Sistemas Digitales: Del Bit al Byte: Hardware, Software y Arquitecturas Modernas

Codificación de la Información

Codificación Binaria

La codificación de la información se realiza mediante dos dígitos: 0 y 1, por eso se conoce como codificación binaria. Esta codificación está basada en el sistema de numeración binario, que emplea los dígitos 0 y 1 para representar cualquier número. Este sistema de numeración es similar al del sistema arábigo o decimal.

Sistema de Numeración Decimal

El sistema de numeración que se utiliza habitualmente es el decimal o arábigo. Este utiliza 10 dígitos. El valor de cada dígito está asociado al de una potencia de base 10.

Sistema de Numeración Binario

El sistema de numeración binario utiliza tan solo dos dígitos, 0 y 1, que tienen distinto valor dependiendo de la posición que ocupan, determinado por una potencia de base 2.

Código ASCII

Todos los caracteres deben disponer de su correspondiente codificación binaria, lo que da lugar al denominado código de caracteres. Existen distintos códigos de caracteres, siendo el más utilizado el código ASCII. En este sistema, a cada carácter se le asigna un número decimal comprendido entre 0 y 255. Dependiendo del valor decimal otorgado a un carácter, su representación binaria estará constituida por un número variable de 0 y 1. Para no mezclar los dígitos, el ordenador completa la representación binaria de cada carácter a 8 dígitos con 0 a la izquierda (octeto).

Medidas de la Información

La unidad más pequeña de información en un ordenador corresponde a un dígito binario. A este dígito se le denomina bit.

Arquitectura de Ordenadores

Se denomina hardware al conjunto de dispositivos físicos que integran el ordenador. Se denomina software al conjunto de instrucciones que dirigen a los dispositivos componentes del ordenador para que realice las distintas tareas. El software y el hardware evolucionan rápidamente. La evolución del hardware está orientada a conseguir máquinas cada vez más rápidas y que sean capaces de procesar y almacenar más cantidad de información. La evolución del software está orientada al desarrollo de nuevas aplicaciones o programas.

Arquitectura Básica

El hardware está constituido por:

• La unidad central de procesos (CPU), que se encarga de procesar los datos.
• La memoria, que almacena la información que se está procesando y los resultados.
• Los periféricos de entrada o salida, que permiten el intercambio de datos o información con el exterior.
• Los dispositivos de almacenamiento, que guardan la información permanentemente.
• Los buses, que son auténticos canales por donde circula la información.

Dispositivos con Arquitectura de Ordenador

Los dispositivos más utilizados hoy en día son: el teléfono móvil, los reproductores multimedia, las PDA, los navegadores GPS y las videoconsolas.

Teléfonos Móviles

Por debajo de todos los programas y aplicaciones que ofrecen los teléfonos móviles hay un sistema operativo. Entre ellos destacan Symbian, Windows Mobile o Linux. Gracias a estos sistemas operativos, es posible instalar distintas aplicaciones en los teléfonos.

Reproductores Multimedia

Con la aparición de la memoria flash, surgen nuevos dispositivos que aprovechan la posibilidad de almacenar gran cantidad de información. Los reproductores MP3 han incrementado sus prestaciones. Hay numerosos modelos de reproductores de distintas marcas comerciales. El que más destaca es el iPod, creado por Apple Computers, cuya capacidad de almacenamiento alcanza los 10, 15 o 30 GB.

PDA

Tipo de miniordenador parecida a una agenda electrónica con un hardware y un sistema operativo propios. Las más importantes son las Palm, cuyo sistema operativo es Palm OS, y las Pocket PC, que utilizan el sistema operativo Windows Mobile. Hay otro tipo de PDA: la Blackberry, que tiene un sistema operativo propio y, además, está orientada a la telefonía y a la recepción y envío de correos electrónicos.

Navegadores GPS

Sistema que permite determinar la posición de un objeto o de una persona en cualquier punto del mundo. Está basado en la utilización de 24 satélites. De los navegadores disponibles en el mercado, los más extendidos son los diferentes modelos de Navman y TomTom Navigator.

Videoconsolas

Son dispositivos cuyo objetivo principal es jugar a videojuegos. Las videoconsolas ofrecen nuevas utilidades, como reproducir CD y DVD. Entre la variedad de videoconsolas existentes en el mercado podemos destacar:

• Videoconsolas portátiles: Game Boy (de Nintendo), Nintendo DS y Sony PlayStation Portable (PSP).
• Videoconsolas no portátiles: Microsoft Xbox 360, Wii de Nintendo y Sony PlayStation 3.

Placa Base, Chipset y Microprocesador

La placa base, o placa madre, actúa como una plataforma. A ella se conectan directamente, o a través de ranuras de expansión, todos los demás componentes. En las ranuras de expansión se introducen otras placas menores, denominadas tarjetas de expansión. Los buses son canales por los que circula toda la información del ordenador, por lo que están presentes tanto en la placa base como en todos los dispositivos conectados al ordenador. El chipset es un conjunto de chips situados en la placa base. Es un elemento fundamental en el ordenador. Se encarga de tareas tan importantes como la gestión de los periféricos externos a través de los puertos de comunicación y de las ranuras de expansión. El microprocesador, o CPU, es el encargado de realizar todas las operaciones de procesamiento de datos, además de controlar el funcionamiento de todos los dispositivos del ordenador. Una CPU se compone de varias partes, que podrían resumirse en:

• La unidad de control, encargada de dirigir todas las operaciones con las instrucciones dadas por los programas.
• La unidad aritmético-lógica, que realiza todas las operaciones, tanto las aritméticas como las lógicas.

Memoria RAM (Random Access Memory)

Es una memoria de acceso aleatorio en la que se puede leer y escribir información. Es un componente imprescindible para el ordenador. Su función es tener preparadas las instrucciones y los datos para que la CPU pueda procesarlos, y en almacenar temporalmente el resultado de las operaciones realizadas por la CPU.

Módulos de memoria RAM

• Módulos SIMM: Estos módulos tenían 30 o 72 contactos. Su capacidad de almacenaje era baja.
• Módulos DIMM: Son más alargados y cuentan con 168 contactos. Su capacidad es elevada (128 MB).
• Módulos DDR: Son los más utilizados actualmente. Tienen 184 contactos. Su capacidad es elevada (256 MB - 1 GB).
• Módulos RIMM: Tienen el mismo número de contactos que los módulos DIMM, pero son específicos para las memorias RAM.

Memoria Caché

Es un tipo de memoria RAM mucho más rápida que la convencional. Su misión es almacenar información que la memoria caché dispondrá de las instrucciones o los datos que acaba de utilizar el microprocesador. Existen dos tipos de memoria caché: la denominada caché externa o de segundo nivel (L2) y la caché interna o de primer nivel (L1).

Memoria Virtual

Se la puede denominar con otro nombre: memoria de intercambio (swap en Linux). La memoria virtual es mucho más lenta que la memoria RAM.

Memoria ROM-BIOS

ROM es de solo lectura, no se puede escribir en ella. BIOS (Basic Input Output System) es imprescindible para la puesta en funcionamiento del ordenador. Cuando arranca el ordenador, la BIOS chequea los siguientes componentes: la CPU, la memoria RAM, el teclado y las unidades de disco. La información obtenida se compara con la almacenada en la memoria CMOS.

Memoria RAM CMOS

La RAM CMOS es una cantidad de memoria incorporada en un chip de la placa base cuya función es almacenar parte de la configuración de los periféricos no controlados ni chequeados por la BIOS.

Puertos de Comunicación

• Puertos serie: Transfieren la información de forma lenta, por lo que se utilizan para conectar el ratón u otros dispositivos que no necesiten transferir mucha información a la vez. La ventaja de estos puertos es que permiten conectar dispositivos que estén alejados de la CPU. Lo habitual es que haya dos puertos serie (COM1 y COM2).
• Puertos paralelos: Transfieren más cantidad de información que un puerto serie. La diferencia respecto a los puertos serie es que disponen de un número superior de canales internos destinados al bus de datos. Los cables de conexión no pueden ser muy largos por las interferencias que se crean en dichos canales. Un ordenador suele tener un solo puerto paralelo (LPT1).
• Puertos USB: Son puertos serie de gran velocidad de transferencia de información. Permiten conectar hasta 127 dispositivos en cadena. Los puertos USB han evolucionado desde el USB 1.0 o USB 1.1 hasta el USB 2.0.
• Puertos IEEE 1394, FireWire o i.LINK: Los puertos IEEE 1394 son un nuevo estándar con una velocidad de transferencia similar a los puertos USB 2.0. Suelen utilizarse para transferir vídeo.
• Puertos infrarrojos (IrDA): Los puertos IrDA permiten conectar dispositivos sin necesidad de hacerlo mediante ningún cable. Estos puertos se suelen utilizar para intercambiar información con PDA, teléfonos móviles, etc.

Tarjetas de Expansión

Ranuras de expansión y controladores

Para que los dispositivos conectados a una tarjeta de expansión puedan funcionar correctamente, tienen que realizarse dos operaciones básicas:

1. Conectar la tarjeta de expansión a un zócalo (ranura de expansión) libre que sea compatible con la tarjeta.
2. Configurar la propia tarjeta, acción que consiste en proporcionar al sistema operativo el conjunto de instrucciones, denominado driver, necesario para que pueda controlarla.

Dependiendo de la placa base, existirán varios tipos de zócalos, siendo los más frecuentes:

• ISA: Es el zócalo más antiguo, es largo y está dividido en dos partes.
• PCI: Es más corto que el ISA y ofrece más rapidez de transferencia. Posibilita la tecnología Plug & Play.
• AGP: Es específico para las tarjetas de vídeo. Ofrece velocidades muy superiores a la de los zócalos anteriores.

Dispositivos de Entrada

• Ratón: Permite transmitir información al ordenador, desplazándolo por una superficie para provocar el movimiento y pulsando sus botones para realizar ciertas acciones.
• Teclado: Es el modo más frecuente de introducir información en el ordenador.
• Lectores de códigos de barras: Son un conjunto de líneas verticales de color negro con distinto grosor. Suelen utilizarse en supermercados, almacenes, tiendas, etc. Un lector de códigos de barras es un dispositivo capaz de leer e identificar dicha secuencia de barras.
• Escáner: Es un dispositivo que permite introducir información desde documentos en papel: imágenes, dibujos, fotografías, e incluso caracteres (aunque para esto último debe disponer del sistema OCR).
• Joystick: Su aplicación principal son los juegos. Introduce en el ordenador los movimientos efectuados sobre su palanca y algunas órdenes mediante la pulsación de algún botón.
• Tabletas digitalizadoras: Se utilizan para realizar dibujos y gráficos con gran precisión. Son frecuentes en aplicaciones de dibujo, sobre todo en aquellas profesiones que necesiten realizar dibujos detallados.
• Lectores de bandas magnéticas: Son dispositivos capaces de leer la información grabada en dicha banda.
• Pantallas táctiles: Ofrecen la posibilidad de introducir información con solo situar un dedo en su superficie.
• Tablet PC: Constituyen la última evolución de los portátiles o de las PDA. Suelen tener una pantalla de 10" que sirve para introducir datos.
• Cámaras digitales: Permiten introducir tanto imágenes como vídeos.
• Micrófono: Puede utilizarse también como dispositivo de entrada. Permite el reconocimiento de la voz.

Dispositivos de Salida

• Monitores convencionales (CRT): Se basan en la utilización de un tubo de rayos catódicos que envía, desde el fondo hacia la pantalla, una corriente de electrones. Las imágenes están constituidas por un número determinado de puntos, los píxeles.
• Pantallas planas de cristal líquido (LCD): Estos monitores utilizan millones de celdas de cristal líquido que se polarizan y permiten el paso de determinados rayos, que componen la imagen en el monitor.
• Pantallas planas TFT: Constituidas por una matriz de millones de puntos. Cada punto es un transistor que actúa de forma independiente, y el conjunto de todos ellos forma una imagen de alta calidad.
• Monitores de plasma: Se trata también de monitores planos basados en la utilización de un gas (plasma) que, en cada uno de los puntos de la pantalla, adquiere el color, el brillo, etc., necesarios para conformar la imagen.
• Impresoras de margarita o matriciales: Basaban la impresión en el golpeo sobre la cinta impregnada de tinta, al tomar contacto con el papel.
• Impresoras térmicas: Basan su funcionamiento en el teñido del papel mediante un proceso térmico. Suelen ser impresiones de coste muy elevado.
• Impresoras láser: Utilizan una tecnología similar a la de las fotocopias. Son rápidas y permiten obtener resultados de alta calidad.
• Impresoras de chorro de tinta: Son las más utilizadas. Se trata de impresoras de color que obtienen la impresión por la inyección de tinta líquida a través de cabezales.
• Plotter: Dispositivos que se utilizan en las aplicaciones de diseño artístico por ordenador. Permiten imprimir planos, dibujos técnicos, mapas, etc.
• Microfilme COM (Computer Output in Microfilm): Esta técnica se suele utilizar en bancos y bibliotecas, ya que permite almacenar información en un espacio muy reducido.

Dispositivos de Almacenamiento

• Discos magnéticos: Guardan información en discos de naturaleza magnética. Antes de poder utilizarlos, han de ser formateados.
  • El disco flexible era el soporte de almacenamiento que se utilizaba para transportar información de un ordenador a otro. Los discos flexibles más utilizados eran los denominados discos de 3½”.
  • Hoy en día, el disco magnético más utilizado es el disco duro, también llamado disco fijo. También son frecuentes los discos duros extraíbles y los discos duros externos.
• Discos ópticos: La aparición de los discos ópticos (CD-ROM y DVD) provocó una revolución en los sistemas de almacenamiento. Todos estos discos usan tecnología óptica (láser).
  • CD-ROM: Contiene información que solo puede ser leída, por lo que se utiliza para almacenar información que no va a ser modificada de nuevo. La información se almacena en una sola cara. La superficie es de aluminio reflectante y recubierta por un material plástico que la protege.
  • DVD (Digital Video Disc): Son semejantes a los CD-ROM, pero con una capacidad mucho mayor.
  • Discos magneto-ópticos: Utilizan tecnología mixta: magnética y óptica. Permiten almacenar una gran cantidad de información mediante la tecnología óptica.
• Dispositivos de almacenamiento basados en memoria flash: Se utilizan para almacenar los datos de la BIOS. Suelen comercializarse con el nombre de pendrive. Suelen ir conectados a un puerto USB.