Fundamentos de Hardware y Componentes Informáticos Esenciales

Dispositivos de Entrada

Los dispositivos de entrada son aquellos que permiten introducir datos e instrucciones a la computadora. Algunos ejemplos clave incluyen:

• Teclado: Disponible en variantes multimedia, flexible, inalámbrico, ergonómico, braille y táctil.
• Ratón (Mouse): Puede ser mecánico, óptico, láser, trackball, infrarrojo o táctil (touchpad).
• Micrófono: Para la entrada de audio.
• Escáner: Tipos como de mano, digitalizador de video, de tambor, plano y de transparencia.
• Cámara Digital: Para capturar imágenes fijas.
• Cámara de Video: Para grabar secuencias de video.
• Webcam: Cámara digital conectada a una computadora, generalmente para videollamadas.
• Sistema de Reconocimiento Vocal: Permite la interacción mediante la voz.
• Lápiz Óptico: Para interactuar con pantallas o tabletas.
• Tableta Digitalizadora: Para dibujar o escribir a mano alzada.

Dispositivos de Salida

Los dispositivos de salida son los encargados de mostrar o emitir los resultados del procesamiento de datos.

• Monitor: Tipos comunes incluyen CRT, LCD, LED y DLP.
• Plotter: Dispositivo de impresión que permite obtener dibujos vectoriales o lineales de gran formato, como el trazador plano y el trazador de tambor.
• Impresora: Variantes como matriciales, de inyección de tinta y láser.
• Parlantes (Altavoces): Para la salida de audio.
• Auriculares: Dispositivos de audio personales.
• Fax: Sistema de transmisión de datos (escritos o gráficos) por vía telefónica. Combina e integra un escáner, un módem y una impresora.
• Proyector Digital: Recibe videos procedentes de una PC a través de un puerto, los decodifica y los envía mediante una luz a un micro-espejo que se encarga de la proyección digital (tecnologías como TRC, LCD, 3D).

Dispositivos de Almacenamiento

Los dispositivos de almacenamiento permiten guardar datos de forma permanente o temporal.

Modos de Acceso a los Datos

• Secuencial: Para encontrar la ubicación de la información deseada, debe recorrer la totalidad de los datos.
• Aleatorio (Directo): El elemento de lectura accede directamente a la información que busca, siendo mucho más rápido.

Medidas de Almacenamiento

Las unidades de medida de almacenamiento son fundamentales para cuantificar la capacidad:

• Byte: Consta de 8 bits.
• Kilobyte (KB): 1024 bytes.
• Megabyte (MB): 1 millón de bytes.
• Gigabyte (GB): 1000 millones de bytes.

Tipos de Almacenamiento

• Magnéticos: Cinta magnética, disquete, discos rígidos (discos duros), tambores magnéticos.
• Ópticos: CD-R, CD-RW, PC Cards, DVD-ROM, DVD-RAM, Flash Cards.
• Extraíbles: Pendrive, unidades Zip.

Evolución del Almacenamiento

En las últimas seis décadas, los sistemas de almacenamiento han cambiado y evolucionado significativamente:

• Tarjetas Perforadas: Se podían almacenar unos pocos bytes. Cada perforación representaba un 0 y cada espacio un 1.
• Cinta Magnética: Tenía una longitud de 2800 pies y podía almacenar hasta 10 MB.
• Disquetes: Fueron de los primeros almacenadores portátiles para PC y uso doméstico. Almacenaban hasta 1.2 MB.
• CD (Disco Compacto): Aparecieron en los años 90. Su capacidad era 40 veces mayor que la de un disquete.
• Discos Zip: Podían almacenar entre 100 y 750 MB.
• Unidades Flash (Pendrives): Almacenan entre 8 MB y 256 GB (o más). Representaron un gran avance en portabilidad y capacidad.
• Discos Duros Portátiles: Con capacidades de hasta 4 TB o más, son muy útiles para realizar copias de seguridad (backups).
• Almacenamiento en la Nube (Cloud Storage): Permite almacenar casi infinitamente archivos desde cualquier equipo que tenga conexión a internet.

Programa de Arranque y Sistema Operativo

Proceso de Arranque (Boot)

Cuando se enciende una computadora, se sigue un proceso específico:

1. La computadora se enciende.
2. Realiza un autodiagnóstico (POST - Power-On Self-Test).
3. Identifica la memoria y el hardware conectado.
4. Busca un sistema operativo (SO) para arrancar (BOOT).

Es importante distinguir entre:

• RAM (Random Access Memory): Memoria volátil, pierde la información al apagar el ordenador.
• ROM (Read-Only Memory): Memoria no volátil, retiene la información aunque se apague el ordenador.

Sistema Operativo (SO)

El Sistema Operativo es el programa principal de una computadora. Tras el arranque, 'despierta' a la PC y permite su funcionamiento. Sus funciones clave incluyen:

• Proporcionar una interfaz de usuario.
• Administrar y controlar el hardware.
• Administrar y mantener los sistemas de archivos de disco.
• Apoyar la ejecución de otros programas (aplicaciones).

Arquitectura Interna de la PC

La PC se divide en bloques que se conectan entre sí mediante buses:

• Buses de Entrada/Salida (E/S): A través de ellos se introducen los datos que se van a procesar y las instrucciones que los tratan. La información obtenida es emitida a través de unidades de salida.
• Procesador (CPU - Central Processing Unit): Es el cerebro de la PC porque se encarga de procesar los datos que la memoria recibe. Aquí se encuentra la ALU (Unidad Aritmético-Lógica), la cual efectúa los procesos de cálculo y elabora el resultado según sus algoritmos propios y las instrucciones del programa de aplicación.

Placa Base (Motherboard)

La placa base es la tarjeta principal a la que se conectan todos los componentes de una computadora. Posee circuitos integrados y admite componentes esenciales como:

• El Chipset.
• El Zócalo de CPU: Donde se encastra la CPU y la conecta con los demás componentes.
• Ranuras de Expansión: Para añadir tarjetas adicionales.
• Ranuras RAM: En la placa base se encuentran las ranuras para insertar las memorias según el tipo conveniente, dependiendo de la velocidad, capacidad y compatibilidad.
• El BIOS.
• Conectores de Alimentación: Como FDD (Floppy Disk Drive) y ATX2.

Chipset

El chipset es una serie de conjuntos electrónicos que gestionan la transferencia de datos entre los diferentes componentes de la PC. Se divide en dos secciones principales:

• Puente Norte (Northbridge): Interconexión entre el microprocesador, la RAM y los procesamientos gráficos.
• Puente Sur (Southbridge): Interconexión entre periféricos y unidades de almacenamiento.

Otros Componentes de la Placa Base

• Reloj: Regula la velocidad de ejecución del microprocesador.
• CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor): Guarda configuraciones como la fecha y hora cuando la PC está apagada.
• BIOS (Basic Input/Output System): Recupera y ejecuta las instrucciones del registro de arranque principal cuando arranca el sistema operativo.
• Bus Frontal (Front Side Bus - FSB): Conecta el microprocesador con el chipset.
• Bus de Memoria: Conecta el chipset a la RAM.
• Bus de Expansión: Une las unidades de E/S al microprocesador.
• Conectores de E/S (Puertos): Incluyen puertos serie, puertos paralelos, puertos PS/2, USB, RJ45, VGA, HDMI, SATA, y conectores Jack de audio (para parlantes y micrófonos).

Ranuras de Expansión (Slots)

Son ranuras que pueden acoger placas que agregan o mejoran características de la PC (como tarjetas gráficas). Históricamente, podían ser puertos ISA o PCI. Actualmente, muchas características vienen integradas en la placa base, como interfaces gráficas, de audio o sonido, y Ethernet. Existen los jumpers, que se utilizan para configurar otros dispositivos.

Puertos de Conexión

Un puerto es una conexión o un enchufe utilizado para conectar dispositivos de hardware como impresoras o ratones, permitiendo el intercambio de datos con otros dispositivos. Se clasifican en:

Puertos Físicos

Son conectores integrados en la placa base que se utilizan para conectar periféricos. El conector hembra está integrado en la placa base y el macho en el dispositivo. Se clasifican en:

• De Uso General: eSATA, USB, Paralelo.
• Para Impresoras y/o Plotters: Centronics.
• Para Conexión de Teclado y Ratón: DIN y Mini-DIN (PS/2).
• Para Dispositivos de Juego: GamePort.
• Puertos de Video: HDMI, VGA, EGA.
• Puertos de Red: Para interconexión de PCs y cable (RJ45, RJ11).
• Puertos de Sonido: Para la conexión de bocinas, amplificadores (Puertos Jack).

Otros tipos de puertos físicos incluyen: Puertos Serie, PCI, PCIe, Puertos de Memoria, Puertos Inalámbricos, Puertos USB.

Puertos Lógicos

Son puertos de acceso entre equipos que les permiten transmitir información. Son abiertos y cerrados por la PC a petición de las aplicaciones. Sirven para conectarse a internet, descargar archivos o incluso para que un malware ingrese a la PC. Ejemplos comunes son HTTP, HTTPS, FTP.

Memoria del Computador

La memoria permite que la PC arranque, procese datos, etc. Los tipos principales son:

• RAM (Random Access Memory): Se guardan los procesos y archivos temporales y las instrucciones para tratarlos. Es constantemente usada por el microprocesador. Ejemplos: DDR RAM, DDR2 RAM, DDR3 RAM, Rambus, SO-DIMM, RIMM.
• ROM (Read-Only Memory): Memoria de solo lectura. Viene integrada en la placa base y permite el inicio del BIOS. A diferencia de la RAM, la ROM es no volátil y almacena firmware esencial para el arranque del sistema.
• Caché: Guarda direcciones utilizadas por la RAM para ejecutar funciones, acelerando el acceso a datos frecuentes. Se clasifica en Caché L1, L2 y L3.
• Flash: No es volátil y se utiliza en reproductores portátiles, cámaras de fotos y pendrives.

Historia de la Computación: Generaciones

La historia de las computadoras se clasifica en generaciones, y cada una se caracteriza por los componentes y avances tecnológicos que formaron parte de una PC.

• 1ª Generación (1946-1957): Computadoras de gran tamaño, pesadas. Los resultados se veían en fichas y se necesitaba conocer el lenguaje de máquina para comprenderlos.
• 2ª Generación (1958-1964): Más pequeñas, menor consumo de energía, capaces de realizar 10 millones de operaciones por minuto. Se utilizaban lenguajes de programación como FORTRAN o COBOL. Se usaban principalmente para tareas administrativas.
• 3ª Generación (1965-1971): Incorporaron chips que dieron lugar a la microelectrónica, resultando en menor tamaño y 100 millones de operaciones por minuto. Dio lugar al multiproceso y a lenguajes de programación de alto nivel.
• 4ª Generación (1972-1981): Caracterizada por circuitos integrados a gran escala. Se podían instalar programas pequeños, eran más baratos y fueron ampliamente usadas por grandes empresas.
• 5ª Generación (1981-1990s): Circuitos integrados de mayor velocidad. Aparecieron las computadoras personales (PC) y comenzó el desarrollo de la inteligencia artificial.
• 6ª Generación (1990-1999): Basadas en cientos de microprocesadores que trabajan al mismo tiempo. Se extendió la conectividad mediante redes y creció exponencialmente el uso de internet.
• 7ª Generación (2000-2010s): Se popularizaron las pantallas LCD y se dejaron de lado los DVD (en favor de Blu-ray y streaming). El almacenamiento es de alta densidad. Esta generación llegó a reemplazar a la TV y equipos de sonido tradicionales.
• 8ª Generación (2010s-Actualidad - Computación Cuántica): IBM anunció la construcción del PC cuántico más avanzado del mundo, basado en propiedades físicas de los átomos, como para contar los bits, entre otras funciones. Esta generación representa un cambio de paradigma en la capacidad de procesamiento.