Fundamentos del Sistema Informático

Elementos Clave del Sistema Informático

• Parte Física (Hardware): La parte tangible. (“Lo que se puede golpear”).
• Parte Lógica (Software): Incluye juegos, programas, sistemas operativos, etc.
• Parte Humana: El elemento más importante. Sin las personas a cargo, no existirían ni la parte física ni la lógica.
• Documentación: Manuales que describen el funcionamiento y uso de los sistemas.

El Transistor y la Segunda Generación (1956-1964)

El transistor, introducido en la segunda generación de computadoras, fue muy superior al tubo de vacío. Esto permitió que los ordenadores se volvieran más pequeños, más rápidos, más baratos, más eficientes energéticamente y más confiables que sus antecesores de primera generación.

Arquitectura de Von Neumann (1945)

Una computadora, según la Arquitectura de Von Neumann, está formada por cuatro partes principales:

1. La CPU (Unidad Central de Procesamiento)
2. La Memoria Principal
3. Buses
4. Unidad de Entrada/Salida (E/S)

La Unidad Central de Procesamiento (CPU)

Componentes Principales de la CPU

La CPU se compone de tres partes esenciales:

• Unidad Aritmético-Lógica (UAL): Realiza operaciones elementales con datos provenientes de la memoria principal. Estos datos pueden estar almacenados temporalmente en los registros.
• Unidad de Control (UC): Se encarga de leer las instrucciones y enviar señales de control para su correcta ejecución.
• Registros: Almacenan temporalmente información necesaria para las operaciones.

Partes de la Unidad de Control

• Contador de Programa (PC): Contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
• Registro de Instrucción (RI): Contiene la instrucción en curso. Suele estar compuesta por el Código de Operación y las Direcciones de Memoria de los operandos.
• Decodificador: Se encarga de decodificar la instrucción y convertirla en señales de control para el resto de unidades.
• Secuenciador: Envía microórdenes a los demás elementos para que se sincronicen con el reloj.
• Reloj: Indica el momento preciso en que debe comenzar y finalizar una determinada instrucción.

Tipos de Memoria Principal

• Memoria RAM (Random Access Memory): Memoria volátil, pero de tiempo de acceso rápido. Permite lectura y escritura, y es de acceso aleatorio.
• Memoria ROM (Read Only Memory): Se utiliza principalmente para almacenar datos básicos y de configuración del ordenador, como el programa de arranque (BIOS).

El Bit: Unidad Mínima de Información

Un bit es la unidad mínima de información digital y puede valer 0 o 1.

El Ciclo de Ejecución de la CPU

El ciclo de ejecución, también conocido como Ciclo de CPU, consta de las siguientes fases:

1. Fase de Búsqueda de la Instrucción.
2. Fase de Interpretación (Decodificación) de la Instrucción.
3. Fase de Ejecución de la Instrucción.
4. Fase de Almacenamiento del Resultado.

Frecuencia de Reloj

La frecuencia con la que se realiza cada ciclo se mide en Hertz (Hz):

• 1 Hz = 1 ciclo/s
• 1 MHz = 1,000,000 ciclos/s

Evolución de las velocidades (ejemplos históricos):

• Finales de los 80’s: 4 MHz
• Finales de los 90’s: 16 MHz
• Año 2000: 800 MHz
• Actual: ????

Ergonomía y Factores Ambientales

Factores Ambientales en el Entorno Informático

• Temperatura: Debe mantenerse en un rango sin riesgo para la salud.
• Ventilación: Es crucial evitar variaciones bruscas de temperatura.
• Iluminación: Se recomienda priorizar la iluminación natural.

Definición de Ergonomía

La Ergonomía consiste en adaptar el trabajo a las posibilidades y capacidades del trabajador.

Riesgos Eléctricos

Existen dos tipos principales de riesgos eléctricos:

• Riesgo de Choque Eléctrico: Ocurre porque el cuerpo humano es conductor de la electricidad.
• Riesgo de Incendio: Se origina cuando hay una intensidad excesiva en algún punto de la instalación.

Tipos de Señales de Advertencia

Las señales de advertencia se clasifican en:

• Ópticas: Se basan en formas y colores (señalización visual).
• Acústicas: Implican la emisión de sonidos.
• Olfativas: Ejemplos incluyen humo, gas butano (metanotiol), gasolina, etc.
• Táctiles: Uso de distinto material o textura para indicar, por ejemplo, por dónde agarrar un objeto.

Conectores y Gestión de Energía (Fuente de Alimentación)

Tipos Principales de Conectores

• USB: Para transmisión de datos y energía.
• HDMI: Para transmisión de video y audio digital.
• Jack: Para sonido (audio analógico).
• Ethernet: Para conexión de red.
• SATA: Para conexión de discos duros y SSD.

Elementos Típicos del Panel Frontal

Los cuatro elementos típicos del panel frontal de un PC son:

1. Botón de encendido.
2. Botón de reinicio (reset).
3. LED indicador de encendido.
4. LED indicador de actividad del disco duro.

Conectores de la Fuente de Alimentación y Voltajes

• Encendido de una Fuente (Prueba): Se realiza puenteando los pines verde y negro del conector principal de 24 pines.
• Conector de 24 Pines: Alimenta la placa base principal.
• Conectores de 4, 6 y 8 Pines: Suministran energía adicional al procesador (CPU) o a la tarjeta gráfica (GPU).
• Voltajes Típicos: +3.3 V, +5 V y +12 V.
• Conector Mini Molex: Usado históricamente para disqueteras u otros dispositivos pequeños antiguos.
• SYSFAN y CPUFAN: Conectores dedicados para los ventiladores del sistema y del procesador, respectivamente.
• Fuentes Redundantes: Dos o más fuentes que operan en paralelo. Si una falla, la otra continúa suministrando energía, garantizando la continuidad operativa.

Placa Base (Motherboard) y Componentes

Fases de Transformación de Energía

El proceso de gestión de energía en la placa base sigue cuatro fases:

1. Entrada de energía.
2. Regulación.
3. Distribución.
4. Consumo por componentes.

Factores de Forma (Tamaños de Placa)

Los factores de forma más comunes son: ATX, Micro-ATX, Mini-ITX y E-ATX.

Tecnologías Multi-GPU

SLI (NVIDIA) / CrossFire (AMD): Tecnologías que permiten utilizar varias tarjetas gráficas simultáneamente.

Chipset: Northbridge y Southbridge

• Northbridge: Controla la comunicación entre la CPU, la memoria RAM y la tarjeta gráfica (GPU).
• Southbridge: Controla los puertos de entrada/salida, los discos y los periféricos.

Tipos de Zócalos y Ranuras de la Placa Base

• Zócalos de Memoria RAM: El chipset de la placa determina la cantidad, el tipo y la frecuencia de memoria RAM que se puede instalar. Esta información, junto con los fabricantes recomendados y el orden de ubicación de los módulos, se encuentra en el manual de la placa.
• Zócalos del Procesador (CPU Socket): Cada generación de procesador utiliza zócalos específicos. Se clasifican según la forma de insertar el microprocesador, siendo una estrategia clave para la adaptación a nuevas tecnologías.
• Ranuras de Expansión (Tarjetas): Permiten conectar tarjetas de expansión que realizan funciones de control de dispositivos periféricos adicionales, como monitores (tarjetas gráficas), impresoras o unidades de disco.

Sockets Actuales

Ranuras PCI Express

Las ranuras PCI Express (x1, x2, x4, x8, x16) son ranuras de expansión que varían en velocidad y tamaño. La ranura x16 es la más utilizada para tarjetas gráficas de alto rendimiento.

BIOS y Gestión de Configuración

• Pila de la Placa Base (Modelo Típico CR2032): Mantiene la hora y la configuración básica del sistema (CMOS/BIOS) cuando el equipo está apagado.
• CPM (Control de Potencia o Power Management): Chip encargado de gestionar la energía del sistema.
• BIOS (Basic Input/Output System): Programa básico almacenado en la placa que inicializa el hardware y carga el sistema operativo.

Puertos de Video y E/S

• Conectores de Video:
  • VGA: Analógico.
  • DVI: Digital/Analógico.
  • HDMI: Digital (transmite audio y video).
• USB 3.0: Se distingue por su mayor velocidad de transferencia y, típicamente, por el color azul de su conector.
• Sistema Básico de Entrada/Salida (E/S o I/O): Conjunto de puertos que facilitan la comunicación entre el PC y los periféricos.