Conceptos Fundamentales de Hardware y Rendimiento Informático

Unidades de Medida y Conversiones

Expresa en bytes, bits y KB: 250 MB y 8 Gbits

• 250 MB = 250 × 2²⁰ bytes = 262.144.000 bytes
• 250 MB = 250 × 2²⁰ × 8 bits = 2.097.152.000 bits
• 250 MB = 250 × 2¹⁰ KB = 256.000 KB
• 8 Gbits = 8 × 2³⁰ bits
• 8 Gbits = (8 × 2³⁰) / 8 bytes = 2³⁰ bytes = 1.073.741.824 bytes
• 8 Gbits = (8 × 2³⁰) / 8 / 2¹⁰ KB = 2²⁰ KB = 1.048.576 KB

Rendimiento del Microprocesador

Calcula el número máximo de instrucciones que puede ejecutar por segundo un microprocesador de 1 GHz, si ejecuta 1 instrucción cada ciclo máquina, compuesto por 5 ciclos de reloj.

• Frecuencia del microprocesador: 1 GHz = 1.000.000.000 Hz
• Ciclos de reloj por ciclo máquina: 5
• Instrucciones por segundo = Frecuencia / Ciclos de reloj por instrucción
• Instrucciones por segundo = 1.000.000.000 Hz / 5 = 200.000.000 instrucciones/segundo

Cálculo alternativo basado en tiempos:

• Periodo del ciclo de reloj = 1 / Frecuencia = 1 / (1 × 10⁹ Hz) = 1 ns (nanosegundo)
• Periodo del ciclo de instrucción = 5 × Periodo del ciclo de reloj = 5 × 1 ns = 5 ns
• Instrucciones por segundo = 1 / Periodo del ciclo de instrucción = 1 / (5 × 10^-9 s) = 200.000.000 instrucciones/segundo

Capacidad de Memoria y Bus

Calcula la máxima capacidad que puede tener la memoria en un sistema con un bus de direcciones de 32 líneas y un microprocesador de 64 bits. Expresa en GB.

• Número de posiciones de memoria direccionables = 2^{Número de líneas del bus de direcciones} = 2³² = 4.294.967.296 posiciones
• Tamaño de palabra del microprocesador: 64 bits = 8 bytes
• Capacidad total en bytes = Número de posiciones × Tamaño de palabra
• Capacidad total en bytes = 4.294.967.296 × 8 bytes = 34.359.738.368 bytes
• Capacidad total en GB = Capacidad en bytes / 2³⁰
• Capacidad total en GB = 34.359.738.368 bytes / 1.073.741.824 bytes/GB = 32 GB

Tamaño del Set de Instrucciones

Calcula el número máximo de instrucciones que puede tener un microprocesador si el bus de datos es de 8 bits y el de direcciones es de 16 bits.

• El número máximo de instrucciones está limitado por el tamaño del bus de datos (la palabra de instrucción).
• Número máximo de instrucciones = 2^{Número de bits del bus de datos} = 2⁸ = 256 instrucciones

Conceptos de Hardware

Teclado Mecánico vs. Teclado de Membrana

¿Qué diferencia hay entre un teclado mecánico y uno de membrana?

La principal diferencia radica en la forma de funcionar y el mecanismo bajo cada tecla.

Alambre de Corona

El alambre de corona (o hilo de corona) se utiliza en impresoras láser para transferir o recuperar la carga electrostática del tambor, preparando la superficie para la siguiente impresión o limpiándola.

Componentes Principales de un Sistema Informático

• Microprocesador (CPU): Realiza la ejecución de las instrucciones y genera todas las funciones de control.
• Reloj: Genera impulsos de ondas cuadradas para que el sistema funcione en sincronía.
• Memoria Central (RAM): Aquí se encuentran los datos y programas que se están ejecutando activamente.
• Unidad E/S (Entrada/Salida): Comunica el sistema con el exterior (periféricos).
• Periféricos: Realizan un trabajo con el exterior del sistema (ej. teclado, monitor, impresora).

Unidad de Control (dentro de la CPU)

• Contador de Programa (PC): Contiene la dirección de la siguiente instrucción a ejecutar.
• Decodificador de Instrucciones: Traduce las instrucciones contenidas en la memoria y las manda a microórdenes.
• Secuenciador: Envía las señales de control necesarias para la ejecución de las microórdenes.
• Registro de Instrucción (IR): Almacena la instrucción que se está ejecutando actualmente.

Unidad Aritmético-Lógica (ALU)

• Acumulador: Registro de almacenamiento temporal para operandos y resultados de operaciones.
• Registro de Estado (Flags): Informa sobre el resultado de la última instrucción ejecutada (ej. si hubo acarreo, si el resultado es cero).
• Registros R1 y R2 (ejemplo): Almacenan datos utilizados por la ALU para realizar operaciones.

La ALU realiza operaciones lógicas y aritméticas.

Memoria Central

Se encarga del almacenamiento temporal de los programas y la información necesaria para el funcionamiento del sistema en un momento dado.

Formatos de Placa Base (Motherboard)

Los formatos de placa base definen sus dimensiones, el número y tipo de anclajes, la disposición de componentes, las opciones de ventilación y el tipo de conexión de alimentación.

PCI Express (PCIe)

PCI Express puede integrar múltiples 'lanes' (carriles) para formar una conexión de mayor ancho de banda. Utiliza un sistema de interconexión serie punto a punto.

Disco Magnético (Concepto Relacionado: Spooling)

El uso de espacio en disco (como en el 'spool' de impresora) se utiliza para adaptar la diferencia de velocidades entre el ordenador y la impresora, permitiendo que el ordenador realice diferentes tareas mientras se imprime en segundo plano.

Otros Conceptos Técnicos

• Heat Pipe: Permite transferir calor de un punto a otro de manera eficiente, a menudo sin partes móviles y, por tanto, sin emitir ruido.
• Overclocking: Permite el aumento del rendimiento de un equipo incrementando la frecuencia de reloj de sus componentes (CPU, GPU, RAM).
• Sistema Dual Channel: Permite un mayor rendimiento de la memoria RAM al utilizar dos módulos de memoria simultáneamente, duplicando teóricamente el ancho de banda.
• Controladora de Disco: Se encarga de traducir las órdenes del microprocesador para gestionar y mover las cabezas de lectura/escritura de los discos de almacenamiento.
• Interfaz Paralela (ej. PATA): Cable formado por muchos hilos; la información se envía en paralelo (varios bits a la vez).
• Interfaz Serie (ej. SATA): Cada conexión solo permite una unidad; los dispositivos pueden ser conectados y desconectados con el equipo en marcha (conexión en caliente o 'hot-plug').

Configuración de Discos (Jumpers IDE/PATA)

En interfaces PATA (IDE), los jumpers se usan para configurar la unidad:

• MA (Master): Unidad maestra (generalmente la primera en el cable, a menudo asignada la letra C: si es el disco de arranque).
• SL (Slave): Unidad esclava (la segunda unidad en el mismo cable, a menudo asignada la letra D:).
• CS (Cable Select): La unidad se configura automáticamente como maestra o esclava dependiendo de su posición física en el cable IDE especialmente diseñado para ello.
• Single: Se usa cuando solo hay una unidad en el cable.

Tablas de Partición

• MBR (Master Boot Record): Solo puede manejar discos de hasta 2 TB (terabytes) y permite un máximo de 4 particiones primarias.
• GPT (GUID Partition Table): Permite crear una gran cantidad de particiones y manejar discos de mucho mayor tamaño.

Sistemas de Archivos

• FAT32 (File Allocation Table 32): Se usa en la administración simple de archivos, compatible con muchos sistemas operativos y dispositivos.
• NTFS (NT File System): Usado para archivos avanzados, ofrece características como seguridad, compresión, encriptación y tiene ventajas de velocidad y robustez en comparación con FAT32.

Fuentes de Alimentación

Fuente de Alimentación Conmutada

• Ventajas: Reduce peso, reduce volumen, aumento de rendimiento (eficiencia).
• Inconvenientes: Más compleja, puede generar ruidos e interferencias electromagnéticas.

Fuente de Alimentación Lineal

• Ventajas: Son, en general, lo opuesto a los inconvenientes de la conmutada (menos ruidosas, más simples).
• Inconvenientes: Son, en general, lo opuesto a las ventajas de la conmutada (más pesadas, voluminosas, menos eficientes).