El computador: Introducción y estructura interna

Hola, en esta entrada me gustaría explicar a más profundidad y actualizar una entrada sobre las partes del computador que subí hace 6 años así que vamos.

Introducción

Primero hay que definir que es un computador, sí googleamos la definición de computadora nos encontraremos algo como "Máquina electrónica capaz de almacenar información y tratarla automáticamente mediante operaciones matemáticas y lógicas controladas por programas informáticos" y no le falta razón, una computadora no es sólo esas torre que para gente no muy relacionada con el tema puede ser hasta "mágica" si no, que tanto nuestro celular desde las famosas "panelas" hasta celulares más potentes que mi computador de mesa, nuestro smartTV, portátil, servidores, las torres inmensas que la NASA usaba hace muchos años sólo para sus cálculos matemáticos, placas de desarrollo como el arduino y la raspberry pi, etc.

Pero antes de analizar las partes de un computador actual veamos primero unos términos esenciales que voy a estar usando.

Terminología

Hardware:

Es la parte física del computador como el monitor, la board, los chips, etc.

Software:

Es la parte digital del computador y a diferencia del hardware no lo podemos ver ni tocar como los programas informáticos.

Sistema operativo:

El sistema operativo o SO es un conjunto de programas esenciales que brinda y gestiona recursos al usuario y demás software. Algunos SO populares son Windows, MacOS, Ubuntu, Windows mobile IOS, Android, etc.

Bit:

Un bit o dígito binario es literalmente un 1 o 0; verdadero o falso; si o no; arriba o abajo; mojado o seco, etc. Es de lo que se conforman los datos que usa un computador, nosotros usamos una lista de 10 símbolos para expresar números (Sistema decimal) pero el computador al ser digital sólo usa 2 estados (Hay energía eléctrica o no) que encaja perfectamente con el sistema binario.

Byte:

El byte es una unidad de información formada por 8 bits (Puede tener valores desde 0 hasta 255 en binario).

NOTA: Los múltiplos y submúltiplos del byte son potencias de base 2 y no base 10 como estamos acostumbrados. Por ejemplo, un kilómetro contiene 1000 metros que es el cubo de 10 (10 ^ 3 = 1000) pero un kilobyte contiene 1024 bytes que es 2 a la décima potencia (2  ^ 10 = 1024) así que un kilobyte tiene aproximadamente mil bytes y así en adelante.

Palabra:

La palabra es una unidad definida por el hardware y es la cantidad de bits que se usan en el procesamiento de datos o el tamaño de los buses de datos, estos son generalmente múltiplos de 2 bytes (4, 8, 16, 32, 64 y así en adelante). Cuando decimos que mi computador es de 64 bits es que cada palabra está formada por 64 unos o ceros. Por ejemplo, en un sistema de 8 bits el número 12 está representado por la palabra 00001100.

Buses:

Los buses son el medio por el cual los componentes se pasan información entre sí y están formados por pistas de cobre o cables.

Operaciones:

Las operaciones son las acciones que realiza algún componente como hacer una operación matemática o lógica o escribir o leer algo en memoria y son controladas por un reloj que se dedica a mandar un pulso eléctrico cada cierto tiempo para dar la orden de hacer una operación y la frecuencia del reloj se mide en Hertz (Cantidad de veces en un segundo). Por ejemplo, mi procesador tiene una frecuencia base de 2,93GHz y significa que mi procesador hace dos mil novecientos treinta millones de operaciones por segundo (2.930.000.000 Hz) 😱. 

Estructura interna del computador

Ahora sí estamos preparados para ver los componentes de un computador reciente.

Board:

La board es una placa de circuito impreso donde se montan los componentes del computador.

Motherboard Gigabyte GA-H55M-S2.

Puertos:

Son las interfaces donde podemos transmitir datos como los puertos USB (Son universales y los puedes usar para conectar de todo), VGA (Transmiten vídeo), Jacks 3mm (Transmiten audio), PCI (Se usan para conectar periféricos como tarjetas de red, GPUs, etc.), SATA (Se usan para transferencia de datos), RJ45 (Se usa para conectarte a una red vía ethernet), etc.

Chipset:

Son un conjunto de chips que permiten la comunicación entre los distintos componentes del computador. En la board de arriba el chipset es el H55 de intel y el chip llamado puente norte (Chip que coordina la comunicación del puerto PCI Express, el procesador y la memoria RAM) se encuentra bajo el disipador que dice "GYGABYTE".

Fuente de alimentación:

Este componente se encarga de transformar esa onda senoidal a muy alto voltaje (Corriente alterna) a una línea constante con voltajes fijos (-12V, -5V, 3,3V, 5V y 12V) para que las partes de nuestro computador se abastezcan de manera correcta y segura de energía para que puedan funcionar.

Memoria de acceso aleatorio (RAM):

Es una memoria con una velocidad de escritura y lectura muy alta pero es volátil (Almacena información cuando está alimentada pero apenas se desconecta la alimentación "apaga el computador" todo el contenido de la memoria se borra) y por esta razón no es usada para almacenar datos a largo plazo si no que es usada para guardar los programas en ejecución e información necesaria para que estos funcionen bien.

Memoria no volátil:

Son memorias dónde podemos guardar información permanente pero son muy lentas comparadas con la memoria RAM, Alguna de estas son:

Memoria Flash:

Son memorias más avanzadas que las EEPROM logrando mayores velocidades y capacidad de almacenamiento. Son usadas en las memorias USB, SD, microSD, SSD, en dispositivos portátiles cómo cámaras, grabadoras de audio, celulares, tablets, etc.

HDD:

HDD o como las llamamos en español: unidad de disco duro son dispositivos de almacenamiento que escriben la información de manera magnética en discos que giran a gran velocidad. Son muy resistentes pero lentos comparados con las memorias flash.

SDD :

SSD o unidades de estado sólido son dispositivos de almacenamiento de datos que usan memorias flash. Los SSDs al usar memorias flash son mucho más rápidos que los HDDs pero su costo es mayor y su vida útil es menor ya que la memoria flash tiene un número de lecturas y escrituras, luego de sobrepasado ese número puede pasar de todo como una pérdida total de datos. 

También entran otras cómo los CDs, DVDs, disquetes, memoria ROM, EPROM, EEPROM, etc.

Unidad central de procesamiento (CPU):

Ahora hablemos sobre unidades de procesamiento, entre ellos encontramos a dos personajes, los microprocesadores y microcontroladores, pero antes de diferenciarlos veamos unos cuantos bloques esenciales de ellos: 

ALU:

La ALU o Unidad aritmética lógica es un circuito que se encarga de ejecutar las operaciones aritméticas como suma o resta y lógicas como Y, O, NO.

EPROM:

EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) es una memoria ROM (Read-Only Memory, una memoria que solamente podía ser leída pero no puede borrada o modificada) que se puede borrar y posteriormente re-escribir iluminando el chip con luz UV (Ultravioleta). Luego se crearon las EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) que es una EPROM que se puede borrar con electricidad. 

Caché:

Esta es una pequeña memoria que está entre la CPU y la memoria RAM  y es más rápida que esta última de modo que ahí la CPU guarda información que va a usar más adelante o de manera muy seguida, así ahorra tiempo al no guardar y pedirle esa información a la memoria RAM.

Periféricos I/O:

Son interfaces que podemos usar para que el microcontrolador pueda interactuar con el exterior. Como su nombre lo indica se pueden usar tanto como para ingresar información como para extraer información (Input/Output o en español Entrada/Salida). Un ejemplo de estos periféricos son las salidas de vídeo y audio, los pines del arduino o de una raspberry pi.

Ahora si podemos definir qué es un microprocesador y un microcontrolador:

Microcontrolador:

Un microcontrolador es un chip que contiene dentro de sí todos los componentes para funcionar por sí sólo (ALU, Memoria RAM y ROM y Periféricos I/O). Suelen ser bastante baratos y sirven para tareas básicas y que no manejen un elevado volumen de información.

Microcontrolador ATmega328p, usado en las placas de desarrollo Arduino UNO.

Microprocesador:

El microprocesador consiste en un chip pero que sólo contiene ALUs, memoria caché y componentes necesarios como unidades de control para que estas funcionen, por lo que es necesario conectarle la memoria RAM y no tiene periféricos. Estos chips suelen ser más costosos que los microcontroladores pero pueden soportar un volumen de datos muy alto.

Microprocesador Ryzen 7 1800x, usados en computadoras de escritorio.

Unidad de procesamiento gráfico (GPU):

Son procesadores de datos que se especializan en las operaciones de punto flotante (números decimales) necesarios para el procesamiento de gráficos de modo que se aligera la carga que debe soportar la CPU al no tener que dedicarse a estos cálculos que le cuestan tanto. Sus aplicaciones están desde cálculos matemáticos de punto flotante, renderización de gráficos, inteligencia artificial, la cartografía y demás tareas que requieran más de una tarea a la vez.

GPU de la tarjeta gráfica NVIDIA Geforce 6600 GT.

Diferencias entre CPU y GPU

Diferencias entre CPU y GPU por Nvidia.

Como podemos ver en la imagen la CPU tiene pocas unidades de procesamiento pero estas son muy avanzadas de modo que son muy buenas centrándose en una sola tarea a la vez, en cambio la GPU tiene muchas unidades de procesamiento pero estos son simples de modo que son especialistas en resolver problemas separandolos en muchas tareas simples.

Estás son las partes de un computador y si nos fijamos estamos rodeados de ellos y no sabíamos, espero que esta entrada les haya sido de ayuda y cualquier sugerencia inquietud o error que haya cometido comentenlo de modo que cada vez vayamos mejorando, Gracias.