Hardware de la computadora - Computer hardware

Placa de CPU PDP-11

El hardware de la computadora incluye las partes físicas de una computadora , como la carcasa , la unidad central de procesamiento (CPU), el monitor , el mouse , el teclado , el almacenamiento de datos de la computadora , la tarjeta gráfica , la tarjeta de sonido , los altavoces y la placa base .

Por el contrario, el software es el conjunto de instrucciones que se pueden almacenar y ejecutar mediante hardware. El hardware se denomina así porque es " duro " o rígido con respecto a los cambios, mientras que el software es "blando" porque es fácil de cambiar.

El hardware suele ser dirigido por el software para ejecutar cualquier comando o instrucción . Una combinación de hardware y software forma un sistema informático utilizable , aunque existen otros sistemas con solo hardware.

Arquitectura de von Neumann

Esquema de arquitectura de Von Neumann

La plantilla para todas las computadoras modernas es la arquitectura de Von Neumann , detallada en un artículo de 1945 del matemático húngaro John von Neumann . Esto describe una arquitectura de diseño para una computadora digital electrónica con subdivisiones de una unidad de procesamiento que consta de una unidad lógica aritmética y registros de procesador , una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa , una memoria para almacenar datos e instrucciones , almacenamiento masivo externo , y mecanismos de entrada y salida . El significado del término ha evolucionado para significar una computadora con programa almacenado en el que una búsqueda de instrucciones y una operación de datos no pueden ocurrir al mismo tiempo porque comparten un bus común . Esto se conoce como el cuello de botella de Von Neumann y, a menudo, limita el rendimiento del sistema.

Tipos de sistemas informáticos

Computadora personal

Componentes de hardware básicos de una computadora personal, que incluyen un monitor , una placa base , una CPU , una RAM , dos tarjetas de expansión , una fuente de alimentación , una unidad de disco óptico , una unidad de disco duro , un teclado y un mouse
Dentro de una computadora hecha a medida: la fuente de alimentación en la parte inferior tiene su propio ventilador de enfriamiento

La computadora personal es uno de los tipos de computadora más comunes debido a su versatilidad y precio relativamente bajo. Las computadoras personales de escritorio tienen un monitor , un teclado , un mouse y una caja de computadora . La caja de la computadora contiene la placa base , las unidades de disco fijas o extraíbles para el almacenamiento de datos, la fuente de alimentación y puede contener otros dispositivos periféricos como módems o interfaces de red. Algunos modelos de computadoras de escritorio integraron el monitor y el teclado en la misma carcasa que el procesador y la fuente de alimentación. La separación de los elementos permite al usuario disponer los componentes en una matriz agradable y cómoda, a costa de administrar los cables de alimentación y de datos entre ellos.

Las computadoras portátiles están diseñadas para la portabilidad, pero funcionan de manera similar a las computadoras de escritorio. Pueden utilizar componentes de menor potencia o tamaño reducido, con un rendimiento inferior al de una computadora de escritorio de precio similar. Las computadoras portátiles contienen el teclado, la pantalla y el procesador en un solo estuche. El monitor en la cubierta superior plegable de la caja se puede cerrar para su transporte, para proteger la pantalla y el teclado. En lugar de un mouse, las computadoras portátiles pueden tener un panel táctil o un dispositivo de puntero .

Las tabletas son computadoras portátiles que utilizan una pantalla táctil como dispositivo de entrada principal. Las tabletas generalmente pesan menos y son más pequeñas que las computadoras portátiles.

Algunas tabletas incluyen teclados desplegables u ofrecen conexiones a teclados externos independientes. Algunos modelos de computadoras portátiles tienen un teclado extraíble, lo que permite configurar el sistema como una tableta con pantalla táctil. A veces se denominan "portátiles desmontables 2 en 1" o "híbridos de tableta y portátil".

Caso

La caja de la computadora contiene la mayoría de los componentes del sistema. Proporciona soporte mecánico y protección para elementos internos como la placa base, las unidades de disco y las fuentes de alimentación, y controla y dirige el flujo de aire de refrigeración sobre los componentes internos. La carcasa también forma parte del sistema para controlar la interferencia electromagnética radiada por la computadora y protege las partes internas de las descargas electrostáticas. Los gabinetes de torre grandes brindan espacio para varias unidades de disco u otros periféricos y, por lo general, se colocan en el piso, mientras que los gabinetes de escritorio brindan menos espacio de expansión. Los diseños de estilo todo en uno incluyen una pantalla de video integrada en la misma carcasa. Las computadoras portátiles y portátiles requieren estuches que brinden protección contra impactos para la unidad. Los aficionados pueden decorar las vitrinas con luces de colores, pintura u otras características, en una actividad llamada modificación de cajas .

Fuente de alimentación

Una unidad de fuente de alimentación (PSU) convierte la energía eléctrica de corriente alterna (CA) en energía de corriente continua (CC) de bajo voltaje para la computadora. Las computadoras portátiles pueden funcionar con una batería recargable incorporada. La fuente de alimentación normalmente utiliza una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS), con MOSFET de potencia ( transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido metálico de potencia ) que se utilizan en los convertidores y circuitos reguladores del SMPS.

tarjeta madre

Placa base de computadora

La placa base es el componente principal de una computadora. Es una placa con circuitos integrados que conecta las otras partes de la computadora, incluida la CPU , la RAM , las unidades de disco ( CD , DVD , disco duro o cualquier otro), así como cualquier periférico conectado a través de los puertos o las ranuras de expansión. . Los chips de circuito integrado (IC) de una computadora suelen contener miles de millones de diminutos transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET).

Los componentes conectados directamente ao a parte de la placa base incluyen:

Tarjetas de expansión

Una tarjeta de expansión en informática es una placa de circuito impreso que se puede insertar en una ranura de expansión de una placa base o backplane de una computadora para agregar funcionalidad a un sistema informático a través del bus de expansión. Las tarjetas de expansión se pueden utilizar para obtener o ampliar funciones que no ofrece la placa base.

Dispositivos de almacenamiento

Un dispositivo de almacenamiento es cualquier hardware informático y medio digital que se utiliza para almacenar, transferir y extraer archivos de datos y objetos. Puede retener y almacenar información tanto temporal como permanentemente y puede ser interno o externo a una computadora, servidor o cualquier dispositivo informático similar. El almacenamiento de datos es una función central y un componente fundamental de las computadoras.

Medios fijos

Los datos son almacenados por una computadora usando una variedad de medios. Las unidades de disco duro (HDD) se encuentran en prácticamente todas las computadoras más antiguas, debido a su alta capacidad y bajo costo, pero las unidades de estado sólido (SSD) son más rápidas y eficientes energéticamente, aunque actualmente son más caras que las unidades de disco duro en términos de dólares por dólar. gigabyte, por lo que a menudo se encuentran en computadoras personales construidas después de 2007. Los SSD usan memoria flash , que almacena datos en chips de memoria MOS que consisten en celdas de memoria MOSFET de puerta flotante . Algunos sistemas pueden utilizar un controlador de matriz de discos para un mayor rendimiento o confiabilidad.

Media removible

Para transferir datos entre computadoras, se puede utilizar un dispositivo de memoria flash externo (como una tarjeta de memoria o una unidad flash USB ) o un disco óptico (como un CD-ROM , DVD-ROM o BD-ROM ). Su utilidad depende de que sean legibles por otros sistemas; la mayoría de las máquinas tienen una unidad de disco óptico (ODD) y prácticamente todas tienen al menos un puerto de bus serie universal (USB). Además, las memorias USB suelen estar formateadas previamente con el sistema de archivos FAT32 , que es ampliamente compatible con todos los sistemas operativos .

Periféricos de entrada y salida

Los dispositivos de entrada y salida suelen estar alojados en el exterior del chasis de la computadora principal. Los siguientes son estándar o muy comunes en muchos sistemas informáticos.

Dispositivo de entrada

Los dispositivos de entrada permiten al usuario ingresar información en el sistema o controlar su funcionamiento. La mayoría de las computadoras personales tienen un mouse y un teclado , pero los sistemas portátiles generalmente usan un panel táctil en lugar de un mouse. Otros dispositivos de entrada incluyen cámaras web , micrófonos , joysticks y escáneres de imágenes .

Dispositivo de salida

Los dispositivos de salida están diseñados en torno a los sentidos de los seres humanos. Por ejemplo, los monitores muestran texto que se puede leer, los altavoces producen un sonido que se puede escuchar. Dichos dispositivos también podrían incluir impresoras o una impresora Braille .

Computadora central

Una computadora central es una computadora mucho más grande que normalmente llena una habitación y puede costar cientos o miles de veces más que una computadora personal. Están diseñados para realizar una gran cantidad de cálculos para gobiernos y grandes empresas.

Un mainframe IBM System z9

Computación departamental

En las décadas de 1960 y 1970, cada vez más departamentos comenzaron a utilizar sistemas más baratos y dedicados para fines específicos, como el control de procesos y la automatización de laboratorios . Una minicomputadora , o coloquialmente mini , es una clase de computadoras más pequeñas que se desarrolló a mediados de la década de 1960 y se vendió por mucho menos que las computadoras centrales y medianas de IBM y sus competidores directos.

Supercomputadora

Una supercomputadora es superficialmente similar a una computadora central, pero en cambio está diseñada para tareas computacionales extremadamente exigentes. En junio de 2020, la supercomputadora más rápida en la lista de supercomputadoras TOP500 es Fugaku , en Japón, con una puntuación de referencia LINPACK de 415 PFLOPS, superando a la segunda más rápida, Summit , en los Estados Unidos, en alrededor de 294 PFLOPS.

El término supercomputadora no se refiere a una tecnología específica. Más bien, indica los cálculos más rápidos disponibles en un momento dado. A mediados de 2011, las supercomputadoras más rápidas contaban con velocidades superiores a un petaflop, o 1 cuatrillón (10 ^ 15 o 1.000 billones) de operaciones de punto flotante por segundo. Las supercomputadoras son rápidas pero extremadamente costosas, por lo que generalmente las grandes organizaciones las utilizan para ejecutar tareas computacionalmente exigentes que involucran grandes conjuntos de datos. Las supercomputadoras suelen ejecutar aplicaciones militares y científicas. Aunque son costosos, también se utilizan para aplicaciones comerciales en las que se deben analizar grandes cantidades de datos. Por ejemplo, los grandes bancos emplean supercomputadoras para calcular los riesgos y retornos de diversas estrategias de inversión, y las organizaciones de salud las usan para analizar bases de datos gigantes de datos de pacientes para determinar tratamientos óptimos para diversas enfermedades y problemas que incurre en el país.

Actualización de hardware

Cuando se usa hardware de computadora, una actualización significa agregar hardware nuevo o adicional a una computadora que mejora su rendimiento, aumenta su capacidad o agrega nuevas características. Por ejemplo, un usuario podría realizar una actualización de hardware para reemplazar el disco duro por uno más rápido o una unidad de estado sólido (SSD) para aumentar el rendimiento. El usuario también puede instalar más memoria de acceso aleatorio (RAM) para que la computadora pueda almacenar datos temporales adicionales o recuperar dichos datos a un ritmo más rápido. El usuario puede agregar una tarjeta de expansión USB 3.0 para utilizar completamente los dispositivos USB 3.0, o puede actualizar la Unidad de procesamiento de gráficos (GPU) para obtener gráficos más limpios y avanzados o más monitores . Es posible que sea necesario realizar dichas actualizaciones de hardware para que las computadoras antiguas cumplan con los requisitos del sistema de un programa nuevo o actualizado.

Ventas

Los ingresos globales por hardware informático en 2016 alcanzaron los 408.000 millones de euros.

Reciclaje

Debido a que las piezas de las computadoras contienen materiales peligrosos , existe un movimiento creciente para reciclar las piezas viejas y obsoletas. El hardware de la computadora contiene sustancias químicas peligrosas como: plomo, mercurio, níquel y cadmio. Según la EPA, estos desechos electrónicos tienen un efecto nocivo en el medio ambiente a menos que se eliminen adecuadamente. La fabricación de hardware requiere energía y el reciclaje de piezas reducirá la contaminación del aire , la contaminación del agua y las emisiones de gases de efecto invernadero. De hecho, deshacerse de equipos informáticos no autorizados es ilegal. La legislación obliga a reciclar las computadoras a través de las instalaciones aprobadas por el gobierno . El reciclaje de una computadora se puede hacer más fácil sacando ciertas partes reutilizables. Por ejemplo, la RAM , la unidad de DVD, la tarjeta gráfica , el disco duro o SSD y otras partes extraíbles similares se pueden reutilizar.

Muchos materiales utilizados en el hardware informático pueden recuperarse mediante el reciclaje para su uso en la producción futura. La reutilización de estaño , silicio , hierro , aluminio y una variedad de plásticos que están presentes a granel en computadoras u otros dispositivos electrónicos puede reducir los costos de construcción de nuevos sistemas. Los componentes suelen contener cobre , oro , tantalio , plata , platino , paladio y plomo , así como otros materiales valiosos adecuados para la recuperación.

Componentes informáticos tóxicos

La unidad central de procesamiento contiene muchos materiales tóxicos. Contiene plomo y cromo en las placas de metal. Las resistencias, semiconductores, detectores de infrarrojos, estabilizadores, cables y alambres contienen cadmio. Las placas de circuito de una computadora contienen mercurio y cromo. Cuando estos tipos de materiales y productos químicos se eliminan de forma inadecuada, se volverán peligrosos para el medio ambiente.

Efectos ambientales

Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, solo alrededor del 15% de los desechos electrónicos se recicla realmente. Cuando los subproductos de los desechos electrónicos se filtran en las aguas subterráneas, se queman o se manipulan incorrectamente durante el reciclaje, causan daños. Los problemas de salud asociados con estas toxinas incluyen deterioro del desarrollo mental, cáncer y daño a los pulmones, hígado y riñones. Es por eso que incluso los cables deben reciclarse. Diferentes empresas tienen diferentes técnicas para reciclar un alambre. El más popular es el molinillo que separa los cables de cobre de la carcasa de plástico / goma. Cuando se terminan los procesos quedan dos pilas diferentes; uno que contiene el polvo de cobre y el otro que contiene piezas de plástico / caucho. Los monitores de computadora, los ratones y los teclados tienen una forma similar de reciclarse. Por ejemplo, primero, cada una de las partes se desarma, luego todas las partes internas se separan y se colocan en su propio contenedor.

Los componentes de la computadora contienen muchas sustancias tóxicas, como dioxinas , bifenilos policlorados (PCB), cadmio , cromo , isótopos radiactivos y mercurio . Un monitor de computadora típico puede contener más del 6% de plomo en peso, gran parte del cual se encuentra en el vidrio de plomo del tubo de rayos catódicos (CRT). Un monitor de computadora típico de 15 pulgadas (38 cm) puede contener 1,5 libras (1 kg) de plomo, pero se ha estimado que otros monitores tienen hasta 8 libras (4 kg) de plomo. Las placas de circuito contienen cantidades considerables de soldaduras de plomo y estaño que tienen más probabilidades de filtrarse al agua subterránea o crear contaminación del aire debido a la incineración. En los vertederos de EE. UU., Aproximadamente el 40% de los niveles de contenido de plomo provienen de desechos electrónicos. El procesamiento (por ejemplo, incineración y tratamientos ácidos) necesarios para recuperar estas sustancias preciosas puede liberar, generar o sintetizar subproductos tóxicos.

El reciclaje de hardware informático se considera respetuoso con el medio ambiente porque evita que los residuos peligrosos, incluidos los metales pesados y los carcinógenos, entren en la atmósfera, los vertederos o las vías fluviales. Si bien los productos electrónicos consisten en una pequeña fracción del total de desechos generados, son mucho más peligrosos. Existe una legislación estricta diseñada para hacer cumplir y fomentar la eliminación sostenible de electrodomésticos, siendo las más notables la Directiva sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos de la Unión Europea y la Ley nacional de reciclaje de ordenadores de los Estados Unidos .

Esfuerzos para minimizar el desperdicio de hardware informático

Dado que el hardware de la computadora contiene una gran cantidad de metales en su interior, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) fomenta la recolección y el reciclaje de hardware de la computadora. " E-cycling ", el reciclaje de hardware de computadora, se refiere a la donación, reutilización, trituración y recolección general de productos electrónicos usados. De manera genérica, el término se refiere al proceso de recolección, intermediación, desmontaje, reparación y reciclaje de los componentes o metales contenidos en equipos electrónicos usados ​​o desechados, también conocidos como desechos electrónicos (e-waste). Los artículos "e-ciclables" incluyen, entre otros: televisores, computadoras, hornos microondas, aspiradoras, teléfonos y teléfonos celulares, equipos de sonido y videograbadoras y DVD prácticamente cualquier cosa que tenga un cable, luz o algún tipo de batería. .

El reciclaje de una computadora es más fácil gracias a algunos de los servicios nacionales, como Dell y Apple . Ambas empresas recuperarán el ordenador de su marca o de cualquier otra marca. De lo contrario, se puede donar una computadora a Computer Aid International, que es una organización que recicla y restaura computadoras viejas para hospitales, escuelas, universidades, etc.

Ver también

Referencias

enlaces externos