Autor: SIMON VARGAS

Apuntes sobre SOFTWARE y HARDWARE:

1. Hardware

Arquitectura Von Neumann

• Idea Clave: Es el diseño fundamental de cómo se organiza una computadora moderna.
• Componentes Principales:
  • CPU: El «cerebro».
  • Memoria Principal (RAM): Almacena instrucciones y datos.
  • Dispositivos de Entrada/Salida (I/O): Para interactuar con la computadora.
• Analogía: Piensa en ella como el «plano» de una casa, mostrando dónde va cada habitación esencial.
• Definición Corta: Un modelo arquitectónico que define la estructura básica de una computadora, donde programas y datos residen en la misma memoria.

CPU: El Cerebro de la Computadora

• Idea Clave: Es el componente central que ejecuta todas las instrucciones y procesa datos.
• Analogía: Es el «cerebro» de la computadora, tomando decisiones y realizando cálculos.
• Definición Corta: La Unidad Central de Procesamiento, un chip que lleva a cabo todas las instrucciones y procesa datos en una aplicación.

Unidad de Control (CU)

• Idea Clave: Dirige y coordina todas las operaciones dentro de la CPU.
• Función: Interpreta las instrucciones del programa y envía señales de control a otros componentes.
• Analogía: El «jefe» o «director de orquesta» de la CPU, asegurándose de que todos los componentes hagan lo que deben.
• Definición Corta: Parte de la CPU que controla el flujo de datos y la ejecución de instrucciones.

Unidad Aritmético-Lógica (ALU)

• Idea Clave: Realiza todas las operaciones matemáticas y lógicas.
• Operaciones Aritméticas: Suma, resta, multiplicación, división.
• Operaciones Lógicas: Ayuda a la computadora a tomar decisiones.
• Analogía: Es la «calculadora» y «toma de decisiones» interna de la CPU.
• Definición Corta: Componente de la CPU que ejecuta cálculos aritméticos y operaciones lógicas. Puede haber más de una ALU en una CPU.

Memoria Principal (RAM)

• Idea Clave: Almacenamiento temporal y de alta velocidad para programas y datos que la CPU necesita acceder rápidamente.
• Características:
  • Volátil: Su contenido se pierde cuando la computadora se apaga.
  • Lectura/Escritura: Los datos pueden ser leídos y modificados.
  • Acceso Aleatorio: Cualquier ubicación de memoria puede ser accedida directamente, sin importar la última ubicación usada.
• Analogía: Es como la «mesa de trabajo» de la CPU; los datos se colocan allí para un acceso inmediato, pero se borran al final del día.
• Definición Corta: Memoria de acceso aleatorio, esencial para la ejecución de software, volátil y más rápida que el almacenamiento secundario.

Almacenamiento Secundario

• Idea Clave: Almacenamiento persistente a largo plazo para sistemas operativos, aplicaciones y archivos de usuario.
• Características:
  • No Volátil: Los datos se conservan incluso cuando la computadora está apagada.
  • Mayor Capacidad: Mucho más grande que la RAM.
  • Más Lento: El acceso a los datos es más lento que en la RAM.
• Analogía: Es como el «archivador» o la «biblioteca» de la computadora; guarda todo de forma permanente.
• Ejemplos:
  • HDD (Hard Disk Drive): Almacena datos en superficies magnéticas de discos giratorios. Más lento debido a las partes móviles y la fragmentación de datos.
  • SSD (Solid State Drive): No tiene partes móviles, almacena datos en transistores. Es mucho más rápido, ligero, fiable y silencioso que un HDD.
• Definición Corta: Memoria no volátil utilizada para almacenar grandes cantidades de datos y programas de forma permanente.

Buses

• Idea Clave: Son los canales de comunicación que transportan datos entre los diferentes componentes de la computadora.
• Tipos Principales:
  • Bus de Direcciones: Lleva las direcciones de las ubicaciones de memoria a las que la CPU quiere acceder.
  • Bus de Datos: Transporta los datos reales entre la CPU y la memoria/dispositivos.
  • Bus de Control: Lleva señales de control desde la Unidad de Control para coordinar operaciones.
• Analogía: Las «carreteras» o «tuberías» que conectan las diferentes partes de la computadora y permiten que la información fluya entre ellas.
• Ancho del Bus: Un bus más ancho puede transportar más datos simultáneamente, mejorando el rendimiento.
• Definición Corta: Conjunto de conexiones eléctricas que permiten la transferencia de datos, direcciones y señales de control entre los componentes de una computadora.

Ciclo Fetch-Decode-Execute (FDE)

• Idea Clave: Es el proceso fundamental y repetitivo que la CPU utiliza para ejecutar cada instrucción. Ocurre miles de millones de veces por segundo.
• Pasos:
  1. Fetch (Recoger): La CPU obtiene la siguiente instrucción de la memoria principal. El Contador de Programa (PC) tiene la dirección de la siguiente instrucción; esta dirección se copia al Registro de Dirección de Memoria (MAR). La Unidad de Control solicita la instrucción, que se mueve de la RAM al Registro de Datos de Memoria (MDR) y luego al Registro de Instrucción Actual (CIR).
  2. Decode (Decodificar): La Unidad de Control interpreta la instrucción que está en el CIR.
  3. Execute (Ejecutar): La ALU realiza la operación especificada por la instrucción. Los resultados de la operación se almacenan (ej. en el Acumulador).
• Analogía: Como un «ciclo de trabajo» de un cocinero: primero lee la siguiente instrucción de la receta (fetch), luego la entiende (decode), y finalmente la lleva a cabo (execute).
• Definición Corta: El ciclo constante de la CPU para recuperar una instrucción, interpretarla y luego ejecutarla para procesar datos.

Rendimiento de la CPU

• Idea Clave: Factores que determinan la velocidad y eficiencia con la que una CPU procesa las instrucciones.

Núcleos (Cores)

• Idea Clave: Múltiples unidades de procesamiento independientes dentro de una única CPU.
• Beneficio: Permiten que la CPU ejecute múltiples instrucciones o programas simultáneamente.
• Componentes: Cada núcleo tiene su propia ALU y registros.
• Analogía: En lugar de tener un solo «trabajador» (CPU de un solo núcleo), tienes varios «trabajadores» (CPU multi-núcleo) que pueden hacer tareas al mismo tiempo.
• Definición Corta: Una unidad de procesamiento individual en una CPU multi-núcleo, capaz de ejecutar su propio hilo de instrucciones.

Memoria Caché

• Idea Clave: Una pequeña cantidad de memoria ultrarrápida que está ubicada dentro de la CPU.
• Función: Almacena copias de datos e instrucciones a los que la CPU accede con más frecuencia, lo que permite un acceso más rápido que ir a la RAM.
• Ubicación: Interna a la CPU.
• Analogía: Es como tener tus «herramientas más usadas» justo al lado de tu mano en lugar de tener que ir a otra habitación a buscarlas.
• Tamaño: Un mayor tamaño de caché generalmente mejora el rendimiento de la CPU.
• Definición Corta: Memoria de alta velocidad dentro de la CPU que acelera el acceso a datos e instrucciones de uso frecuente.

2. Software

Diferencia Clave entre Hardware y Software

• Hardware: Son todas las partes físicas de un sistema informático y sus dispositivos relacionados, tanto internos (como placas base, discos duros, RAM) como externos (como monitores, teclados, ratones e impresoras).
  • Analogía: Lo que puedes tocar y ver físicamente en una computadora.
• Software: Es un término general que abarca todos los programas informáticos. Es un conjunto de instrucciones escritas en un lenguaje de programación que realiza una o más tareas y le dice a la computadora qué hacer.
  • Analogía: Las instrucciones que no puedes tocar, el cerebro lógico que le da vida al hardware.
• Relación: Sin software, los componentes de hardware serían, en la práctica, inútiles.

Software de Sistema: El Director de Orquesta del Hardware

• Idea Clave: Proporciona los servicios esenciales que la computadora requiere para funcionar. Es un conjunto de programas diseñado para controlar y administrar el funcionamiento del hardware del ordenador.
• Función Principal: Permite que el sistema funcione sin problemas y proporciona una plataforma sobre la cual puede ejecutarse otro software.
• Analogía: Piensa en él como el «jefe» o «director de orquesta» del sistema, asegurando que todos los componentes de hardware y software trabajen en armonía.
• Ejemplos: El Sistema Operativo (OS), software de utilidad (antivirus, desfragmentación), controladores de dispositivos (device drivers) y el BIOS/firmware.

Función del Sistema Operativo (OS)

• Idea Clave: Es el software esencial que se ejecuta en segundo plano para gestionar muchas de las funciones básicas de una computadora. Es el primer programa que el BIOS carga al encender la computadora.