1. Introducción
Los dispositivos mecánicos que conforman la computadora
se llaman hardware. El ya mensionado es cualquier parte de la computadora que se
puede tocar estos están muy relacionados con el sistema operativo de la
computadora ya que este es el encargado de la administración de estos
dispositivos.
2. Objetivo
Estudiar los componentes internos de una computadora
tanto hardware como software.
3. Marco Teórico.
3.1
Revisión del hardware de la Computadora
Un sistema operativo está íntimamente relacionado con el
hardware de la computadora sobre la que
se ejecuta. Extiende el conjunto de instrucciones de la computadora y
administra sus recursos. Para trabajar debe conocer muy bien el hardware.
Conceptualmente, una computadora personal simple se puede abstraer mediante un
modelo compuesto por: la CPU, la memoria y los dispositivos de E/S están
conectados mediante un bus del sistema y se comunican entre sí a través de este
bus. Las computadoras personales modernas tienen una estructura más complicada
en la que intervienen varios buses.
3.1.1 Procesadores
El objetivo principal de un procesador es el de ejecutar
los distintos pasos de una tarea. Debe también conseguir funcionar lo más
rápidamente posible, consumiendo la mínima potencia y evitando errores y
paradas. Para ello, el procesador utiliza una serie de operaciones elementales,
a partir de las cuales se pueden resolver tareas más complejas. Cada una de las
operaciones elementales tiene un código binario y puede tener uno, o varios operandos
sobre los que actuar. El procesador dispone habitualmente de un conjunto
reducido de posiciones de memoria internas, que se conocen como registros, y
que le permiten almacenar los datos y los resultados con los que está
trabajando en ese momento. El procesador, o CPU, consta básicamente de dos
partes: La unidad aritmética-lógica (ALU, es decir aritmetic-logic unit) y la
unidad de control (CU o control unit).
Unidad aritmética lógica.
La unidad aritmética lógica o ALU de nuestro ordenador es
la encargada de realizar las operaciones aritméticas (suma, resta, comparación,
producto, cociente) y lógicas. Está formada por el acumulador, un conjunto de
circuitos lógicos, y el registro de códigos de condición o flags.
Unidad de control.
La unidad de control tiene, algo muy necesario, que es el
generador de impulsos de reloj, encargado de sincronizar el funcionamiento del
procesador. Para ello, se emplea un cristal de cuarzo externo a la CPU que le
suministra a través de una de sus patas una onda cuadrada. Cada período de la
onda recibe el nombre de ciclo de reloj, y se utiliza su frecuencia para medir
la velocidad del procesador.
Funciones de la unidad de control:
- Controlar la secuencia en que se ejecutan las instrucciones.
- Controlar el acceso del procesador a la memoria principal.
- Regular las temporizaciones de todas las operaciones que ejecuta el procesador.
- Enviar y recibir señales de control desde los periféricos.
Figura 1. Procesador
3.1.2 Memoria
La memoria es el componente del ordenador que almacena la
información que éste posee, es decir, sus datos y programas.
La memoria del ordenador está organizada en unidades de
bytes, cada uno compuesto por 8 bits. No importa qué tipo de información
estemos almacenando; estará codificada en una estructura particular de bits,
que será interpretada de la forma adecuada al tipo de datos en cuestión. Los
mismos bytes de memoria se emplean para almacenar códigos de instrucciones,
datos numéricos, datos alfabéticos, sonidos, vídeo, etc.
Duración de la información.
En relación a la permanencia de la información grabada en
las memorias, hay 4 posibilidades:
· Memorias de lectura destructiva: Su lectura implica el borrado de la información, por lo que después de leer en ellas, hay que volver a grabarlas.
· Memorias con refresco: La información sólo dura un cierto tiempo. Para que no desaparezca, hay que regrabar la información de forma periódica (señal de refresco).
Tipos de memorias: RAM y ROM.
Actualmente el tipo de memorias que se emplean con
carácter universal, son las memorias de semiconductores. La primera memoria
comercial de semiconductor tenía una capacidad de 64 bits y fue fabricada por
IBM en 1968. Poco más tarde, en 1972, aparecieron los primeros ordenadores de
IBM con memoria principal de semiconductores.
Memorias de sólo lectura: ROM
Como indica su propio nombre son memorias que sólo
permiten la lectura, también son de acceso aleatorio y no volátiles. Este tipo
de memorias se utilizan para guardar una serie de programas que vienen con el
ordenador desde fábrica, como son los contenidos en la ROM-BIOS (Basic
Input-Output System). En ella básicamente están unos programas de diagnóstico,
encargados de chequear el hardware para comprobar que todo es correcto antes de
arrancar. Además, tiene el programa de arranque, encargado de cargar el sistema
operativo en memoria y, los programas para controlar los periféricos más comunes:
unidades de disco, teclado, puertos serie y paralelo, tarjeta gráfica, etc.
Memorias de lectura/escritura: RAM
Son memorias de lectura/escritura, acceso aleatorio y
volátil. La memoria principal de un ordenador es RAM, ya que la ROM al no
permitir la escritura tiene un uso limitado. El sistema operativo y los
programas y datos del usuario se almacenan en memoria RAM para poder ser usados
por el procesador.
Figura 2. Memoria
3.1.3 Disco Duro
Un disco duro es un dispositivo en el que el
almacenamiento de la información es permanente, no necesita de un aporte
constante de energía para conservar la información y que puede alterarse en
cualquier momento para ser reutilizado, dado que posee miles de ciclos antes de
la aparición de errores. Su funcionamiento se basa en el sistema de grabación
magnética, por el cual algunos materiales son capaces de almacenar determinados
estados magnéticos.
Estructura física de un disco duro El disco duro es un
dispositivo magnético y mecánico, con partes móviles, siendo por tanto más
delicado que otros sistemas de almacenamiento. Los datos se almacenan sobre una
serie de discos o platos (entre 2 y 4 normalmente) que están recubiertos de una
fina capa de material magnético. Estos platos están situados en un eje común e
impulsado por un motor a grandes velocidades, 7.200 rpm en los modelos
actuales. Para leer y grabar los datos se dispone de diversas cabezas (una por
cada cara del plato), son dispositivos electromagnéticos que se sitúan sobre la
superficies del plato “flotando” a unos nm. Esta falta de contacto con la
superficie del disco es lo que permite altas velocidades de lectura y
escritura.
Figura 3. Disco Duro
Las unidades de cinta magnética son dispositivos de
entrada/salida de datos de acceso secuencial, que permiten la grabación y lectura
de la información sobre un soporte magnético. Aparecieron en 1951 (con el
computador UNIVAC 1). Una unidad de cinta constará, aparte del soporte de
almacenamiento, de un controlador de cinta, que reúne los elementos
electrónicos y electromecánicos que permiten realizar las acciones de lectura y
escritura de información, posicionado de la cinta y sincronismo, envío y
recepción de los datos.
El soporte de almacenamiento magnético consta de una
cinta de material sintético de 1/2 de pulgada de anchura y del orden de 3
centésimas de milímetro de espesor, recubierta de una capa de óxido de hierro,
óxido de cromo o partículas de metal, de 1.5 centésimas de milímetro de
espesor. Estas cintas se suministran en carretes de unos 800 m. de longitud.
Figura 4. Cinta Magnética
Constituyen los órganos de la computadora por los cuales
se comunica con el medio exterior, la variedad y cantidad que se pueden
conectar va creciendo a pasos agigantado. La conexión puede ser
física (cables) o por ondas del espectro electromagnético (radio) o por
lumínicas.
· Algunos son esenciales para una computadora, al menos debería contar con un dispositivo de entrada y uno de salida.
· Un dispositivo que cumpla ambas funciones, podría reemplazar a los dispositivos por separado, por ejemplo un dispositivo de comunicaciones.
· En la actualidad, prácticamente cualquier aparato que pueda generar (y/o recibir) una señal analógica o digital, puede conectarse a una computadora, directamente o mediante dispositivos intermediarios.
· Algunos son esenciales para una computadora, al menos debería contar con un dispositivo de entrada y uno de salida.
· Un dispositivo que cumpla ambas funciones, podría reemplazar a los dispositivos por separado, por ejemplo un dispositivo de comunicaciones.
· En la actualidad, prácticamente cualquier aparato que pueda generar (y/o recibir) una señal analógica o digital, puede conectarse a una computadora, directamente o mediante dispositivos intermediarios.
Entrada: captan y envían los datos desde el dispositivo a
la CPU, cualquiera sea el tipo de tecnología usada por el periférico para
capturar debe convertirse a señal digital (bits, 0 y Salida: Muestran o
proyectan información hacia el exterior de la CPU. La mayoría informan,
alertan, comunican, proyectan o dar al usuario u otra computadora cierta
información, de la misma forma se encargan de convertir los impulsos eléctricos
(de tipo digital) en información perceptible por el usuario. La conversión no
sería necesaria si el destinatario es otra computadora.
Entrada/Salida
(E/S).
- Almacenamiento: son los dispositivos que almacenan datos e información por bastante tiempo. La memoria RAM no puede ser considerada un periférico de almacenamiento, ya que su memoria es volátil y temporal.
- Comunicación: son los periféricos que se encargan de comunicarse con otras máquinas o computadoras, ya sea para trabajar en conjunto, o para enviar y recibir información.
Figura 5. Dispositivos de entrada y salida
Un bus es un camino que permite comunicar selectivamente
un número de componentes o dispositivos de acuerdo a ciertas normas de
conexión. Su operación básica se denomina ciclo de bus que el conjunto de pasos
necesarios para realizar una transferencia elemental entre dispositivos
conectados al bus
Clases de buses:
- Bus de datos, de 8, 16, 32 o 64 bits dependiendo del modelo (64 bits para los Pentiums de última generación). El número de bits se usa, en general, para determinar el tamaño del procesador.
- Bus de direcciones, para poder conectar la CPU con la memoria y con los dispositivos de entrada/salida.
- Bus de control, para enviar señales que determinan cómo se comunica la CPU con el resto del sistema (por ejemplo, las líneas de lectura y escritura especifican qué es lo que se está haciendo en la memoria).
Figura 6. Buses
Para que un sistema operativo pueda ejecutarse, el
sistema debe cargarse en la RAM de la computadora. Cuando una computadora se
enciende por primera vez, lanza un programa llamado cargador bootstrap que
reside en el chip Sistema Básico de Entrada y Salida (BIOS) o firmware. Las
funciones principales del cargador bootstrap son probar el hardware de la
computadora y localizar y cargar el sistema operativo en la RAM. Puesto que el
programa bootstrap está incorporado al chip BIOS, también se denomina control del
BIOS. Durante la ejecución de las rutinas de firmware del BIOS, se llevan a
cabo tres conjuntos de operaciones:
- Se ejecutan las Auto-Pruebas de Encendido (POSTs).
- Se completa la inicialización.
- El BIOS desplaza la dirección de inicio y la información de modo al controlador DMA, y luego carga el Registro de Inicio Maestro (MBR).
Carga del
sistema operativo
A continuación, el programa bootstrap necesita localizar
y copiar el OS a la RAM de la computadora. El orden en el cual el programa
bootstrap busca el archivo de inicio del OS puede cambiarse en la configuración
del BIOS del sistema. El orden más común para la búsqueda del OS es primero el
diskette, luego la unidad de disco duro, y finalmente el CD-ROM.
Figura 7. Arranque de la computadora
3.1.8 Sistema operativo mainframe
Los sistemas operativos para las mainframes están
profundamente orientados hacia el procesamiento de muchos trabajos a la vez, de
los cuales la mayor parte requiere muchas operaciones de E/S. Por lo general
ofrecen tres tipos de servicios: procesamiento por lotes, procesamiento de
transacciones y tiempo compartido. Un sistema de procesamiento por lotes
procesa los trabajos de rutina sin que haya un usuario interactivo presente. El
procesamiento de reclamaciones en una compañía de seguros o el reporte de
ventas para una cadena de tiendas son actividades que se realizan comúnmente en
modo de procesamiento por lotes. Los sistemas de procesamiento de transacciones
manejan grandes cantidades de pequeñas peticiones, por ejemplo: el
procesamiento de cheques en un banco o las reservaciones en una aerolínea. Cada
unidad de trabajo es pequeña, pero el sistema debe manejar cientos o miles por
segundo. Los sistemas de tiempo compartido permiten que varios usuarios remotos
ejecuten trabajos en la computadora al mismo tiempo, como consultar una gran
base de datos. Estas funciones están íntimamente relacionadas; a menudo los
sistemas operativos de las mainframes las realizan todas.
3.1.8 Sistemas operativos de
servidores
Al
igual que un equipo no puede trabajar sin un sistema operativo, una red de
equipos no puede funcionar sin un sistema operativo de red. Si no se dispone de
ningún sistema operativo de red, los equipos no pueden compartir recursos y los
usuarios no pueden utilizar estos recursos. Dependiendo del fabricante del sistema
operativo de red, tenemos que el software de red para un equipo personal se
puede añadir al propio sistema operativo del equipo o integrarse con él.
LAN
cliente/servidor
En
el sentido más estricto, el término cliente/servidor describe un sistema en el
que una máquina cliente solicita a una segunda máquina llamada servidor que
ejecute una tarea específica. El cliente suele ser una computadora personal
común conectada a una LAN, y el servidor es, por lo general, una máquina
anfitriona, como un servidor de archivos PC, un servidor de archivos de UNIX o
una macro computadora o computadora de rango medio.
3.1.9 Sistemas operativos
multiprocesadores
A medida que aumenta la siempre creciente demanda de
mayores prestaciones, y conforme el coste de los microprocesadores se reduce,
los fabricantes han introducido los sistemas SMP. El término SMP, sistema
multiprocesador simétrico, se refiere a la arquitectura hardware del sistema
multiprocesador y al comportamiento del sistema operativo que utiliza dicha arquitectura.
Un SMP es un computador con las siguientes características:
- Tiene dos o más procesadores similares de capacidades comparables.
- Los procesadores comparten la memoria principal y la E/S, y están interconectados mediante un bus u otro tipo de sistema de interconexión, de manera que el tiempo de acceso a memoria es aproximadamente el mismo para todos los procesadores.
- Todos los procesadores comparten los dispositivos de E/S, pero pueden hacerlo bien a través de los mismos canales, o bien a través de otros caminos de acceso al mismo dispositivo. 4) Todos los procesadores pueden desempeñar las mismas funciones (de ahí el término simétrico).
- El sistema está controlado por un sistema operativo que posibilita la interacción entre los procesadores y sus programas.
3.1.10Sistemas operativos de
computadoras personales
Todos los sistemas operativos modernos soportan la
multiprogramación, con frecuencia se inician docenas de programas al momento de
arrancar el sistema. Su trabajo es proporcionar buen soporte para un solo
usuario. Se utilizan ampliamente para el procesamiento de texto, las hojas de
cálculo y el acceso a Internet. Algunos ejemplos comunes son Linux, FreeBSD,
Windows Vista y el sistema operativo Macintosh.
Los sistemas operativos de computadora personal son tan
conocidos que tal vez no sea necesario presentarlos con mucho detalle. De
hecho, muchas personas ni siquiera están conscientes de que existen otros tipos
de sistemas operativos.
3.1.11
Sistemas operativos de computadoras de bolsillo
Una computadora de bolsillo o PDA (Personal
Digital Assitant, Asistente personal digital) es una computadora que cabe
en los bolsillos y realiza una pequeña variedad de funciones, como libreta de
direcciones electrónica y bloc de notas. Además, hay muchos teléfonos celulares
muy similares a los PDAs, con la excepción de su teclado y pantalla. En efecto,
los PDAs y los teléfonos celulares se han fusionado en esencia y sus
principales diferencias se observan en el tamaño, el peso y la interfaz de
usuario. Casi todos ellos se basan en CPUs de 32 bits con el modo protegido y
ejecutan un sofisticado sistema operativo. Los sistemas operativos que operan
en estos dispositivos de bolsillo son cada vez más sofisticados, con la
habilidad de proporcionar telefonía, fotografía digital y otras funciones.
Muchos de ellos también ejecutan aplicaciones desarrolladas por terceros. De hecho,
algunos están comenzando a asemejarse a los sistemas operativos de computadoras
personales de hace una década. Una de las principales diferencias entre los
dispositivos de bolsillo y las PCs es que los primeros no tienen discos duros
de varios cientos de gigabytes, lo cual cambia rápidamente. Dos de los sistemas
operativos más populares para los dispositivos de bolsillo son Symbian OS y Palm
OS.
3.1.12
Sistemas operativos integrados
Los sistemas integrados (embedded), que también se
conocen como incrustados o embebidos, operan en las computadoras que controlan
dispositivos que no se consideran generalmente como computadoras, ya que no aceptan
software instalado por el usuario. Algunos ejemplos comunes son los hornos de
microondas, las televisiones, los autos, los grabadores de DVDs, los teléfonos
celulares y los reproductores de MP3. La propiedad principal que diferencia a
los sistemas integrados de los dispositivos de bolsillo es la certeza de que
nunca se podrá ejecutar software que no sea confiable. No se pueden descargar
nuevas aplicaciones en el horno de microondas; todo el software se encuentra en
ROM. Esto significa que no hay necesidad de protección en
las aplicaciones, lo cual conlleva a cierta simplificación.
3.1.13
Sistemas operativos de nodos sensores
Las
redes de pequeños nodos sensores se están implementando para varios fines.
Estos nodos son pequeñas computadoras que se comunican entre sí con una
estación base, mediante el uso de comunicación inalámbrica. Estas redes de
sensores se utilizan para proteger los perímetros de los edificios, resguardar
las fronteras nacionales, detectar incendios en bosques, medir la temperatura y
la precipitación para el pronóstico del tiempo, deducir información acerca del
movimiento de los enemigos en los campos de batalla y mucho más.
Los
sensores son pequeñas computadoras con radios integrados y alimentadas con
baterías. Tienen energía limitada y deben trabajar durante largos periodos al
exterior y desatendidas, con frecuencia en condiciones ambientales rudas. La
red debe ser lo bastante robusta como para tolerar fallas en los nodos
individuales, que ocurren con mayor frecuencia a medida que las baterías empiezan
a agotarse.
Cada
nodo sensor es una verdadera computadora, con una CPU, RAM, ROM y uno o más
sensores ambientales. Ejecuta un sistema operativo pequeño pero real, por lo
general manejador de eventos, que responde a los eventos externos o realiza
mediciones en forma periódica con base en un reloj interno.
3.1.14
Sistemas operativos en tiempo real
Otro tipo de sistema operativo es el sistema en tiempo
real. Estos sistemas se caracterizan por tener el tiempo como un parámetro
clave. A menudo hay tiempos de entrega estrictos que se deben cumplir. Por
ejemplo, si un auto se desplaza sobre una línea de ensamblaje, deben llevarse a
cabo ciertas acciones en determinados instantes. La acción debe ocurrir
sin excepción en cierto momento (o dentro de cierto rango)
Sistema en tiempo real duro:
Muchos de estos sistemas se encuentran
en el control de procesos industriales, en aeronáutica, en la milicia y en
áreas de aplicación similares. Estos sistemas deben proveer garantías absolutas
de que cierta acción ocurrirá en un instante determinado.
Sistema en tiempo real suave:
En el cual es aceptable que muy
ocasionalmente se pueda fallar a un tiempo predeterminado. Los sistemas de
audio digital o de multimedia están en esta categoría. Los teléfonos digitales
también son ejemplos de sistema en tiempo real suave.
3.1.15
Sistemas operativos de tarjetas inteligentes
Los sistemas operativos más pequeños operan en las
tarjetas inteligentes, que son dispositivos del tamaño de una tarjeta de
crédito que contienen un chip de CPU. Tienen varias severas restricciones de
poder de procesamiento y memoria. Algunas se energizan mediante contactos en el
lector en el que se insertan, pero las tarjetas inteligentes sin contactos se
energizan mediante inducción, lo cual limita en forma considerable las cosas
que pueden hacer. Algunos sistemas de este tipo pueden realizar una sola
función, como pagos electrónicos; otros pueden llevar a cabo varias funciones
en la misma tarjeta inteligente. A menudo éstos son sistemas propietarios.
Algunas tarjetas inteligentes funcionan con Java. Lo que
esto significa es que la ROM en la tarjeta inteligente contiene un intérprete
para la Máquina virtual de Java (JVM).
4. Conclusión.
En la actualidad las computadoras están en todo lugar
desde la manera de comunicarnos, simplificación de trabajos, eficiencia de
administrar datos, esto gracias a distintos tipos de sistemas operativos
existentes, pero estos sistemas operativos no podrían ser operados sin instrumentos
que permitan el ingreso de información y para eso tenemos los dispositivos de
entrada, los lugares de almacenamiento de información se lo hace mediante
discos y memorias internas.
5. Bibliografía.
http://cursa.ihmc.us/rid=1288132510156_48704924_24839/dispositivos%20de%20entrada%20y%20salida.pdf
http://www.infor.uva.es/~cevp/FI_II/fichs_pdf_teo/Trabajos_Ampliacion/Buses.pdf
Norton, 2004 . Introducción
a la computación. 6 ed. México. Mc Graw Hill
Tanenbaum, A.2009. Sistemas Operativos Modernos. 3 ed. México. D.F. PEARSON EDUCACIÓN.
Tanenbaum, A.2009. Sistemas Operativos Modernos. 3 ed. México. D.F. PEARSON EDUCACIÓN.
No hay comentarios.:
Publicar un comentario