplicaciones deseadas. El microprocesador Intel 80286, introducido por IBM en 1984 para sus computadoras AT (Advanced Technology), incrementó el bus de direcciones a 24 bits (permitiendo acceder hasta 16 MB de RAM) y ofrecía velocidades de reloj de 8 a 20 MHz. Este procesador fue uno de los primeros en soportar de forma robusta el manejo de memoria virtual en el segmento de computadoras personales.

Software Fundamental

Sistema Operativo

El sistema operativo (SO) es el software fundamental que actúa como gestor y organizador de todas las actividades que realiza la computadora. Administra los recursos de hardware (CPU, memoria, dispositivos de E/S), gestiona archivos y directorios, y proporciona una interfaz para que el usuario interactúe con la máquina. Define cómo se intercambia información entre la memoria central y la externa, y determina las operaciones elementales que puede realizar el procesador.