Arquitectura del hardware

 ARQUITECTURA DEL HARDWARE:

Un computador desde la perspectiva del hardware, está constituido por una serie de dispositivos cada uno con un conjunto de tareas definidas. Los dispositivos de un computador se dividen según la tarea que realizan en: dispositivos de entrada, salida, almacenamiento y comunicación.

Dispositivos de entrada: Son aquellos que permiten el ingreso de datos a un computador. Entre estos se cuentan, los teclados, ratones, scaners, micrófonos, cámaras fotográficas, cámaras de video, game pads y guantes de realidad virtual.

Dispositivos de salida: Son aquellos que permiten mostrar información procesada por el computador. Entre otros están, las pantallas de video, impresoras, audífonos, plotters, guantes de realidad virtual, gafas y cascos virtuales.

Dispositivos de almacenamiento: Son aquellos de los cuales el computador puede guardar información nueva y/o obtener información previamente almacenada. Entre otros están los discos flexibles (Ya Obsoletos), discos duros, CD-ROM, CD-ROM de re-escritura y DVD.

Dispositivos de comunicación: Son aquellos que le permiten a un computador comunicarse con otros. Entre estos se cuentan los módems, tarjetas de red y enrutadores.

Además de diferentes dispositivos y unidades que permiten realizar diferentes actividades como cálculos, arrancar una aplicación o simplemente abrir una carpeta.

Diagramas de bloques

    DIAGRAMA DE BLOQUES

 

Un diagrama de bloques de procesos de producción.

El diagrama de bloques es la representación gráfica del funcionamiento interno de un sistema, que se hace mediante bloques y sus relaciones, y que, además, definen la organización de todo el proceso interno, sus entradas y sus salidas.

Un diagrama de bloques de procesos de producción es un diagrama utilizado para indicar la manera en la que se elabora cierto producto alimenticio, especificando la materia prima, la cantidad de procesos y la forma en la que se presenta el producto terminado.

Un diagrama de bloques de modelo matemático es el utilizado para representar el control de sistemas físicos (o reales) mediante un modelo matemático, en el cual, intervienen gran cantidad de variables que se relacionan en todo el proceso de producción. El modelo matemático que representa un sistema físico de alguna complejidad conlleva a la abstracción entre la relación de cada una de sus partes, y que conducen a la pérdida del concepto global. En ingeniería de control, se han desarrollado una representación gráfica de las partes de un sistema y sus interacciones. Luego de la representación gráfica del modelo matemático, se puede encontrar la relación entre la entrada y la salida del proceso del sistema.

Tipos

• Diagrama de bloques de procesos de producción
• Diagrama de bloques de modelo matemático

Elaboración

El primer bloque especifica la materia prima de la que proviene el producto. Los siguientes bloques son procesos escritos de manera infinitiva y llevan siempre o una indicación de proceso (izquierda) y gastos másicos (derecha)

• Las indicaciones de proceso son variantes del tipo físicas que se deben considerar para que el producto sea de elaboración adecuada. Cada país tiene sus propios estándares para elaborar productos. Las indicaciones de proceso son básicamente la temperatura, la presión y los tiempos de reposo.
• Los gastos másicos son adicciones de ciertas sustancias ajenas a la materia prima auxiliares a un proceso.

Conectores

1.    CONECTORES:

 Los conectores son interfaces para conectar dispositivos mediante cables. Existen gran variedad de conectores, entre estos están:

PUERTOS CONECTORES.

·         CONECTOR DB9 PARA PUERTO SERIE (RS232): Este conector para puerto serie aún se utiliza para muchos periféricos aunque poco a poco se está viendo desplazado por la interfaz USB.

                                              

·         CONECTOR DB25 PARA PUERTO SERIE (RS232): Este conector para puerto serie aún se utiliza para muchos periféricos aunque poco a poco se está viendo desplazado por la interfaz USB.

·        CONECTOR DB25 PARA PUERTO PARALELO: Muy utilizado sobre todo con las impresoras matriciales y las primeras de chorro de tinta el conector DB25 también conocido como CENTRONICS. Alberga tres buses de datos: Señalización desde el PC, respuestas y señales desde la impresora y los 8 bits de datos.

·         CONECTOR DB15 PARA JOYSTICK: Se incluye porque aún existen muchos PC que disponen de esta conexión ya sea en la placa base o motherboard o incluido en la tarjeta.

·         CONECTOR DB15 VGA: Este conector se utiliza para conducir la señal de vídeo VGA desde la tarjeta gráfica en el PC hasta el monitor. Actualmente está siendo reemplazado por los conectores DVI, especialmente en monitores LCD en dónde la señal de vídeo se transmite de forma digital.

·         CONECTOR RJ-45 ETHERNET: El conector RJ-45 se utiliza para cablear redes Ethernet desde las estaciones de trabajo o PCs hacia el router o switch local.

·         CABLES PARA REDES ETHERNET­: Existen dos tipos de cable Ethernet. Uno se utiliza normalmente para conectar el PC con un router o switch (normal) y otro (cruzado) que su función es conectar el PC con un HUB o concentrador.

·         CONECTOR PS/2: Se utiliza para enchufar el Teclado y el Ratone a los PC, aunque cada vez es más frecuente que se emplee en su lugar una conexión por puerto USB.

·         CONECTOR USB: El conector USB se corresponde con el bus serie más utilizado en la actualidad, pudiéndose conectar al mismo cámaras de fotos, discos duros externos, cámaras web, escáneres, etc.

CABLES CONECTORES

·         FAJA FDD O DE DISQUETERA: Es el cable o faja que conecta la disquetera con la placa base. Es un cable de 34 hilos con dos o tres terminales de 34 pines.

·         FAJA IDE DE 40 HILOS:

Las fajas de 40 hilos son también llamadas Faja ATA 33/66, en referencia a la velocidad de transferencia que pueden soportar, su longitud máxima no debe exceder los 46cm.

Este tipo de faja no sirve para los discos IDE modernos, de 100Mbps o de 133Mbps, pero si se pueden utilizar tanto el lectoras como en re grabadoras de CD / DVD.

·         FAJA IDE DE 80 HILOS:

Los cables IDE80, son los utilizados para conectar dispositivos P-ATA a los puertos IDE de la placa base.

Esto se debe a que llevan 40 hilos de datos o tensión y 40 hilos de masa. Estos últimos tienen la finalidad de evitar interferencias entre los hilos de datos, por lo que permiten una mayor velocidad de transmisión.

A diferencia de las fajas de 40 hilos, en las que es indiferente el orden de conexión maestro / esclavo, en las fajas de 80 hilos estas deben estar en un orden establecido, estando este orden determinado por el color de los conectores, que suele ser:

Azul.- En un extremo, al IDE de la placa base.

Gris.- En el centro, al dispositivo esclavo.

Negro.- En el otro extremo, al dispositivo Máster.

Estas fajas se pueden utilizar también sin problemas para conectar lectoras y re grabadoras de CD / DVD o en discos duros ATA 33 o ATA 66.

·         CABLE SATA:

Las unidades SATA (discos duros, re grabadoras de DVD...) utilizan un tipo específico de cable de datos.

Estos cables de datos están más protegidos que las fajas IDE y tienen menos contactos.

Los cables de masa corresponden a los contactos 1, 4 y 7, el par 2 y 3 corresponde a transmisión Positiva y transmisión Negativa y el par 5 y 6 a recepción Negativa y recepción Positiva.

Este tipo de cables soporta unas velocidades muchísimo más altas que los IDE (actualmente hasta 3Gbps en los SATA2), así como unas longitudes bastante mayores (de hasta 2 metros). Las conexiones SATA son conexiones punto a punto, por lo que se necesita un cable por cada dispositivo.

·         CABLES UTP (RJ-45):

Son los utilizados para las conexiones de red, ya sea interna o para Internet mediante un router.

Pueden ser planos (cuando los dos conectores tienen los mismos códigos de colores en el cableado) o cruzados.

Puede ser de varios tipos y categorías, siendo el más empleado el de categoría 5 (C5). Tiene en su interior 4 pares de cables trenzados y diferenciados por colores blanco naranja, naranja, blanco verde, Azul, blanco azul, verde, blanco marrón y marrón (como se muestra en la grafica)

·         CONECTORES DE GRÁFICA: 

 Los cables conectores de gráfica son los que unen la salida de la tarjeta gráfica con el monitor, estos cables pueden ser de dos tipos, los tradicionales VGA de 15 pines o los nuevos digitales DVI. 
En la actualidad las tarjetas gráficas de gama alta suelen traer solo conectores DVI, pero existen adaptadores DVI-VGA. 

CONECTORES ELÉCTRICOS: 

En nuestro PC encontramos una serie de conectores eléctricos, encargados de suministrar energía a los diferentes componentes. 

Todos estos conectores provienen de la fuente de alimentación, y son los siguientes: 

·         Conector ATX:

Es el conector encargado de suministrar alimentación a la placa base y a los componentes que se alimentan a través de ella. 

En el siguiente esquema podemos ver el esquema de los conectores de 20 pines y de 24 pines. En el recuadro azul los correspondientes a los conectores ATX de 20 pines y en el recuadro rojo los 4 pines extra. Normalmente estos 4 pines se pueden desmontar para utilizar una fuente ATX 2.2 en una placa con conector de 20 pines. 

·         MOLEX DE ALIMENTACIÓN:

Se conocen como Molex a los conectores de alimentación utilizados para los dispositivos IDE. 

Estos molex pueden ser de dos tamaños, pero la distribución en todos los casos es la misma: 
Rojo - Alimentación 12 v. 
Negro - Masa (GND). 
Negro - Masa (GND). 
Amarillo - Alimentación 5 v. 

RANURAS DE EXPANSION:

La ranura de expansión es un tipo de zócalo donde se insertan tarjetas de expansión.

TIPOS DE RANURAS DE EXPANSIÓN

Hay diferentes tipos de ranuras de expansión para diferentes tipos de placas. En las PCs las ranuras más comunes son AGP y PCI y sus variantes. También fueron muy usadas las ISA en las PCs.

Los tipos de ranuras o slots de expansión son:

·         ISA: Las ranuras ISA (Industry Standard Architecture) ranuras de expansión de 8bits que funcionan a 4.77Mhz. Es un slot de 62 contactos (31 por cada lado) y 8.5cm de longitud.

·         RANURAS VESA:

El bus VESA (Video Electronics Standards Association) es un tipo de bus de datos, utilizado sobre todo en equipos diseñados para el procesador Intel 80486. Permite por primera vez conectar directamente la tarjeta gráfica al procesador.

·         RANURAS PCI:

Las ranuras PCI tienen una longitud de 8.5cm, igual que las ISA de 8bits, con unos contactos bastante más finos, pero con un número superior de contactos (120)

Las principales versiones de este bus (y por lo tanto de sus respectivas ranuras) son:

- PCI 1.0: Primera versión del bus PCI. Se trata de un bus de 32bits a 16Mhz.

- PCI 2.0: Primera versión estandarizada y comercial. Bus de 32bits, a 33MHz

- PCI 2.1: Bus de 32bist, a 66Mhz y señal de 3.3 voltios

- PCI 2.2: Bus de 32bits, a 66Mhz, requiriendo 3.3 voltios. Transferencia de hasta 533MB/s

- PCI 2.3: Bus de 32bits, a 66Mhz. Permite el uso de 3.3 voltios y señalizador universal, pero no soporta señal de 5 voltios en las tarjetas.

- PCI 3.0: Es el estándar definitivo, ya sin soporte para 5 voltios.

·         RANURAS AGP:

El puerto AGP (Accelerated Graphics Port) es un puerto gráfico de altas prestaciones. Sus especificaciones parten de las del bus PCI 2.1, tratándose de un bus de 32bits.

Con el tiempo has salido las siguientes versiones:

- AGP 1X: velocidad 66 MHz con una tasa de transferencia de 266 MB/s y funcionando a un voltaje de 3,3V.

- AGP 2X: velocidad 133 MHz con una tasa de transferencia de 532 MB/s y funcionando a un voltaje de 3,3V.

- AGP 4X: velocidad 266 MHz con una tasa de transferencia de 1 GB/s y funcionando a un voltaje de 3,3 o 1,5V para adaptarse a los diseños de las tarjetas gráficas.

- AGP 8X: velocidad 533 MHz con una tasa de transferencia de 2 GB/s y funcionando a un voltaje de 0,7V o 1,5V.

Se utiliza exclusivamente para tarjetas gráficas y por su arquitectura sólo puede haber una ranura AGP en la placa base.

Se trata de una ranura de 8cm de longitud, instalada normalmente en principio de las ranuras

SOCKETS

·         PGA:

 Es un conector cuadrado, la cual tiene orificios muy pequeños en donde encajan los pines cuando se coloca el microprocesador a presión.

·         ZIF (Zero Insertion Force – Cero fuerza de inserción): Eléctricamente es como un PGA, la diferencia es que posee un sistema mecánico que permite introducir el chip sin necesidad de presión alguna, eliminando la posibilidad de dañarlo, tanto al introducirlo como extraerlo.

·         Socket 7: variante del Socket 7 que se caracteriza por poder usar velocidades de bus de hasta 100 MHz, que es el que utilizan los chips AMD K6-2.

·          Socket 370 ó PGA 370: físicamente similar al anterior, pero incompatible con él por utilizar un bus distinto.

·         Socket A: utilizado únicamente por algunos AMD K7 Athlon y por los AMD Duron.

·         Slot 1: Es un nuevo medio de montaje para chips. Físicamente muy distinto al anterior. Es una ranura muy similar a un conector PCI o ISA que tiene los contactos o conectores en forma de peine.

·         Slot A: La versión de AMD contra el Slot 1; físicamente ambos "slots" son iguales, pero son incompatibles

Componentes electrónicos: Métodos de análisis y operaciones básicas de matemáticas y físicas.

COMPONENTES ELECTRÓNICOS: MÉTODOS DE ANÁLISIS Y OPERACIONES BÁSICAS DE   MATEMÁTICAS Y FÍSICAS.

Propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina según la llamada ley de Ohm cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado. La unidad de resistencia es el ohmio, que es la resistencia de un conductor si es recorrido por una corriente de un amperio cuando se le aplica una tensión de 1 voltio. La abreviatura habitual para la resistencia eléctrica es R, y el símbolo del ohmio es la letra griega omega, Ω. En algunos cálculos eléctricos se emplea el inverso de la resistencia, 1/R, que se denomina conductancia y se representa por G. La unidad de conductancia es siemens, cuyo símbolo es S. Aún puede encontrarse en ciertas obras la denominación antigua de esta unidad, mho.

RESISTENCIAS

CONDENSADOR

El condensador es uno de los componentes más utilizados en los circuitos eléctricos.

Un condensador es un componente pasivo que presenta la cualidad de almacenar energía eléctrica. Está formado por dos laminas de material conductor (metal) que se encuentran separados por un material dieléctrico (material aislante). En un condensador simple, cualquiera sea su aspecto exterior, dispondrá de dos terminales, los cuales a su vez están conectados a las dos laminas conductoras.

  

Condensador no polarizado Condensador variable

 REÓSTATOS

Son resistencias bobinadas variables dispuestas de tal forma que pueda variar el valor de la resistencia del circuito en que está instalada, como ya sabemos, son capaces de aguantar más corriente. . A las resistencias variables se le llaman reóstatos o potenciómetros, con un brazo de contacto deslizante y ajustable, suelen utilizarse para controlar el volumen de radios y televisiones.

 TRANSFORMADOR

Dispositivo eléctrico que consta de una bobina de cable situada junto a una o varias bobinas más, y que se utiliza para unir dos o más circuitos de corriente alterna (CA) aprovechando el efecto de inducción entre las bobinas. La bobina conectada a la fuente de energía se llama bobina primaria. Las demás bobinas reciben el nombre de bobinas secundarias. Un transformador cuyo voltaje secundario sea superior al primario se llama transformador elevador. Si el voltaje secundario es inferior al primario este dispositivo recibe el nombre de transformador reductor. El producto de intensidad de corriente por voltaje es constante en cada juego de bobinas, de forma que en un transformador elevador el aumento de voltaje de la bobina secundaria viene acompañado por la correspondiente disminución de corriente. La cantidad de terminales varía según cuantos bobinados y tomas tenga. Como mínimo son tres para el auto- transformadores y cuatro en adelante para los transformadores. No tienen polaridad aunque si orientación magnética de los bobinados.

  

TRANSFORMADOR NÚCLEO DE AIRE TRANSFORMADOR

DIODO

Componente electrónico que permite el paso de la corriente en un solo sentido. Los primeros dispositivos de este tipo fueron los diodos de tubo de vacío, que consistían en un receptáculo de vidrio o de acero al vacío que contenía dos electrodos: un cátodo y un ánodo. Ya que los electrones pueden fluir en un solo sentido, desde el cátodo hacia el ánodo, el diodo de tubo de vacío se podía utilizar en la rectificación. Los diodos más empleados en los circuitos electrónicos actuales son los diodos fabricados con material semiconductor. El más sencillo, el diodo con punto de contacto de germanio, se creó en los primeros días de la radio, cuando la señal radiofónica se detectaba mediante un cristal de germanio y un cable fino terminado en punta y apoyado sobre él. En los diodos de germanio (o de silicio) modernos, el cable y una minúscula placa de cristal van montados dentro de un pequeño tubo de vidrio y conectados a dos cables que se sueldan a los extremos del tubo.

  

Diodo rectificador Diodo emisor de luz (LED)

BOBINA

Las bobinas (también llamadas inductores) consisten en un hilo conductor enrollado. Al pasar una corriente a través de la bobina, alrededor de la misma se crea un campo magnético que tiende a oponerse a los cambios bruscos de la intensidad de la corriente. Al igual que un condensador, una bobina puede utilizarse para diferenciar entre señales rápida y lentamente cambiantes (altas y bajas frecuencias). Al utilizar una bobina conjuntamente con un condensador, la tensión de la bobina alcanza un valor máximo a una frecuencia específica que depende de la capacitancia y de la inductancia. Este principio se emplea en los receptores de radio al seleccionar una frecuencia específica mediante un condensador variable.

  

BOBINAS

PILA (Acumulador, Batería)

Dispositivo que convierte la energía química en eléctrica. Todas las pilas consisten en un electrolito (que puede ser líquido, sólido o en pasta), un electrodo positivo y un electrodo negativo. El electrolito es un conductor iónico; uno de los electrodos produce electrones y el otro electrodo los recibe. Al conectar los electrodos al circuito que hay que alimentar, se produce una corriente eléctrica.

Las pilas en las que el producto químico no puede volver a su forma original una vez que la energía química se ha transformado en energía eléctrica (es decir, cuando las pilas se han descargado), se llaman pilas primarias o voltaicas. Las pilas secundarias o acumuladores son aquellas pilas reversibles en las que el producto químico que al reaccionar en los electrodos produce energía eléctrica, puede ser reconstituido pasando una corriente eléctrica a través de él en sentido opuesto a la operación normal de la pila.

PILA-ACUMULADOR-BATERÍA

FUSIBLE

Dispositivo de seguridad utilizado para proteger un circuito eléctrico de un exceso de corriente. Su componente esencial es, habitualmente, un hilo o una banda de metal que se derrite a una determinada temperatura. El fusible está diseñado para que la banda de metal pueda colocarse fácilmente en el circuito eléctrico. Si la corriente del circuito excede un valor predeterminado, el metal fusible se derrite y se rompe o abre el circuito. Los dispositivos utilizados para detonar explosivos también se llaman fusibles.

Un fusible cilíndrico está formado por una banda de metal fusible encerrada en un cilindro de cerámica o de fibra. Unos bornes de metal ajustados a los extremos del fusible hacen contacto con la banda de metal. Este tipo de fusible se coloca en un circuito eléctrico de modo que la corriente fluya a través de la banda metálica para que el circuito se complete. Si se da un exceso de corriente en el circuito, la conexión de metal se calienta hasta su punto defusión y se rompe. Esto abre el circuito, detiene el paso de la corriente y, de ese modo, protege al circuito.

  

FUSIBLES

RELÉ

Conmutador eléctrico especializado que permite controlar un dispositivo de gran potencia mediante un dispositivo de potencia mucho menor. Un relé está formado por un electroimán y unos contactos conmutadores mecánicos que son impulsados por el electroimán. Éste requiere una corriente de sólo unos cientos de miliamperios generada por una tensión de sólo unos voltios, mientras que los contactos pueden estar sometidos a una tensión de cientos de voltios y soportar el paso de decenas de amperios. Por tanto, el conmutador permite que una corriente y tensión pequeñas controlen una corriente y tensión mayores. Técnicamente un relé es un aparato electromecánico capaz de accionar uno o varios interruptores cuando es excitado por una corriente eléctrica.

  

Relé rápido Relé con doble bobinado

TRANSISTORES

Los transistores se componen de semiconductores. Se trata de materiales, como el silicio o el germanio, dopados (es decir, se les han incrustado pequeñas cantidades de materias extrañas), de manera que se produce un exceso o una carencia de electrones libres. En el primer caso, se dice que el semiconductor es del tipo n, y en el segundo, que es del tipo p. Combinando materiales del tipo n y del tipo p se puede producir un diodo. Cuando éste se conecta a una batería de manera tal que el material tipo p es positivo y el material tipo n es negativo, los electrones son repelidos desde el terminal negativo de la batería y pasan, sin ningún obstáculo, a la región p, que carece de electrones. Con la batería invertida, los electrones que llegan al material p pueden pasar sólo con muchas dificultades hacia el material n, que ya está lleno de electrones libres, en cuyo caso la corriente es prácticamente cero.

  

Transistor NPN Transistor PNP

CIRCUITOS INTEGRADOS

La mayoría de los circuitos integrados son pequeños trozos, o chips, de silicio, de entre 2 y 4 mm2, sobre los que se fabrican los transistores. La fotolitografía permite al diseñador crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones tipo n y p. Durante la fabricación, estas regiones son interconectadas mediante conductores minúsculos, a fin de producir circuitos especializados complejos. Estos circuitos integrados son llamados monolíticos por estar fabricados sobre un único cristal de silicio. Los chips requieren mucho menos espacio y potencia, y su fabricación es más barata que la de un circuito equivalente compuesto por transistores individuales.

(IC)Circuito integrado símbolo genérico

CONCLUSIÓN

Los componentes electrónicos han venido evolucionando a través del tiempo que cada día, mas pequeños y complejos son los circuitos eléctricos, esto se debe a que los componentes son elaborados con la finalidad de realizar diversas tareas dentro del circuito en el caso de los circuitos integrados su desarrollo ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con él con siguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad. Los relojes digitales, las computadoras portátiles y los juegos electrónicos son sistemas basados en microprocesadores. Otro avance importante es la digitalización de las señales de sonido, proceso en el cual la frecuencia y la amplitud de una señal de sonido se codifica digitalmente mediante técnicas de muestreo adecuadas, es decir, técnicas para medir la amplitud de la señal a intervalos muy cortos. La música grabada de forma digital, como la de los discos compactos, se caracteriza por una fidelidad que no era posible alcanzar con los métodos de grabación directa. De igual manera pasa con los transistores, ha reemplazado casi completamente al tubo de vacío en la mayoría de sus aplicaciones. Al incorporar un conjunto de materiales semiconductores y contactos eléctricos, el transistor permite las mismas funciones que el tubo de vacío, pero con un coste, peso y potencia más bajos, y una mayor fiabilidad.