El ordenador: hardware, software y redes

1. El ordenador personal

El funcionamiento de todos los ordenadores responde a una misma estructura: a través de los periféricos de entrada reciben información que es tratada en una unidad central de procesamiento para obtener unos resultados que se muestran mediante periféricos de salida. Para que el ordenador pueda procesar y almacenar la información, debe estar codificada y descompuesta en datos numéricos. El dato más pequeño que manejan los ordenadores es el bit o dígito binario, que sólo admite los valores numéricos 1 y 0. Para poder manejar la información, los circuitos electrónicos que contiene el ordenador traducen físicamente los bits a pequeños voltajes y corrientes. Los dispositivos electrónicos proporcionan fiabilidad, precisión de cálculo y elevada velocidad de procesamiento. Todo el equipo electrónico forma el soporte físico o hardware, mientras que los programas constituyen la parte lógica o software.

Placa base

Se distinguen los siguientes elementos:

1. Microprocesador: Es el responsable principal del funcionamiento de toda la máquina.
2. Conjunto de chips (Chipset): Es un conjunto de circuitos que ordena el tráfico de datos y gestiona la utilización de los dispositivos de entrada y salida para ahorrar al microprocesador.
3. BIOS: Es una memoria ROM (memoria sólo de lectura) o permanente que se suele identificar con una etiqueta y que contiene información sobre el sistema básico de entradas y salidas.
4. Conectores: Para los módulos de memoria y otros dispositivos. Las tarjetas de expansión se eligen entre una gran variedad según las necesidades. Hay tarjetas gráficas, de sonido, capturadoras de vídeo, para conexión en red o módem.

Ordenador

Es una máquina electrónica dotada de una memoria y de métodos de tratamiento de la información.

2. Sistema procesador

Microprocesador

Es un circuito integrado que contiene todos los elementos de la unidad central de procesamiento (CPU) y se encarga de las siguientes funciones: ejecutar las instrucciones, realizar las operaciones aritméticas y lógicas, centralizar el control de la máquina y el intercambio de datos con la memoria principal. Existen diferentes modelos de microprocesador: los ordenadores compatibles utilizan principalmente microprocesadores Intel y AMD, mientras que los Apple Macintosh utilizan Motorola y los procesadores diseñados por Apple.

Características

• Frecuencia de reloj o número de ciclos de ejecución por segundo (en hercios).
• Tamaño de los datos con los que pueden operar (en bits).
• Número de transistores que contienen. Este dato está relacionado con su tecnología o con el tamaño de su mínimo elemento (en micras).
• Consumo de potencia (vatios).
• Número de operaciones por segundo (en MIPS o MFLOPS).
• Cantidad de memoria que pueden utilizar como máximo (en bytes).

Memoria principal

Almacena la información que necesita el microprocesador para funcionar. La memoria principal tiene varias partes:

• Una parte, la memoria ROM-BIOS, es sólo de lectura.
• La mayor parte es la memoria RAM, de lectura y escritura.
• Una pequeña parte es la memoria RAM-CMOS de lectura y escritura, volátil pero de bajo consumo.

Sistema de entrada y salida

Está formado por los puertos y sus conexiones en el bus de comunicación.

3. Puertos de comunicación

La conexión de periféricos externos con la placa base se hace a través de puertos de comunicación.

Puertos específicos

Son los que están dedicados a la conexión de un periférico concreto.

Puertos genéricos

La mayoría de los puertos son genéricos y permiten la conexión de periféricos diversos, con lo que proporcionan una gran flexibilidad en la configuración del equipo. Un puerto muy útil es el puerto de infrarrojos (Ir) que proporciona comunicación sin cable con otro ordenador o dispositivo que esté a unos cuantos metros.

4. Tarjetas de expansión

Las tarjetas añaden funciones al ordenador y hacen de intermediarias en la conexión de dispositivos.

Tarjeta gráfica

Es la intermediaria entre la placa base y el monitor. Sus posibilidades dependen de las características siguientes:

• Cantidad de memoria RAM.
• Tamaño de los datos para cada punto.
• Velocidad de procesamiento.
• Capacidad de soportar gráficos 2D y 3D.
• Compatibilidad con los sistemas de presentación de vídeo.

Tarjeta de sonido

Permiten la grabación y la reproducción de sonidos en el PC. Las tarjetas de sonido proporcionan las conexiones siguientes:

• Entrada de micrófono.
• Salida para altavoces.
• Controlador de unidades ópticas.
• Algunas tarjetas traen un puerto MIDI.

Otras tarjetas

• De red: Permite conectar los ordenadores entre sí para formar una red de comunicación.
• Módem interno: Hace de intermediario para la transmisión o recepción de datos a través de la línea telefónica.
• Sintonizador de televisión y radio: Capta las señales.
• Ampliación de puertos: Proporcionan puertos adicionales de cualquier tipo.

5. Dispositivos periféricos

Periféricos básicos de entrada

Para introducir datos, lo más habitual es usar el teclado y el ratón.

Teclado

Es el periférico más utilizado para introducir datos. Facilita la escritura mediante teclas alfanuméricas.

Ratón

Agiliza el trabajo en un entorno gráfico.

Otros periféricos de entrada

Dependiendo del uso que se hace del ordenador, es posible que haya que recurrir a otros periféricos de entrada, como:

• Periféricos multimedia y de juego: Añaden, además de textos e imágenes fijas, imágenes animadas y sonidos, de acuerdo con las posibilidades de los juegos actuales. Entre los más comunes se encuentran:
  • Micrófonos: Para grabar sonidos.
  • Joysticks, volantes y gamepads: Facilitan el manejo de los juegos.
  • Videocámaras digitales: Captan imágenes en formato digital.
• Periféricos específicos y profesionales: Algunos periféricos de entrada se han diseñado para usos especializados:
  • Lectores de códigos de barras: Envían números digitalizados al ordenador.
  • Mesa y lápiz digitalizadores: Se utilizan en la delineación de planos y el diseño gráfico.
  • Escáner: Captura imágenes y textos impresos en formato digital.

Periféricos de salida

Permite obtener imágenes, sonidos y textos a partir de la información digital.

Monitor

Presenta la información al usuario en forma de imágenes. El tamaño de la pantalla está definido por la longitud de su diagonal. Los píxeles son los puntos luminosos en que se divide la pantalla. El número de colores afecta la calidad de la imagen. El ajuste de las imágenes, como el brillo y el contraste, se realiza mediante comandos. La resolución de la pantalla depende del número de píxeles.

Impresora

Pasa los documentos de texto e imagen al papel. La resolución de una impresora es el número de puntos por pulgada cuadrada (ppp o dpi) que imprime. La velocidad de impresión se mide en páginas por minuto (ppm) o en caracteres por segundo (cps).

Periféricos reticulares

Permiten tanto la entrada como la salida de datos.

Módem

Posibilita la conexión del ordenador a una línea telefónica. Hay módems internos y módems externos; lo que los diferencia es la velocidad de transmisión.

Pantalla táctil

Presenta imágenes que muestran información cuando se las toca con el dedo, ya que su superficie es sensible al tacto.

Impresoras multifunción

Integran en un solo periférico las posibilidades y características de un escáner y las de una impresora, lo que permite usarlas como fotocopiadoras y como fax.

6. Memorias de almacenamiento masivo

Para guardar grandes cantidades de información de la manera más económica y fiable posible.

Almacenamiento magnético

• Disco flexible o disquete: Son discos de plástico con una capa superficial magnetizada que están protegidos por una carcasa de plástico que tiene una ventana corredera para acceder al disco.
• Cintas extraíbles: Son cintas de plástico con una capa magnetizable.
• Discos duros: Están formados por platos metálicos sobre los que desliza el cabezal de lectura y escritura.

Funcionamiento de las unidades magnéticas

• Para escribir un bit, se envía un impulso eléctrico a la bobina del cabezal de escritura (denominado dipolo magnético).
• Para leer un bit, el cabezal de lectura se desliza sobre uno de los dipolos de la superficie e induce una corriente o impulso eléctrico que se interpreta como un "1" o como un "0" según su sentido.

Almacenamiento óptico

• CD-ROM: Es un disco de sólo lectura capaz de almacenar hasta 700 MB de datos o bien 80 minutos de audio.
• CD-R: Tiene las mismas características que el CD-ROM, pero sólo se puede grabar una vez.
• DVD: Es un disco de sólo lectura que almacena unos cuantos gigabytes.

Funcionamiento de las unidades ópticas

La velocidad de una unidad para grabar, regrabar o leer se expresa como múltiplo de 150 kilobits/segundo.

• Para escribir un bit, se utiliza un láser potente que quema un pedacito de la superficie de aluminio del disco y deja una muesca grabada cuando se escribe "1".
• Para leer un bit, se utiliza un láser de baja potencia que se refleja o absorbe.

Unidad de almacenamiento electrónico

La memoria flash almacena información con o sin carga eléctrica durante un tiempo indefinido. Este tipo de memoria se fabrica con materiales semiconductores con los que se forman circuitos integrados.

• Para escribir un bit, se inyecta una pequeña corriente eléctrica a un terminal de un transistor de tipo MOSFET.
• Para leer un bit, se comprueba el estado de carga del transistor MOSFET.

7. Redes de ordenadores

El tamaño y alcance de las redes de ordenadores

Según las dimensiones que alcanzan, se distinguen tres tipos de redes:

1. Redes LAN: Son redes de área local, generalmente de uso privado.
   • Topología lineal: En bus o árbol. Los ordenadores se conectan uno tras otro en la línea de transmisión.
   • Topología en anillo: La línea de transmisión se cierra a través de las conexiones en los equipos.
   • Topología en estrella: Es la que se usa más. Todos los equipos se conectan a un nodo común que gestiona las comunicaciones entre ellos.
2. Redes MAN: Son redes de área metropolitana que abarcan una población pequeña.
3. Redes WAN: Son redes extensas que conectan ciudades, países o continentes.

Elementos de una red local

Cualquier red local consta de una parte lógica o software, formada por programas para redes, y de una parte física o hardware, constituida por diferentes componentes.

Concentrador y conmutadores para redes en estrella

Para la conexión de redes con topología en estrella, se necesita un dispositivo que centralice las conexiones entre los equipos.

• Concentrador o hub: Conecta entre sí los diferentes puertos de la red y está formado por una serie de puertos donde se conectan los equipos.
• Conmutador o switch: Es un hub mejorado. Retransmite los datos que recibe sólo a los puertos necesarios, lo que le permite trabajar a diferentes velocidades en cada rama.

8. Medios de transmisión para redes

Para la conexión de una red local se pueden utilizar diferentes medios:

• Cable trenzado: STP, formato por ocho hilos de colores protegidos por una funda de plástico.
• Cable coaxial: Se puede utilizar el tipo RG-58, formado por un hilo conductor central recubierto de un plástico aislante, una malla metálica y un blindaje externo.
• Fibra óptica: Utiliza impulsos de luz para transmitir los datos. Está formada por un núcleo de fibra de vidrio o plástico recubierto por una serie de materiales que impiden las pérdidas de señal y protegen las fibras para que no se rompan.