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HARDWARE DE UNA COMPUTADORA

El término hardware abarca todas las partes de una computadora que son objetos físicos tangibles. Todo lo siguiente es hardware: circuitos, chips de computadora, tarjetas de sonido, tarjetas gráficas, memoria (RAM), pantallas, placa base, fuentes de alimentación, cables, teclados, impresoras y dispositivos de entrada de "ratones".

Una computadora de propósito general tiene cuatro componentes principales: la unidad lógica aritmética (ALU), la unidad de control, la memoria y los dispositivos de entrada y salida (denominados colectivamente E / S). Estas partes están interconectadas por buses, a menudo formadas por grupos de cables. En el interior de cada una de estas partes hay entre miles y billones de pequeños circuitos eléctricos que se pueden apagar o encender mediante un interruptor electrónico. Cada circuito representa un bit (dígito binario) de información de modo que cuando el circuito está encendido representa un "1", y cuando está apagado representa un "0" (en representación lógica positiva). Los circuitos están dispuestos en puertas lógicas de manera que uno o algunos puedan controlar el estado de uno o algunos otros circuitos.

Dispositivos de entrada

Primeramente los datos no procesados ​​se envían a la computadora con la ayuda de dispositivos de entrada y despúes se procesan y se envían a los dispositivos de salida. Los dispositivos de entrada pueden ser manuales o automatizados. El acto de procesamiento está regulado principalmente por la CPU. Algunos ejemplos de dispositivos de entrada son:

Teclado

En informática, un teclado de ordenador es un dispositivo parecido a las máquinas de escribir con una disposición de botones o teclas para actuar como una palanca mecánica o un interruptor electrónico. Tras el declive de las tarjetas perforadas y la cinta de papel la interacción a través de teclados al estilo de los teletipos se convirtió en el principal dispositivo de entrada de los ordenadores.

Un teclado típico tiene caracteres grabados o impresos en las teclas (botones) y cada presión de una tecla generalmente corresponde a un solo símbolo escrito. Sin embargo, para producir algunos símbolos es necesario presionar y mantener varias teclas simultáneamente o en secuencia. Mientras que la mayoría de las teclas del teclado producen letras, números o signos (caracteres), otras teclas o pulsaciones simultáneas de teclas pueden producir acciones o ejecutar comandos de la computadora.

En su uso normal, el teclado se utiliza como una interfaz de entrada de texto para escribir texto y números en un procesador de texto, editor de texto u otros programas. En una computadora moderna, la interpretación de las pulsaciones de teclas generalmente se deja al software. Un teclado de computadora distingue cada tecla física de todas las demás e informa de todas las pulsaciones de tecla al software de control. Los teclados también se usan para juegos de ordenador, ya sea con teclados comunes o usando teclados con funciones de juegos especiales, que pueden agilizar las combinaciones de teclas utilizadas con frecuencia. También se usa un teclado para dar comandos al sistema operativo de una computadora, como la combinación Control-Alt-Suprimir de Windows, que abre la pantalla de opciones de salida del sistema.

Cámara digital

Una cámara digital es una cámara fotográfica que captura fotografías y las almacena en la memoria digital. La mayoría de las cámaras producidas en la actualidad son digitales, aunque todavía hay cámaras compactas en el mercado. El uso de cámaras digitales dedicadas está disminuyendo ya que están incorporadas en muchos dispositivos, desde dispositivos móviles hasta vehículos. Sin embargo, las cámaras dedicadas de alta definición, costosas y de alta gama como las reflex todavía son comúnmente utilizadas por los profesionales.

Las cámaras digitales y de películas comparten un sistema óptico, por lo general usan una lente con un diafragma variable para enfocar la luz en un dispositivo de captación de imágenes. El diafragma y el obturador admiten la cantidad correcta de luz en la cámara, al igual que con una película pero el dispositivo de captura de imagen es electrónico en lugar de químico. Sin embargo, a diferencia de las cámaras de película, las cámaras digitales pueden mostrar imágenes en una pantalla inmediatamente después de ser grabadas, y almacenar y eliminar imágenes de la memoria. Muchas cámaras digitales también pueden grabar videos en movimiento con sonido. Algunas cámaras digitales pueden recortar y unir imágenes y realizar otras ediciones de imágenes elementales.

Escáner de imágenes

Un escáner de imágenes es un dispositivo que escanea ópticamente imágenes, texto impreso, escritura a mano o un objeto y lo transforma en una imagen digital . Comúnmente utilizado en las oficinas son las variaciones del escáner plano de escritorio donde el documento se coloca en una ventana de vidrio para escanear. Los escáneres de mano, donde el dispositivo se mueve a mano, han evolucionado desde "varillas" de escaneo de texto a escáneres 3D utilizados para diseño industrial, ingeniería inversa, prueba y medición, ortopedia, juegos y otras aplicaciones.

Los escáneres modernos suelen usar un dispositivo de carga acoplada (CCD) o un sensor de imagen de contacto (CIS) como sensor de imagen, mientras que los escáneres de tambor, desarrollados anteriormente (aún utilizados para la calidad de imagen más alta posible), utilizan un tubo fotomultiplicador (PMT) como sensor de imagen. Un escáner rotativo, utilizado para el escaneo de documentos de alta velocidad, es un tipo de escáner de tambor que utiliza una matriz CCD en vez de un fotomultiplicador. Los escáneres planetarios sin contacto suelen fotografíar libros y documentos delicados. Todos estos escáneres producen imágenes bidimensionales de sujetos que suelen ser planos, pero a veces sólidos; Los escáneres 3D producen información sobre la estructura tridimensional de los objetos sólidos.

Las cámaras digitales pueden utilizarse para los mismos fines que los escáneres dedicados. Comparado con un escáner real, una imagen de la cámara está sujeta a un grado de distorsión, reflejos, sombras, bajo contraste y desenfoque debido al movimiento de la cámara (reducido en cámaras con estabilización de imagen). La resolución es suficiente para aplicaciones menos exigentes. Las cámaras digitales ofrecen ventajas de velocidad, portabilidad y digitalización ya que no contactan con documentos gruesos y no dañan la columna vertebral de los mismos. A partir de 2010, las tecnologías de escaneo combinaban escáneres 3D con cámaras digitales para crear modelos tridimensionales de objetos en color y fotorrealistas.

Tableta gráfica

La tableta gráfica es un dispositivo de entrada de computadora que permite al usuario dibujar a mano imágenes, animaciones y gráficos con un lápiz óptico especial, muy parecido a la forma en que una persona dibuja las imágenes con un lápiz y papel. Estas tabletas también se pueden utilizar para capturar datos o firmas manuscritas.

El dispositivo tiene superficie plana sobre la cual el usuario puede "dibujar" o trazar una imagen usando el lápiz óptico adjunto, un aparato de dibujo parecido a un bolígrafo. La imagen se muestra en el monitor de la computadora, aunque algunas tabletas gráficas ahora también incorporan una pantalla LCD para una experiencia y usabilidad más realista o natural.

Algunas tabletas se crearon para reemplazar al mouse de la computadora como principal dispositivo de navegación y apuntamiento para computadoras de escritorio.

Micrófono

Un micrófono es un transductor que convierte el sonido en una señal eléctrica. Por lo general, está conectado a un preamplificador antes de que la señal pueda grabarse o reproducirse.

Los micrófonos se utilizan en muchas aplicaciones como teléfonos, audífonos, sistemas de megafonía para salas de conciertos y eventos públicos, producción de películas, ingeniería de audio en vivo y grabación, grabación de sonido, radios de dos vías, megafonía, radio y televisión, y en computadoras para grabación de voz, reconocimiento de voz, VoIP y para fines no acústicos, como sensores ultrasónicos o sensores de golpes.

Palanca de mando

Una palanca de mando (conocida como joystick) es un dispositivo de entrada que consiste en una palanca que gira sobre una base e informa su ángulo o la dirección al dispositivo que está controlando. Es el principal dispositivo de control en la cabina de muchos aviones civiles y militares, ya sea como un bastón central o una palanca lateral. A menudo tiene interruptores suplementarios para controlar diversos aspectos del vuelo de la aeronave.

También se utilizan para controlar el movimiento en los videojuegos y generalmente tienen uno o más botones cuyo estado también puede leer el ordenador. Una variación popular del joystick que se usa en las consolas modernas de videojuegos es el stick analógico. Los joysticks también se usan para controlar máquinas como grúas, camiones, vehículos no tripulados subacuáticos, sillas de ruedas, cámaras de vigilancia y cortadoras de césped. Los joysticks más pequeños accionados por el dedo se han adaptado como dispositivos de entrada para equipos electrónicos más pequeños, como teléfonos móviles.

Ratón

Un mouse de ordenador es un dispositivo señalador portátil que detecta movimiento bidimensional en relación con una superficie. Este movimiento se traduce típicamente en el movimiento de un puntero en una pantalla, lo que permite un control suave de la interfaz gráfica de usuario. La primera demostración pública de un ratón que controlaba un sistema informático fue en 1968.

Originalmente se inventaron para conectarse con un cable a una computadora pero los ratones modernos habitualmente son inalámbricos y dependen de la comunicación de radio de corto alcance con el sistema conectado. Los ratones , en sus inicios, usaban una bola rodando sobre una superficie para detectar movimiento, pero los ratones modernos a menudo tienen sensores ópticos que carecen de partes móviles. Además de mover un cursor, los ratones de la computadora tienen uno o más botones para permitir operaciones tales como la selección de un elemento de menú en una pantalla. Los ratones a menudo también cuentan con otros elementos, como superficies táctiles y "ruedas", que permiten control adicional y entrada dimensional.

Reloj en tiempo real

Un reloj en tiempo real (RTC) es un reloj de computadora (habitualmente en un circuito integrado) que realiza un seguimiento de la hora actual.

Aunque el término se refiere normalmente a los dispositivos utilizados en computadoras personales, servidores y sistemas integrados, los RTC están presentes en casi cualquier dispositivo electrónico que necesita mantener un tiempo preciso. Un RTC común utilizado en computadoras de placa única es el DS1307.

Pantalla táctil

Una pantalla táctil es un dispositivo de entrada y salida normalmente situado en la parte superior de una pantalla visual electrónica de un sistema de procesamiento de información. Un usuario puede dar entrada o controlar el sistema de procesamiento de información a través de gestos simples o multitáctiles tocando la pantalla con un lápiz especial o con uno o más dedos. Algunas pantallas táctiles usan guantes ordinarios o con recubrimiento especial para trabajar, mientras que otras solo funcionan con un lápiz o lápiz especial. El usuario puede usar la pantalla táctil para reaccionar a lo que se muestra y, si el software lo permite, controlar cómo se muestra; por ejemplo, hacer zoom para aumentar el tamaño del texto.

Este tipo de pantalla permite al usuario interactuar directamente con lo que se muestra en pantalla, en lugar de utilizar un mouse, un panel táctil u otros dispositivos similares.

Las pantallas táctiles son comunes en dispositivos como consolas de juegos, computadoras personales, máquinas de votación electrónica y sistemas de punto de venta (POS). Desempeñan un papel importante en el diseño de dispositivos digitales tales como asistentes digitales personales (PDA) y algunos lectores electrónicos.

La popularidad de los teléfonos inteligentes, tabletas y muchos tipos de dispositivos de información está impulsando la demanda y la aceptación de pantallas táctiles comunes para dispositivos electrónicos portátiles y funcionales. Las pantallas táctiles se encuentran en el campo médico, industria pesada, cajeros automáticos y en exhibiciones en museos o automatización de salas, donde los sistemas de teclado y mouse no permiten una interacción adecuada intuitiva, rápida o precisa por parte del usuario con el contenido de la pantalla.

Los fabricantes de monitores y pantallas han reconocido la tendencia hacia la aceptación de pantallas táctiles como un componente de interfaz de usuario y han comenzado a integrar pantallas táctiles en el diseño esencial de sus productos.

Dispositivos de salida

Los medios a través de los cuales la computadora da una salida a cualquier dato que sale de un sistema de ordenador, se conocen como dispositivos de salida. Algunos ejemplos de dispositivos de salida son:

Monitor

Este dispositivo de salida muestra información en forma pictórica. Un monitor generalmente comprende el dispositivo de visualización, los circuitos, la carcasa y la fuente de alimentación. El dispositivo de visualización en los monitores modernos es típicamente una pantalla de cristal líquido de transistor de película delgada (TFT-LCD) con retroiluminación LED que ha sustituido la retroiluminación de la lámpara fluorescente de cátodo frío (CCFL). Los monitores antiguos utilizaban un tubo de rayos catódicos (CRT). Los monitores están conectados a la computadora a través de VGA, Interfaz visual digital (DVI), HDMI, DisplayPort, Thunderbolt, señalización diferencial de bajo voltaje (LVDS) u otros conectores y señales patentados.

Originariamente los monitores de computadora se utilizaban para el procesamiento de datos, mientras que los receptores de televisión se usaban para el entretenimiento. Desde la década de 1980 en adelante, las computadoras (y sus monitores) se han utilizado tanto para el procesamiento de datos como para el entretenimiento, mientras que los televisores han implementado algunas funciones de la computadora. La relación de aspecto común de televisores y monitores de computadora ha cambiado de 4: 3 a 16:10 y a 16: 9.

Los monitores actuales de computadora son fácilmente intercambiables con los televisores convencionales. No bostante, ya que los monitores de computadora no incluyen necesariamente componentes como un sintonizador de televisión y parlantes, es posible que no se pueda usar un monitor de computadora como un televisor sin componentes externos.

Impresora

Una impresora es un dispositivo periférico de salida que hace una representación persistente legible por humanos de gráficos o texto en un papel. El primer diseño de impresora de computadora fue un aparato impulsado mecánicamente por Charles Babbage para su motor de diferencia en el siglo XIX; su diseño de impresora mecánica no se construyó hasta 2000. La primera impresora electrónica fue el EP-101, inventado por la compañía japonesa Epson y lanzado en 1968. Las primeras impresoras comerciales generalmente usaban mecanismos de máquinas de escribir eléctricas y máquinas de teletipo. La demanda de una mayor velocidad condujo al desarrollo de nuevos sistemas específicamente para uso informático. En la década de 1980 había sistemas de rueda de margarita parecidas a las máquinas de escribir, impresoras de línea que producían resultados similares pero a una velocidad mucho mayor, y sistemas de matriz de puntos que podían mezclar texto y gráficos, pero producían resultados de baja calidad. El trazador se usó para aquellos que requieren líneas de arte de alta calidad, como planos.

La introducción de la impresora láser de bajo costo en 1984 con la primera HP LaserJet, y la incorporación de PostScript en Apple LaserWriter al año siguiente, desencadenaron una revolución en la impresión conocida como autoedición. Impresoras láser que usan texto y gráficos mixtos PostScript, como impresoras de matriz de puntos, pero en niveles de calidad anteriormente disponibles solo en sistemas de composición tipográfica comercial.

En 1990, las tareas de impresión más sencillas, como volantes y folletos, se crearon en computadoras personales y luego se imprimían con láser; los costosos sistemas de impresión offset se estaban volcando como chatarra. El HP Deskjet de 1988 ofrecía las mismas ventajas que la impresora láser en términos de flexibilidad, pero producía resultados de menor calidad (según el papel) a partir de mecanismos mucho menos costosos.

Los sistemas de chorro de tinta desplazaron rápidamente a las impresoras de matriz de puntos y margaritas del mercado. En la década de 2000, las impresoras de alta calidad de este tipo habían caído por debajo de los 100 dólares y se convirtieron en un dispositivo muy común.

La masiva utilización del correo electrónico de Internet durante la década de 1990 y la de 2000 ha desplazado en gran medida la necesidad de imprimir documentos; se pueden guardar y mover. Actualmente, las impresoras tradicionales se utilizan más para fines específicos, como imprimir fotografías o ilustraciones y ya no son un elemento imprescindible.

Desde 2010, la impresión 3D se ha convertido en un área de gran interés, lo que ha permitido la creación de objetos físicos con el mismo tipo de esfuerzo que una impresora láser antigua para producir un folleto. Estos dispositivos están en sus primeras etapas de desarrollo y aún no se han convertido en algo masivo.

Proyector

Un proyector o proyector de imágenes es un dispositivo óptico de salida que proyecta una imagen (o imágenes en movimiento) sobre una superficie, normalmente una pantalla de proyección. La mayoría de los proyectores crean una imagen haciendo brillar una luz a través de una pequeña lente transparente, pero algunos tipos más nuevos de proyectores pueden proyectar la imagen directamente, mediante el uso de láser.

El tipo de proyector que más se usa en la actualidad se llama video proyector. Los proyectores de video son reemplazos digitales para los tipos anteriores de proyectores, como proyectores de diapositivas y retroproyectores. Estos tipos anteriores de proyectores fueron reemplazados en su mayoría por proyectores de video digital a lo largo de la década de 1990 y principios de 2000, aunque los antiguos proyectores analógicos todavía se usan en algunos lugares. Los tipos de proyectores más nuevos son los de mano que utilizan láseres o LED para proyectar imágenes. Sus proyecciones son difíciles de ver si hay demasiada luz ambiental.

Las salas de cine utilizaron un tipo de proyector llamado proyector de películas, actualmente sustituido en su mayoría por proyectores de video de cine digital.

Tarjeta de sonido

Una tarjeta de sonido es una tarjeta de expansión interna que proporciona entrada y salida de señales de audio hacia y desde una computadora bajo el control de programas de computadora. El término tarjeta de sonido también se aplica a interfaces de audio externas usadas para aplicaciones de audio profesionales.

La funcionalidad del sonido también se puede integrar en la placa base, utilizando componentes similares a los que se encuentran en las tarjetas de expansión. El sistema de sonido integrado se conoce aún como tarjeta de sonido. El hardware de procesamiento de sonido también se encuentra en tarjetas de video modernas con HDMI para emitir sonido junto con el video usando ese conector; anteriormente usaban una conexión SPDIF para la placa base o la tarjeta de sonido.

Los usos habituales de las tarjetas de sonido o la funcionalidad de la tarjeta de sonido incluyen proporcionar el componente de audio para aplicaciones multimedia tales como composición de música, edición de video o audio, presentación, educación y entretenimiento (juegos) y proyección de video. Las tarjetas de sonido también se usan para comunicaciones basadas en computadora, como voz sobre IP y teleconferencias.

Altavoz para PC

Este tipo de altavoz se suelen utilizar en computadoras, aunque también son aptas para otros usos de audio, por ejemplo para un reproductor de MP3. La mayoría de estos altavoces tienen un amplificador interno y requieren una fuente de alimentación, que puede ser mediante una fuente de alimentación con un adaptador de CA, baterías o un puerto USB. El conector de entrada de señal es normalmente un enchufe jack de 3,5 mm (generalmente verde lima con código de color según el estándar PC 99). A veces se utilizan conectores RCA y un puerto USB puede suministrar tanto señal como alimentación (que requieren circuitos adicionales, y solo son adecuados para su uso con una computadora). Los altavoces inalámbricos Bluetooth con batería no requieren conexión alguna. La mayoría de las computadoras tienen altavoces de baja potencia y calidad incorporada. Altec Lansing afirma haber creado el mercado de altavoces para computadora en 1990.

Los altavoces de ordenador varían ampliamente en calidad y precio. Los altavoces que van incluidos con la computadora, a veces empaquetados con los sistemas informáticos, son pequeños, de plástico y tienen una calidad de sonido mediocre. Algunos de ellos tienen funciones de ecualización, como controles de graves y agudos.

Los altavoces de computadora más sofisticados pueden tener una unidad de subwoofer para mejorar la salida de graves. El kit de subwoofer más grande generalmente contiene los amplificadores para el subwoofer y los altavoces izquierdo y derecho.

Algunas pantallas de ordenador tienen altavoces bastante básicos incorporados. Las computadoras portátiles tienen altavoces integrados, usualmente pequeños y de calidad de sonido restringida para ahorrar espacio.

Tarjeta de video

Una tarjeta de video es una tarjeta de expansión del ordenador que genera imágenes de salida a una pantalla (normalmente a un monitor). En el núcleo de la tarjeta se ecnuentra la unidad de procesamiento de gráficos (GPU), la parte principal que se encarga de hacer los cálculos reales. Aunque no abarca la totalidad de la tarjeta, "GPU" se usa a menudo para referirse a las tarjetas de video.

La mayoría de las tarjetas de video no están limitadas a la salida de visualización simple. Su procesador de gráficos integrado puede realizar un procesamiento adicional, eliminando esta tarea del procesador central de la computadora. Por ejemplo, las tarjetas producidas por Nvidia y AMD (ATi) procesan los gráficos OpenGL y DirectX en el nivel de hardware. A finales de la década de 2010, había una tendencia a utilizar las capacidades informáticas del procesador de gráficos para resolver tareas no gráficas.

Por lo general, la tarjeta gráfica tiene la forma de placa de circuito impreso (tarjeta de expansión) y se inserta en una ranura de expansión, universal o especializada (AGP, PCI Express).

Unidad de control

La unidad de control es un componente de la unidad de proceso central (CPU) de una computadora que dirige el funcionamiento del procesador. Le dice a la memoria de la computadora, unidad aritmética / lógica y dispositivos de entrada y salida cómo responder a las instrucciones de un programa.

Dirige el funcionamiento de las otras unidades al proporcionar señales de temporización y control. La mayoría de los recursos informáticos están gestionados por la unidad de control. Dirige el flujo de datos entre la CPU y los otros dispositivos. John von Neumann incluyó la unidad de control como parte de la arquitectura de von Neumann. En los diseños informáticos modernos, la unidad de control suele ser una parte interna de la CPU, y su función y funcionamiento generales no se modificaron desde su introducción.

Unidad Central de proceso

La unidad de control, la unidad aritmética y lógica y los registros se conocen colectivamente como una unidad de procesamiento central (CPU). Las primeras CPU estaban compuestas por muchos componentes separados, pero desde mediados de la década de 1970, las CPU generalmente se han construido en un solo circuito integrado llamado microprocesador.

Microprocesador Intel i7

Unidad aritmética y lógica

La ALU (unidad aritmética y lógica)es capaz de realizar dos clases de operaciones: aritméticas y lógicas. El conjunto de operaciones aritméticas que admite una ALU particular puede estar limitado a sumas y restas, o puede incluir funciones de multiplicación, división, trigonometría como seno, coseno, etc. y raíces cuadradas. Algunos solo pueden operar en números enteros mientras que otros usan el punto flotante para representar números reales, aunque con una precisión limitada. Sin embargo, cualquier computadora que sea capaz de realizar solo las operaciones más simples puede programarse para descomponer las operaciones más complejas en pasos simples que puede realizar. Por lo tanto, cualquier computadora puede programarse para realizar cualquier operación aritmética, aunque llevará más tiempo hacerlo si su ALU no admite directamente la operación.

Una ALU también puede comparar números y devolver valores booleanos (verdaderos o falsos) dependiendo de si uno es igual a, mayor que o menor que el otro ("¿es 94 mayor que 95?"). Las operaciones lógicas implican lógica booleana: AND, OR, XOR y NOT. Estos pueden ser útiles para crear enunciados condicionales complicados y procesar la lógica booleana.

Las computadoras superescalares pueden contener múltiples ALU, lo que les permite procesar varias instrucciones al mismo tiempo. Los procesadores gráficos y las computadoras con características SIMD y MIMD a menudo contienen ALU que pueden realizar operaciones aritméticas en vectores y matrices.

Memoria

La memoria de una computadora se puede definir como una lista de celdas en las que se pueden ubicar o leer números. Cada celda tiene una "dirección" numerada y puede almacenar un solo número. La computadora puede recibir instrucciones para "poner el número 123 en la celda numerada 1357" o "agregar el número que está en la celda 1357 al número que está en la celda 2468 y poner la respuesta en la celda 1595". La información almacenada en la memoria puede representar prácticamente cualquier cosa. Las letras, números e incluso las instrucciones de la computadora se pueden colocar en la memoria con la misma facilidad. Dado que la CPU no diferencia entre los diferentes tipos de información, es responsabilidad del software dar importancia a lo que la memoria ve como una serie de números.

En casi todas las computadoras modernas, cada celda de memoria está configurada para almacenar números binarios en grupos de ocho bits (llamados byte). Cada byte puede representar 256 números diferentes (28 = 256); ya sea de 0 a 255 o de -128 a +127. Para almacenar números más grandes, se pueden usar varios bytes consecutivos (por lo general, dos, cuatro u ocho). Cuando se requieren números negativos, generalmente se almacenan en notación de complemento a dos. Una computadora puede almacenar cualquier tipo de información en la memoria si puede representarse numéricamente. Las computadoras modernas tienen miles de millones o incluso trillones de bytes de memoria.

La CPU contiene un conjunto especial de celdas de memoria llamadas registros que se pueden leer y escribir mucho más rápido que el área de memoria principal. Normalmente hay entre dos y cien registros dependiendo del tipo de CPU. Los registros se utilizan para los elementos de datos más frecuentemente necesarios para evitar tener que acceder a la memoria principal cada vez que se necesitan datos. A medida que se trabaja constantemente en los datos, la reducción de la necesidad de acceder a la memoria principal (que a menudo es lenta en comparación con la ALU y las unidades de control) aumenta en gran medida la velocidad de la computadora.

La memoria principal de la computadora es principalmente de dos tipos:

Memoria de acceso aleatorio o RAM.

Memoria de solo lectura o ROM.

En la memoria RAM se puede leer y escribir en cualquier momento cuando la CPU lo ordene, sin embargo la memoria ROM está precargada con datos y software que nunca cambian, por lo tanto, la CPU solo puede leer de ella. La ROM se usa generalmente para almacenar las instrucciones de inicio de la computadora. En general, los contenidos de la RAM se borran cuando se apaga la computadora, pero la ROM conserva sus datos indefinidamente. En una PC, la ROM contiene un programa especializado llamado BIOS que se ocupa de cargar el sistema operativo de la computadora desde la unidad de disco duro a la RAM cada vez que la computadora se enciende o reinicia. En las computadoras integradas, que con frecuencia no tienen unidades de disco, todo el software requerido puede almacenarse en la ROM. El software almacenado en la ROM a menudo se llama firmware, porque teóricamente es más parecido al hardware que al software. La memoria flash borra la distinción entre ROM y RAM, ya que conserva sus datos cuando está apagada, pero también es regrabable. Sin embargo, suele ser mucho más lento que la ROM y la RAM convencionales, por lo que su uso está restringido a aplicaciones en las que la alta velocidad es innecesaria.

En computadoras más sofisticadas, puede haber una o más memorias de caché de RAM, que son más lentas que los registros pero más rápidas que la memoria principal. En general, las computadoras con este tipo de caché están diseñadas para mover automáticamente los datos que se necesitan con frecuencia a la caché, a menudo sin la necesidad de intervención por parte del programador.

Entrada / salida (E / S)

La E / S es el medio por el cual una computadora intercambia información con el mundo exterior. Los dispositivos que proporcionan entrada o salida a la computadora se llaman periféricos. En una computadora personal típica, los periféricos incluyen dispositivos de entrada como el teclado y el mouse, y dispositivos de salida como la pantalla y la impresora. Las unidades de disco duro, las unidades de disquete y las unidades de discos ópticos sirven como dispositivos de entrada y salida. Las redes de computadoras son otra forma de E / S. Los dispositivos de E / S a menudo son computadoras complejas por derecho propio, con su propia CPU y memoria. Una unidad de procesamiento de gráficos puede contener cincuenta o más computadoras diminutas que realizan los cálculos necesarios para mostrar gráficos 3D. Las computadoras de escritorio modernas contienen muchas computadoras más pequeñas que ayudan a la CPU principal a realizarla E / S. Una pantalla plana de la época de 2016 contiene su propio circuito de computadora.

Multitarea

Mientras que una computadora puede verse como si se tratara de un gigantesco programa almacenado en su memoria principal, en algunos sistemas es necesario dar la apariencia de ejecutar varios programas simultáneamente. Esto se logra mediante la multitarea, es decir, que la computadora cambie rápidamente entre ejecutar cada programa por turno. Un medio por el cual se hace esto es con una señal especial llamada interrupción, que periódicamente puede hacer que la computadora deje de ejecutar las instrucciones donde estaba y haga otra cosa. Al recordar dónde se estaba ejecutando antes de la interrupción, la computadora puede regresar a esa tarea más tarde. Si varios programas se están ejecutando "al mismo tiempo", entonces el generador de interrupciones podría estar causando varios cientos de interrupciones por segundo, causando un cambio de programa cada vez. Como las computadoras modernas generalmente ejecutan las instrucciones mucho más rápido que la percepción humana, puede parecer que muchos programas se ejecutan al mismo tiempo, aunque solo uno se está ejecutando en un instante dado. Este método de multitarea a veces se denomina "tiempo compartido" ya que a cada programa se le asigna un "segmento" de tiempo por turno.

Antes de la era de las computadoras de bajo precio, el principal uso para la multitarea era permitir que muchas personas compartieran la misma computadora. Aparentemente, la multitarea haría que una computadora que cambia entre varios programas funcione más despacio, en proporción directa a la cantidad de programas que ejecuta, pero la mayoría de los programas pasan gran parte de su tiempo esperando que los dispositivos lentos de entrada / salida completen sus tareas. Si un programa está esperando que el usuario haga clic con el mouse o presione una tecla en el teclado, entonces no tomará un "segmento de tiempo" hasta que ocurra el evento que está esperando. Esto libera tiempo para que se ejecuten otros programas, de modo que muchos programas se pueden ejecutar simultáneamente sin una pérdida de velocidad inaceptable.

Multiproceso

Algunas computadoras están diseñadas para distribuir su trabajo a través de varias CPU en una configuración de multiprocesamiento, una técnica que alguna vez se empleó solo en máquinas grandes y potentes como supercomputadoras, computadoras centrales y servidores. Las computadoras personales y portátiles con multiprocesador y núcleos múltiples (CPU múltiples en un solo circuito integrado) ahora están ampliamente disponibles y, como resultado, cada vez se utilizan más en los mercados de gama baja.

Los supercomputadores en particular a menudo tienen arquitecturas muy exclusivas que difieren significativamente de la arquitectura básica del programa almacenado y de las computadoras de uso general. A menudo cuentan con miles de CPU, interconexiones de alta velocidad personalizadas y hardware informático especializado. Dichos diseños tienden a ser útiles solo para tareas especializadas debido a la gran escala de organización del programa requerida para utilizar con éxito la mayoría de los recursos disponibles a la vez. Los supercomputadores suelen ver el uso en aplicaciones de simulación, representación gráfica y criptografía a gran escalas".

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