Componentes esenciales de una Placa Madre: RAM, Microprocesador, Chipset, Fuente de Alimen, Diapositivas de Informática

¡Descarga Componentes esenciales de una Placa Madre: RAM, Microprocesador, Chipset, Fuente de Alimen y más Diapositivas en PDF de Informática solo en Docsity! Tema 4 - Arquitectura y funcionamiento del ordenador 1. Funcionamiento básico de un dispositivo digital La información que percibimos y manejamos en el mundo real es de tipo analógico: un texto de un libro, una imagen, un sonido... Sin embargo, el ordenador sólo entiende datos cuantificados mediante ceros y unos, es decir información digital. Para digitalizar una información analógica es necesario asignar a cada dato analógico un conjunto de ceros y unos, de acuerdo con unas reglas. Por ejemplo, si partimos de una información analógica, como una fotografía en papel, es necesario digitalizarla previamente antes de introducirla en el ordenador; en este caso mediante un escáner. Un ordenador, tablet o smartphone es una máquina electrónica que sirve para procesar información digital. La información digital es aquella que puede expresarse en términos de 0 y 1, es decir, en el sistema binario de numeración. Un bit (b) representa a la unidad mínima de información, es decir, un 0 o un 1, que no debemos confundirla con el byte (B). El byte es la cantidad más pequeña de información que un dispositivo digital puede procesar, que equivale a 8 bits. Múltiplos del byte (B) Recuerda que: 1 byte son 8 bits El sistema operativo suele indicar el tamaño redondeado de los archivos, por ejemplo al almacenar al imagen inferior ocupa un espacio de 53.788 bytes, pero en el listado de archivos del sistema operativo aparece su equivalente en kB, que es 53,8 kB (tras redondear). Esquema básico de funcionamiento del ordenador 1. Para que un ordenador funcione, u otro dispositivo digital como un smartphone o una tablet, debemos suministrarle unos datos de entrada de alguna de estas formas: • Desde dispositivos de entrada, también llamado periférico de entrada, como el ratón, el teclado, un micrófono o un escáner. • Desde unidades de almacenamiento de datos, como un disco duro, una unidad óptica (CD-ROM, DVDo Blu-Ray), una memoria USB (Pen Drive), una tarjeta de memoria de un smartphone, etc. • Desde una conexión de red, como una red local o Internet. 2. Dentro del ordenador se procesan los datos de entrada siguiendo las instrucciones del programa que se esté ejecutando. El procesamiento de datos puede consistir en realizar cálculos, valoraciones lógicas o en transferirlos de un lugar a otro. Esta labor la realiza, fundamentalmente, el microprocesador, que actúa como Unidad Central de Procesamiento (CPU). Pero también intervienen: • La memoria RAM, almacenando temporalmente los datos y las instrucciones. • La tarjeta gráfica, que incluye su propio procesador y su propia memoria RAM. • El chipset, que controla el flujo de datos entre el microprocesador, la tarjeta gráfica y el resto de los dispositivos (monitor, disco duro, etc) 3. Como consecuencia del procesamiento de los datos por parte del ordenador, éste obtiene un resultado, que llamamos datos de salida. Estos datos pueden mostrarse o enviarse: • A los periféricos de salida, el monitor los altavoces o la impresora. • A unidades de almacenamiento de datos, como discos duros, tarjetas de memoria, memorias USB, etc Entre los diferentes componentes electrónicos de la placa base cabe destacar algunos circuitos integrados, también llamados chips, por su importancia en el funcionamiento del ordenador. Veamos sus componentes: • El zócalo o socket del procesador • El chipset, que incluye el Puente Norte, el Puente Sur, la memoria ROM BIOS, que almacena el programa de arranque del PC, y la memoria CMOS, que almacena los datos de configuración, la fecha y la hora, etc. • Los conectores de la RAM o slots de la RAM. • Las ranuras de expansión o slots de expansión PCI-Express. • Los conectores de entrada/salida. • Conector de alimentación. 4.1 El microprocesador El microprocesador (también denominado procesador central) es el cerebro del ordenador. Ejecuta programas a partir de un conjunto de instrucciones. La placa base posee una ranura cuadrada en la cual se inserta el procesador y que se denomina socket del procesador o zócalo. Los zócalos o sockets poseen una pequeña palanca que, cuando se levanta, permite insertar el procesador sin aplicar presión. Al bajarse, ésta mantiene el procesador en su lugar. Vista inferior de un microprocesador y del zócalo en el que se inserta. Observa las conexiones (llamadas pines) que se conectan al zócalo o socket de la placa base. Dado que el procesador emite calor, se hace necesario disiparlo para evitar que se funda. Esta es la razón por la que generalmente se monta sobre un disipador térmico (heat sink), hecho de un metal conductor del calor (cobre o aluminio) que ampliar la superficie de transferencia de temperatura del procesador. El disipador térmico incluye una base en contacto con el procesador y aletas para aumentar la superficie de transferencia de calor. Por lo general, el disipador está acompañado de un ventilador (fan) para mejorar la circulación de aire y la transferencia de calor. La unidad también incluye un ventilador que expulsa el calor de la carcasa, haciendo circular aire fresco del exterior. El microprocesador (también llamado CPU) es un circuito integrado formado por millones de transistores, cuya función es procesar los datos, controla el funcionamiento de todos los dispositivos del ordenador y realizar operaciones lógico-matemáticas. El área ocupada por dicho circuito viene a ser un cuadrado de 1 cm de lado, pero la gran cantidad de patillas de conexión que necesita para conectarse a la placa base, hace que su tamaño total sea mayor. Es la parte más importante del ordenador. Es algo así como “el cerebro” del ordenador. La información que procesa la CPU se la suministra la memoria RAM, es decir, que la CPU no ejecuta programas ni procesa datos desde los dispositivos de almacenamiento, sino que sólo puede hacerlo desde la memoria RAM, motivo por el que previamente ha de cargarlos en memoria. El microprocesador tiene, básicamente, dos partes bien diferenciadas: Una decide que es lo que hay que hacer o procesar (unidad de control) y otra que procesa la información (la unidad aritmético-lógica): 1. La unidad de control: Lee las instrucciones que le marcan los programas y da las órdenes a los demás circuitos para que las ejecuten. 2. La unidad aritmético - lógica (ALU): Realiza las operaciones de cálculo y analiza condiciones lógicas necesarias para el procesamiento de los datos.. Características que determinan el rendimiento de un microprocesador: • La frecuencia de reloj, que determina el ritmo de trabajo del procesador, es decir, a mayor frecuencia mayor velocidad para el proceso de información. Actualmente se mide en Gigahercios (Hz). Un hercio equivale a un ciclo de reloj por segundo (ciclo de trabajo). Los procesadores actuales trabajan a frecuencias de reloj del orden de millones de hercios (megahercios, MHz) o incluso de miles de millones de hercios (gigahercios, Ghz). Ejemplo: Un procesador Intel i7 puede trabajar hasta 4,5 Ghz (4500 millones de ciclos de operación por segundo!!!). • El número de bits que puede transmitir simultáneamente en sus operaciones. El primer procesador para PC, el 8088 (de 1979) trabajaba con 16 bits. Actualmente los procesadores más extendidos, de las empresas Intel y AMD trabajan con 64 bits, aunque los equipos más antiguos son en su mayoría de 32 bits. En poco más de 20 años, se ha pasado de velocidades de proceso de 4,7 megahertzios (MHz) a más de 3 gigahertzios (GHz), y de procesar instrucciones de 16 bits a procesar instrucciones de 64 bits. Esta es una característica que condiciona el tipo de sistema operativo que pueden cargar. Conjunto de disipador térmico y ventilador sobre la placa base Ventilador (fan) Disipador térmico (heat sink) • El número de núcleos: Al llegar al límite de los 4 Ghz, los procesadores tienden a generar demasiado calor, de tal forma que no es posible enfriarlos de manera tradicional y ello conlleva a uso de sistemas más complejos de ventilación que aumentarían el costo de los equipos, haciéndose poco rentables, entre otros factores. La tendencia ha sido la de integrar en un solo microprocesador, varios núcleos (Cores). Los núcleos son como microprocesadores separados e independientes en miniatura, capaces de procesar paralelamente los datos, sin aumentar la velocidad de proceso, pero haciendo más eficiente el mismo, además de reducir de manera considerable el calor producido, ya que cada uno lleva procesos diferentes y no los concentran en un sólo núcleo. Así, un procesador Core Duo o Dual Core tiene dos núcleos, un Quad Core tiene cuatro núcleos. • La memoria caché. Se trata de una pequeña memoria ultrarrápida incluida en el propio procesador. Su función es actuar como memoria intermedia entre la memoria RAM y el núcleo del procesador, almacenando los datos y las instrucciones con los que va a trabajar el procesador de forma más inmediata, sin tener que recurrir a la memoria RAM. Su tamaño es pequeño, pero su velocidad de trabajo es muy alta. Se divide en dos niveles: nivel 1 o caché interna (L1), que está dentro del microprocesador y nivel 2 o caché externa (L2) situada fuera del microprocesador, en la placa base. La caché externa (L2) es más barata que la caché interna (L1) y es por eso que suele tener menor velocidad. Esquema de funcionamiento de la memoria caché. La empresa que fabricó el primer microprocesador para el PC, y que actualmente continúa haciéndolo, es Intel. Los microprocesadores que se han ido utilizando últimamente en los ordenadores personales son: Core i5 y Corei7-Sandy Bridge. Este último, en realidad, es un chip con cuatro procesadores, por esto se dice que el Corei7 es un procesador de cuatro núcleos Sin embargo, al ser un mercado en expansión, en el que se mueve una gran cantidad de dinero, rápidamente han surgido empresas competidoras de Intel que fabrican microprocesadores con una potencia similar o superior y con un precio algo más reducido. Entre ellas se pueden citar AMD, con sus microprocesadores K5, K6, K6-2, K6-3 y K7-Athlon y por último el Quad Core, con tecnología de cuatro núcleos. Ejemplo. El procesador Intel P4-650 salió al mercado en 2005 y tiene las siguientes características: Otro ejemplo de gama muy alta: INTEL® CORE™ i7-8650U, salió al mercado en 2017 • Frecuencia de reloj de 3,4 GHz. • Memoria caché L2 de 2 MB • Microprocesador de 64 bits • 1 núcleo • Frecuencia de reloj de 4,2 Ghz • Memoria cache de 8 MB • Microprocesador de 64 bits • 4 núcleos operativo y lo carga. A partir de ese momento es el sistema operativo el que toma el control del ordenador. Actualmente, los nuevos ordenadores sustituyen la BIOS por la UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). Lo que hace la BIOS también lo hace la UEFI, pero tiene funciones adicionales con mejoras notables. Por ejemplo: - La BIOS se maneja sólo con teclado, mientras que la UEFI permite, además, el uso del ratón. - El aspecto gráfico de la UEFI es mucho más agradable, intuitivo y moderno. - El arranque del ordenador con UEFI es más rápido que con BIOS. - La UEFI añade un sistema de arranque más seguro que protege al equipo de software malintencionado. Aspecto de la UEFI 4.3 La memoria RAM o memoria principal La memoria RAM (Random Access Memory) es una memoria de acceso aleatorio, es decir, el microprocesador puede acceder de forma independiente a cualquier dato almacenado en ella. La memoria RAM es la memoria principal donde el ordenador almacena temporalmente los datos y los programas con los que está trabajando en un momento dado. Todo lo que hay en ella almacenado se borra cuando apagamos o reiniciamos el ordenador. Se puede comparar a un gran casillero. Cada casilla, denominada posición de memoria, está formada por ocho bits de forma que en ella se puede escribir un carácter (un byte). El microprocesador debe saber exactamente la posición en memoria de cada dato, por lo que las posiciones están identificadas por un número denominado dirección de memoria. Físicamente, la memoria RAM es una plaquita rectangular de circuito impreso con varios chips, que se acopla a la placa base a través de una ranura específica. Las características principales de la memoria RAM son las siguientes: • La capacidad para almacenar datos, expresada en MB o GB. Existen módulos de distintas capacidades (128 MB, 256 MB, 512 MB, 1 GB y 2 GB). Es preferible adquirir un ordenador con toda la memoria RAM concentrada en un solo módulo, para disponer de más ranuras libres, por si queremos ampliar la memoria RAM en un futuro. La capacidad de un módulo de memoria viene determinada por la capacidad de cada chip y por el número de chips que incluya, que puede variar entre 2 y 16 (8 por cada cara). En la imagen puedes observar cómo se inserta un módulo de memoria RAM en la placa base. Observa tres ranuras libres para posibles ampliaciones futuras. • El tipo de memoria. Actualmente, la mayoría de los ordenadores utilizan memorias del tipo DIMM, concretamente la serie DDR-SDRAM, pero también existen módulos del tipo DDR2-SDRAM, que funcionan de forma semejante a los DDR, pero transfieren más paquetes de datos por cada ciclo de reloj (del micro). Actualmente se suelen emplear las memorias DDR3-SDRAM transfiere paquetes de datos más rápido que las dos anteriores y permite usar módulos de 512 MB a 8 GB, siendo posible fabricar módulos de hasta 16 GB. Estos tres tipos de memoria son incompatibles entre sí, por lo que sólo pueden conectarse en placas bases con las ranuras de conexión adecuadas. M Módulo de memoria DIMM tipo DDR3 de 1 GB de capacidad • La velocidad de trabajo, expresada en MHz. Hay que distinguir entre la frecuencia de reloj a la que trabaja la memoria (frecuencia interna) con la frecuencia a la que transmite los paquetes de datos (frecuencia externa efectiva). 4.4 Los conectores internos La placa base también se caracteriza por tener una gran cantidad de conectores internos, a ellos se conectan diversos componentes del ordenador: • Conector o entrada de alimentación, donde entra toda la energía y se conecta el manojo de cables de corriente procedentes de la fuente de alimentación. • Ranuras o slots para conectar los módulos de memoria RAM. • Conectores SATA, donde pueden conectarse discos duros y unidades ópticas. • Ranuras o slots de expansión, donde podemos conectar diferentes tarjetas de expansión, como la tarjeta de sonido, la tarjeta de red, la tarjeta de sonido, etc. Las ranuras blancas son las ranuras PCI-Express en las que se insertan las tarjetas de expansión. La ranura negra es una AGP en la que antes se conectaban tarjetas gráficas. Al fondo, en naranja, se ven los slots para insertar memoria RAM. En azul podemos ver las conexiones SATA, donde se conectan los discos duros internos y las unidades ópticas que leen DVD. Esta es la conexión ATX, que conecta la fuente de alimentación con la placa base, suministrándole toda la energía al equipo. Al fondo se ven las ranuras de inserción de los módulos RAM. Las tarjetas gráficas tienen sus propias conexiones externas (ver imagen anterior). Los tipos de conexiones externas más usuales son. Estas conexiones permite la salida de una señal de vídeo a monitores o proyectores. a) Puerto VGA. Emite una señal de video analógica, apta para monitores Puedes ver antiguos y no tan antiguos imágenes de b) Puerto DVI. Emite una señal de video digital, que suelen utilizar los cada uno de monitores de tipo LCD (planos). estas conexiones c) Puerto S-Video. Emite una señal de video analógica, apta para un televisor o un vídeo. d) HDMI: Es el llamado a sustituir el VGA y el DVI. Se utiliza para conectar, aparte de monitores nuevos, televisores planos, tablets, sintonizadores TDT, etc. Actualmente, las placas bases llevan incorporados un chip gráfico que hace las funciones de las tarjetas gráficas, e incluso los últimos microprocesadores llevan en su interior el chip gráfico. Sin embargo, en ocasiones es necesario dotar al equipo de suficiente potencia gráfica para soportar videojuegos con gran calidad de gráficos o tener la posibilidad de una potente y buena edición de vídeo, pues el chip gráfico no es suficiente. En este caso, debes añadir en una ranura de expansión una tarjeta gráfica. Conexiones de una tarjeta de vídeo Puerto VGA Puerto DVI Puerto S-Video Puerto HDMI Clavija Puerto de conexión Ejemplo: La tarjeta gráfica NVIDIA GeForce GTX 690 ( más actual ) Procesador gráfico: Geforce GTX690 a 915 Mhz Memoria gráfica: 4 GB a 6GB de tipo GDDR 5 Tipo de interfaz: PCI- Express-3 Salidas de video: DVI, DisplayPort 6.2. Tarjeta de sonido Esta tarjeta es la responsable de lo que los ordenadores reproduzcan o graben sonido. La mayoría de las computadoras tienen integrada la tarjeta de sonido dentro de su placa madre, pero ésta se puede actualizar comprando una que tenga mayor calidad. La tarjeta de sonido tiene una doble función: Convertir la información digital contenida en archivos de sonido (de tipo WAV, MP3...) en una señal de sonido Tarjeta de sonido analógica que pueda ser transmitida a unos altavoces u otro aparato de sonido analógico. Grabar la señal de sonido procedente de una fuente analógica ( micrófono, magnetófono, reproductor de CD...) en un archivo de sonido digital. Físicamente es una placa de circuito impreso, que contiene componentes electrónicos específicos , conexiones internas y externas, así como la interfaz de conexión a la placabase, que es de tipo PCI-Express. Tarjeta de sonido y sus conexiones Actualmente las placas base incorporan las funciones de una tarjeta de sonido en el chip correspondiente al Puente Sur. Pero si queremos tener un sonido de mayor calidad tendremos que añadir una tarjeta de sonido en una ranura de expansión que esté libre. Conexiones de una tarjeta de sonido Las conexiones externas son de entrada y salida de datos, tanto en formato analógico como digital. Pueden ser las siguientes: • Entradas analógicas: micrófono (MIC, de color rosado) y línea ( LINE IN, de color azul). • Salidas analógicas: auriculares. • Entradas digitales: óptica y coaxial. • Salidas digitales: óptica y coaxial. • Puerto MIDI: para la conexión de instrumentos musicales y dispositivos de juego (joystick). Como dato, la entrada LINE IN (color azul) se puede emplear, por ejemplo, para conectar con un cable (jack-jack) a la salida de auricular de un smartphone e introducir en el PC el sonido que emita el mismo. 6.3. La tarjeta de red Le permite al computador conectarse a una red (por ejemplo, Internet). La tarjeta de red se puede conectar a un cable Ethernet o a una red inalámbrica también conocida como Wi-Fi. La mayoría de los computadores nuevos tienen una tarjeta de red integrada en forma de chip dentro de su placa base, pero de estar dañado o querer mejorar la velocidad de conexión puedes añadir una tarjeta de red dentro de una ranura de expansión. Tarjeta de red con conexión PCI Express con puerto de conexión Ethernet RJ-45 y cable con conector Ethernet RJ-45 para la conexión de red 7. Almacenamiento masivo Además de la memoria principal, en la que el microprocesador almacena los datos y programas con los que está trabajando en cada instante, el ordenador usa memorias secundarias en soporte magnético, óptico o eléctrico para el almacenamiento masivo. Las memorias secundarias o masivas ofrecen un medio económico, fiable y permanente para almacenar gran cantidad de datos, aunque son más lentas que la memoria principal. 7.1 Almacenamiento magnético, disco duro interno Es un dispositivo de almacenamiento permanente de tipo magnético, donde se guardan los archivos del sistema operativo, las aplicaciones y los archivos del propio usuario. La unidad de disco duro está formada por varios discos metálicos (o cerámicos) recubiertos por una fina capa de material magnético (ver Figura). Ambas caras de cada disco son útiles para grabar información digital. Para leer o escribir datos, por cada cara de los discos hay un cabezal de lectura/escritura, de tipo electromagnético. Cada cabezal está unido a un brazo articulado, de manera que todos los brazos se mueven a la vez alrededor de un mismo eje de giro. Los discos giran a una velocidad constante, que suele ser de 5400 rpm o de 7200 rpm, si bien hay algunos discos duros que pueden alcanzar las 15000 rpm. Los elementos móviles del disco duro se apoyan en un chasis de aluminio y están protegidos del exterior mediante una carcasa metálica que ajusta de forma