El término es propio del idioma inglés, y su traducción al español no tiene un significado acorde, por tal motivo se lo ha adoptado tal cual es y suena. La Real Academia Española lo define como «Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora».[4] El término, aunque sea lo más común, no solamente se aplica a las computadoras, también es a menudo utilizado en otras áreas de la vida diaria y la tecnología. Por ejemplo,hardware también se refiere a herramientas y máquinas, y en electrónicahardware se refiere a todos los componentes electrónicos, eléctricos, electromecánicos, mecánicos, cableados y tarjetas decircuitos impresos.
Otros ejemplos donde se aplica el términohardware son, en relación con losrobots,[5][6] así como en relación con losteléfonos móviles, lascámaras fotográficas, losreproductores digitales, o cualquier otro dispositivo electrónico. Cuando dichos dispositivos también procesan datos, poseenfirmware ysoftware además dehardware.
La historia delhardware de computador se puede clasificar en cuatro generaciones, cada una caracterizada por un cambiotecnológico de importancia. Una primera delimitación podría hacerse entrehardware principal (véase figura), como el estrictamente necesario para el funcionamiento normal del equipo, y el «complementario», como el que realiza funciones específicas.
Elhardware principal de un computador se compone de unaunidad central de procesamiento (CPU), encargada de procesar los datos; una memoria rápida de trabajo para almacenamiento temporal; una unidad de almacenamiento fija para mantener software y datos así como extraerlos de ella; uno o variosperiféricos de entrada, los que permiten el ingreso de la información y uno o varios periféricos de salida, que posibilitan dar salida (normalmente en formavisual,impresa oauditiva) a losdatos procesados.
La clasificación evolucionista delhardware del computador electrónico está dividida en generaciones, donde cada una supone un cambio tecnológico notable. El origen de las primeras es sencillo de establecer, ya que en ellas elhardware fue sufriendo cambios radicales.[7] Los componentes esenciales que constituyen la electrónica del computador fueron totalmente reemplazados en las primeras tres generaciones, originando cambios que resultaron trascendentales. En las últimas décadas es más difícil distinguir las nuevas generaciones, ya que los cambios han sido graduales y existe cierta continuidad en las tecnologías usadas. En principio, se pueden distinguir:
1.ª generación (1945-1956): electrónica implementada contubos de vacío. Fueron las primeras máquinas que desplazaron los componentes electromecánicos (relés).
2.ª generación (1957-1963): electrónica desarrollada contransistores. La lógica discreta era muy parecida a la anterior, pero la implementación resultó mucho más pequeña, reduciendo, entre otros factores, el tamaño de un computador en notable escala.
3.ª generación (1964-hoy): electrónica basada encircuitos integrados. Esta tecnología permitió integrar cientos de transistores y otroscomponentes electrónicos en un único circuito integrado impreso en una pastilla de silicio. Las computadoras redujeron así considerablemente su costo, consumo y tamaño, incrementándose su capacidad, velocidad y fiabilidad, hasta producir máquinas como las que existen en la actualidad.
4.ª generación (futuro): probablemente se originará cuando los circuitos de silicio, integrados a alta escala, sean reemplazados por un nuevo tipo de material o tecnología.[8][9]
La aparición delmicroprocesador marca un hito de relevancia, y para muchos autores constituye el inicio de la cuarta generación.[10] A diferencia de los cambios tecnológicos anteriores, su invención no supuso la desaparición radical de los computadores que no lo utilizaban. Así, aunque el microprocesador4004 fue lanzado al mercado en 1971, todavía a comienzo de la década de 1980 había computadores, como elPDP-11/44,[11] con lógica carente de microprocesador que continuaban exitosamente en el mercado; es decir, en este caso el desplazamiento ha sido muy gradual.
Otro hito tecnológico usado con frecuencia para definir el inicio de la cuarta generación es la aparición de los circuitos integradosVLSI (very large scale integration), a principios de los ochenta. Al igual que el microprocesador, no supuso el cambio inmediato y la rápida desaparición de los computadores basados en circuitos integrados en más bajas escalas de integración. Muchos equipos implementados con tecnologías VLSI yMSI (medium scale integration) aún coexistían exitosamente hasta bien entrados la década de 1990.
MicrocontroladorMotorola 68HC11 y chips de soporte que podrían constituir elhardware de un equipo electrónico industrial.
Una de las formas de clasificar el soporte físico es en dos categorías: por un lado, elhardware principal, que abarca el conjunto de componentes indispensables necesarios para otorgar la funcionalidad mínima a unacomputadora; y por otro lado, elhardware complementario, que, como su nombre indica, es el utilizado para realizar funciones específicas (más allá de las básicas), no estrictamente necesarias para el funcionamiento del ordenador.
Elhardware principal está básicamente constituido por: un medio de entrada de datos, launidad central de procesamiento, la memoriaRAM, un medio de salida de datos y un medio de almacenamiento de datos.
Los medios de entrada y salida de datos estrictamente indispensables dependen de la aplicación: desde el punto de vista de un usuario común, se debería disponer, al menos, de unteclado y unmonitor para entrada y salida de información, respectivamente; pero ello no implica que no pueda haber una computadora (por ejemplo controlando un proceso) en la que no sea necesario teclado y monitor; bien puede ingresar información y sacar sus datos procesados, por ejemplo, a través de una placa de adquisición/salida de datos.
Las computadoras son aparatoselectrónicos capaces de interpretar y ejecutar instrucciones programadas y almacenadas en su memoria; consisten básicamente en operacionesaritmético-lógicas y deentrada/salida.[12] Se reciben las entradas (datos), se las procesa y almacena (procesamiento), y finalmente se producen las salidas (resultados del procesamiento). Por ello todo sistema informático tiene, al menos, componentes ydispositivoshardware dedicados a alguna de las funciones antedichas;[13] a saber:
Desde un punto de vista básico y general, undispositivo de entrada es el que provee el medio para permitir el ingreso deinformación, datos yprogramas (lectura); un dispositivo de salida brinda el medio para registrar la información ydatos de salida (escritura); lamemoria otorga la capacidad de almacenamiento, temporal o permanente (almacenamiento); y la CPU provee la capacidad de cálculo y procesamiento de la información ingresada (transformación).[14]
Un periférico mixto es aquel que puede cumplir funciones tanto de entrada como de salida; el ejemplo más típico es eldisco rígido o bien de estado sólidoSSD (ya que en él se lee y se graba información y datos).
Procesador de 8 núcleos AMD Ryzen 7 1800X en el zócalo de una placa base
La Unidad Central de Procesamiento, conocida por las siglas en inglés CPU, es el componente fundamental de la computadora, encargado de interpretar y ejecutar instrucciones y de procesar datos.[15] En computadores modernos, la función de la CPU la realiza uno o más microprocesadores. Se conoce comomicroprocesador a una CPU que es manufacturada como un único circuito integrado.
Unservidor dered o una máquina de cálculo de alto rendimiento (supercomputación), puede tener varios, incluso miles de microprocesadores trabajando simultáneamente o en paralelo (multiprocesamiento); en este caso, todo ese conjunto conforma la CPU de la máquina.
Las unidades centrales de proceso (CPU) en la forma de un único microprocesador no solo están presentes en las computadoras personales (PC), sino también en otros tipos de dispositivos que incorporan una cierta capacidad de proceso o «inteligencia electrónica», como pueden ser: controladores de procesos industriales, televisores, automóviles, calculadoras, aviones, teléfonos móviles, electrodomésticos, juguetes y muchos más. Actualmente los diseñadores y fabricantes más populares de microprocesadores de PC sonIntel yAMD; y para el mercado de dispositivos móviles y de muy bajo consumo, los principales sonSamsung,Qualcomm,Texas Instruments,MediaTek,NVIDIA eIntel.
Placa base de una computadora, formato µATX.Placa base del teléfono móvil Samsung Galaxy Spica, se pueden distinguir varios «System-on-a-Chip» soldados en ella.
En las computadoras, el microprocesador se monta en la llamadaplaca base, sobre un zócalo conocido comozócalo de CPU, que permite las conexiones eléctricas entre los circuitos de la placa y el procesador. Sobre el procesador ajustado a la placa base se fija undisipador térmico de un material con elevadaconductividad térmica, que por lo general es dealuminio, y en algunos casos decobre. Este es indispensable en los microprocesadores que consumen bastanteenergía, la cual, en gran parte, es emitida en forma decalor: en algunos casos pueden consumir tanta energía como una lámpara incandescente (de 40 a 130vatios).
En equipos de alto rendimiento, adicionalmente, sobre el disipador se acopla uno o dos ventiladores (raramente más), destinados a forzar la circulación de aire para extraer más rápidamente el calor acumulado por el disipador y originado en el microprocesador. Complementariamente, para evitar daños por efectos térmicos, también se suelen instalar sensores de temperatura del microprocesador y sensores de revoluciones del ventilador, así como sistemas automáticos que controlan la cantidad de revoluciones por unidad de tiempo de estos últimos.
Laplaca base —también conocida como placa madre o principal— es un grancircuito impreso sobre el que se suelda elchipset, las ranuras de expansión (slots), los zócalos, conectores, diversos circuitos integrados, etc. Es el soporte fundamental que aloja y comunica a todos los demás componentes:microprocesador,módulos de memoria RAM,tarjetas gráficas,tarjetas de expansión, periféricos de entrada y salida. Para comunicar esos componentes, la placa base posee una serie debuses mediante los cuales se transmiten los datos hacia dentro y fuera del sistema.
La tendencia de integración ha hecho que la placa base se convierta en un elemento que incluye a la mayoría de las funciones básicas (vídeo, audio, red,puertos de varios tipos), funciones que antes se realizaban con tarjetas de expansión. Aunque ello no excluye la capacidad de instalar otras tarjetas adicionales específicas, tales como capturadoras de vídeo, tarjetas deadquisición de datos, etc.
También, la tendencia en los últimos años es eliminar elementos separados en laplaca base e integrarlos al microprocesador. En ese sentido actualmente se encuentran sistemas denominadosSystem on a Chip que consiste en un único circuito integrado que integra varios módulos electrónicos en su interior, tales como un procesador, un controlador de memoria, unaGPU,Wi-Fi,Bluetooth, etc. La mejora más notable en esto está en la reducción de tamaño frente a igual funcionalidad con módulos electrónicos separados. Las figuras muestran aplicaciones típicas, placa principal de una computadora y la de un teléfono móvil.
Las principales funciones que presenta una placa base son:
Conexión física
Administración, control y distribución de energía eléctrica
La sigla RAM, del inglésRandom Access Memory, literalmente significamemoria deacceso aleatorio. El término tiene relación con la característica de presentar iguales tiempos de acceso a cualquiera de sus posiciones (ya sea para lectura o para escritura). Esta particularidad también se conoce como «acceso directo», en contraposición alacceso secuencial.
La RAM es la memoria utilizada en una computadora para el almacenamiento transitorio y de trabajo (no masivo). En la RAM se almacena temporalmente la información, datos y programas que la Unidad de Procesamiento (CPU) lee, procesa y ejecuta. La memoria RAM es conocida comomemoria principal de la computadora, también comomemoria central o de «trabajo»;[16] a diferencia de las llamadas memorias auxiliares, secundarias o dealmacenamiento masivo (como discos duros,unidades de estado sólido, cintas magnéticas u otras memorias).
Las RAM son, comúnmente, memorias volátiles; lo cual significa que pierden rápidamente su contenido al interrumpir su alimentación eléctrica.
Las más comunes y utilizadas como memoria central son «dinámicas» (DRAM), lo cual significa que tienden a perder sus datos almacenados en breve tiempo (por descarga capacitiva, aun estando con alimentación eléctrica), por ello necesitan un circuito electrónico específico que se encarga de proveerle el llamado «refresco» (de energía) para mantener su información.
La memoria RAM de un computador se provee de fábrica e instala en lo que se conoce como «módulos». Ellos albergan varioscircuitos integrados de memoriaDRAM que, conjuntamente, conforman toda la memoria principal.
Es la presentación más común en computadores modernos (computador personal,servidor); son tarjetas decircuito impreso que tienen soldadoscircuitos integrados de memoria por una o ambas caras, además de otros elementos, tales comoresistores ycondensadores. Esta tarjeta posee una serie de contactos metálicos,con recubrimiento de oro, que permite hacer la conexión eléctrica con elbus de memoria del controlador de memoria en la placa base.
Los integrados son de tipoDRAM, memoria denominada «dinámica», en la cual lasceldas de memoria son muy sencillas (untransistor y uncondensador), permitiendo la fabricación de memorias con gran capacidad (típicamente de 2, 4, 8 o 16Gigabytes por módulo) a un costo relativamente bajo.
Las posiciones de memoria o celdas, están organizadas en matrices y almacenan cada una unbit. Para acceder a ellas se han ideado varios métodos y protocolos, cada uno mejorado con el objetivo de acceder a las celdas requeridas de la manera más eficiente posible.
MemoriasRAM con tecnologías usadas en la actualidad.
Entre las tecnologías recientes para integrados de memoria DRAM usados en los módulos RAM se encuentran:
DDR SDRAM: se caracterizan por ser capaces de llevar a cabo dos operaciones en cada ciclo de reloj (ciclo doble), es decir un acceso anticipado a dos posiciones de memoria consecutivas. Fue popular en equipos basados en los procesadoresPentium 4 yAthlon 64.
DDR2 SDRAM: Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a cuatro posiciones de memoria consecutivas, está en desuso.
DDR3 SDRAM: memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a ocho posiciones de memoria consecutivas. Es un tipo de memoria aún actual, reemplazó a su predecesora, la DDR2.
DDR4 SDRAM: es la evolución del estándar DDR3 y, por tanto, los módulos de memoria compatibles con esta tecnología son capaces de trabajar a una frecuencia de reloj más alta. Los módulos DDR4 SDRAM tienen un total de 288 pines DIMM. La velocidad de datos por pin, va de un mínimo de 1,6GT/s hasta un objetivo máximo inicial de 3,2 GT/s. Las memorias DDR4 SDRAM tienen un mayor rendimiento y menor consumo energético que las memorias DDR3 predecesoras. Tienen unatasa de transferencia ycapacidad mucho más elevada en comparación con sus versiones anteriores.
DDR5 SDRAM (de las siglas eninglés,DoubleDataRate typefiveSynchronousDynamicRandom-AccessMemory), es la abreviatura dememoria de acceso aleatorio dinámico síncrono de quinta generación de datos. Se planeó que DDR5 reduzca el consumo de energía, mientras se duplica el ancho de banda pasando de 3,2 GB/s a los 6,4 GB/s, doblando también su tasa de transferencia máxima de los 25,6 GB/s de las DDR4 actuales a un máximo de 51,2 GB/s y la capacidad en relación con laSDRAM DDR4. La frecuencia base para la RAM DDR5 es DDR5-4800.
Los estándaresJEDEC, establecen las características eléctricas y las físicas de los módulos, incluyendo las dimensiones del circuito impreso.
DIMM: tiene presentaciones de 168 pines (usadas con SDR y otras tecnologías antiguas), 184 pines (usadas con DDR y el obsoletoSIMM), 240 (para las tecnologías de memoria DDR2 y DDR3) y 288 pines para las actuales DDR4.
SO-DIMM: es formato para computadores portátiles, es una miniaturización de la versión DIMM en cada tecnología. Existen de 144 pines, usadas con SDR, de 200 pines, usadas con DDR y DDR2, de 240 pines para DDR3 y de 260 pines para DDR4.
Hay memorias RAM con características que las hacen particulares, y que normalmenteno se utilizan como memoria central de la computadora; entre ellas se puede mencionar:
SRAM: Siglas deStatic Random Access Memory. Es un tipo de memoria más rápida que laDRAM (Dynamic RAM). El término «estática» deriva del hecho que no necesita el refresco para mantener sus datos. Si bien esta RAM no requiere circuito de refresco, ocupa más espacio y utiliza más energía que la DRAM. Este tipo de memoria, debido a su alta velocidad, es usada como memoriacaché.
NVRAM: Siglas deNon-Volatile Random Access Memory. Memoria RAM no volátil (mantiene la información en ausencia de alimentación eléctrica). Hoy en día, la mayoría de memorias NVRAM sonmemorias flash, muy usadas para teléfonos móviles, reproductores portátiles de MP3,pendrives, etc.
VRAM: Siglas deVideo Random Access Memory. Es un tipo de memoria RAM que se utiliza en las tarjetas gráficas del computador. La característica particular de esta clase de memoria es que es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. Así, es posible que laCPU grabe información en ella, al tiempo que se leen los datos que serán visualizados en elMonitor de computadora.
De las anteriores a su vez, hay otros subtipos más.
Se entiende por periférico a las unidades o dispositivos que permiten a lacomputadora comunicarse con el exterior, esto es, tanto ingresar como exteriorizar información y datos.[13] Los periféricos son los que permiten realizar las operaciones conocidas como deentrada/salida (E/S).[14]
Aunque son estrictamente considerados «accesorios», muchos de ellos son fundamentales para el funcionamiento y operación adecuados de la computadora moderna; por ejemplo, elteclado, elratón, eldisco duro y elmonitor son elementos actualmente imprescindibles; pero no lo son, por ejemplo, unescáner o unplóter. Para ilustrar este punto: en los años 80, muchas las computadoras personales no utilizaban disco duro niratón, eran normalmente operativas con solo una o dosdisqueteras, elteclado y elmonitor como únicos periféricos (incluso sin disquetera).
Teclado para PC inalámbrico.Ratón común alámbrico.
De esta categoría son aquellos que permiten el ingreso deinformación, en general desde alguna fuente externa o por parte del usuario. Los dispositivos de entrada proveen el medio fundamental para transferir hacia la computadora (más propiamente al procesador) información desde alguna fuente, sea local o remota. También permiten cumplir la esencial tarea de leer y cargar en memoria elsistema operativo y las aplicaciones oprogramas informáticos, los que a su vez ponen operativa la computadora y hacen posible realizar las más diversas tareas.[14]
Pueden considerarse como «imprescindibles» para el funcionamiento, (de manera como hoy se concibe la informática) al teclado, al ratón y algún dispositivo lector de discos; ya que tan solo con ellos el equipo (informático) puede ponerse operativo para un usuario. Los otros son más bien accesorios, aunque en la actualidad pueden resultar de tanta necesidad que son considerados parte esencial de todo elsistema.
Son aquellos que permiten emitir o dar salida a la información resultante de las operaciones realizadas por la CPU (procesamiento).
Los dispositivos de salida aportan el medio fundamental para exteriorizar y comunicar la información y datos procesados; ya sea al usuario o bien a otra fuente externa, local o remota.[14]
Entre los periféricos de salida puede considerarse al monitor como imprescindible para el funcionamiento del sistema. Otros, aunque accesorios, son sumamente necesarios para un usuario que opere un computador moderno, por ejemplo, la impresora o los parlantes.
Si bien se puede clasificar alpendrive (lápiz de memoria),memoria flash omemoria USB o a lasunidades de estado sólido (SSD) en la categoría dememorias, normalmente se los utiliza como dispositivos de almacenamiento masivo; siendo todos de categoría Entrada/Salida.[18]
Los dispositivos dealmacenamiento masivo[13] también son conocidos como «memorias secundarias o auxiliares». Entre ellos, sin duda, eldisco duro ocupa un lugar especial, ya que es el de mayor importancia en la actualidad, en el que se aloja elsistema operativo, todas lasaplicaciones, utilitarios, etc. que utiliza el usuario; además de tener la suficiente capacidad para albergar información y datos en grandes volúmenes por tiempo prácticamente indefinido. Los servidoresWeb, decorreo electrónico y deredes con bases de datos, utilizandiscos rígidos de grandes capacidades y con una tecnología que les permite trabajar a altas velocidades comoSCSI incluyendo también, normalmente, capacidad de redundancia de datos,RAID; incluso se utilizan tecnologías híbridas: disco rígido con unidad de estado sólido, lo que incrementa notablemente su eficiencia. Las interfaces actuales más usadas en discos duros son:IDE,SATA,SCSI ySAS; y en las unidades de estado sólido son SATA yPCI-Express ya que necesitan grandes anchos de banda.
Lapantalla táctil (no el monitor clásico) es un dispositivo que se considera mixto, ya que además de mostrar información y datos (salida) puede actuar como un dispositivo de entrada, reemplazando, por ejemplo, a algunas funciones del ratón o del teclado.
Elhardware gráfico lo constituyen básicamente lastarjetas gráficas. Dichos componentes disponen de su propia memoria y unidad de procesamiento, esta última llamadaunidad de procesamiento gráfico (oGPU, siglas en inglés deGraphics Processing Unit). El objetivo básico de laGPU es realizar los cálculos asociados a operaciones gráficas, fundamentalmente encoma flotante,[19] liberando así al procesador principal (CPU) de esa costosa tarea (en tiempo) para que este pueda efectuar otras funciones en forma más eficiente. Antes de esas tarjetas de vídeo con aceleradores porhardware, era el procesador principal el encargado de construir la imagen mientras la sección de vídeo (sea tarjeta o de la placa base) era simplemente un traductor de las señales binarias a las señales requeridas por el monitor; y buena parte de lamemoria principal (RAM) de la computadora también era utilizada para estos fines.
Dentro de esta categoría no se deben omitir los sistemas gráficos integrados (IGP), presentes mayoritariamente en equipos portátiles o en equipos prefabricados (OEM), los cuales generalmente, a diferencia de las tarjetas gráficas, no disponen de una memoria dedicada, utilizando para su función la memoria principal del sistema. La tendencia en los últimos años es integrar los sistemas gráficos dentro del propio procesador central. Los procesadores gráficos integrados (IGP) generalmente son de un rendimiento y consumo notablemente más bajo que las GPU de las tarjetas gráficas dedicadas, no obstante, son más que suficiente para cubrir las necesidades de la mayoría de los usuarios de un PC.
Actualmente se están empezando a utilizar las tarjetas gráficas con propósitos no exclusivamente gráficos, ya que en potencia de cálculo la GPU es superior, más rápida y eficiente que el procesador para operaciones encoma flotante, por ello se está tratando de aprovecharla para propósitos generales, al concepto, relativamente reciente, se le denominaGPGPU (General-Purpose Computing on Graphics Processing Units).
Laley de Moore establece que cada 18 a 24 meses la cantidad de transistores que puede contener un circuito integrado se logra duplicar; en el caso de los GPU esta tendencia es bastante más notable, duplicando, o aún más, lo indicado en la ley de Moore.[20]
Desde la década de 1990, la evolución en el procesamiento gráfico ha tenido un crecimiento vertiginoso; las actuales animaciones por computadoras y videojuegos eran impensables veinte años atrás.
Martín-Pozuelo, José María Martín (2001).Hardware microinformático: viaje a las profundidades del PC. México, D. F.: Alfaomega. pp. 431 p.: il.ISBN970-15-0599-9.
Sánchez Serantes, Verónica (2001).La PC por dentro: todo sobre hardware y guía práctica para comprar su computadora. México, D. F.: MP. pp. 142p.: il.ISBN968-5347-21-2.
Dembowski, Klaus (2000).Hardware: información sobre la totalidad del hardware, de rápido acceso. Barcelona: Marcombo. pp. 956 p.: il.ISBN84-267-1263-0.
Hennessy, John L.; Patterson, David A. (1995).Organización y diseño de computadores: la interfazhardware/software'. traducción al español por Juan Manuel Sánchez, revisión técnica Antonio Vaquero. (2a. ed. edición). Madrid - Buenos Aires: McGraw-Hill. pp. 756 p.: il.ISBN84-481-1829-4.
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