Conceptos Básicos de Hardware
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El hardware Se refiere al soporte físico, al conjunto de elementos materiales que. componen una computadora.
El hardware completo de un sistema puede estar en una sola unidad, o distribuido en varios componentes individuales. A través de las partes del hardware, todas las computadoras modernas utilizan chips para almacenar y procesar la información. Un chip es una pastilla de silicio que contiene componentes electrónicos en miniatura, llamados semiconductores, una computadora puede tener muchos chips, que llevan a cabo varias funciones. El chip o chips que procesan o "piensan" constituyen launidad de procesamiento central (CPU, de Central Processing Unit).
La CPU está conformada por dos unidades principales: la unidad de control y la unidad aritmética y lógica.
Unidad de control. Representa el "corazón" de la computadora. Se encarga de controlar y coordinar toda la actividad del procesamiento de datos, incluyendo lo siguiente:
Unidad aritmética y lógica. Esta unidad es la encargada de ejecutar todos los cálculos matemáticos (+, -, *, /, etc.) y todas las comparaciones lógicas. Los datos para hacer los cálculos y comparaciones son trasladados de la memoria principal a esta unidad, se ejecutan los cálculos y los resultados son enviados de nuevo a la memoria principal. El Hardware debe realizar cuatro tareas vitales: 1. - Entrada: El usuario ingresa los datos e instrucciones en la computadora, utilizando, por ejemplo el teclado. 2. - Procesamiento: La computadora procesa o manipula esas instrucciones o datos. 3. - Salida: La computadora comunica sus resultados al usuario; por ejemplo, desplegando la información en un monitor, o imprimiéndola. 4. - Almacenamiento secundario: La computadora coloca la información en un almacenador electrónico del que puede recuperarse más tarde. Los dispositivos de entrada, salida y almacenamiento secundario se conocen como periféricos, porque están fuera del procesador central. Dispositivos de entrada Dispositivos manuales de entrada para ingresar datos en la computadora. Teclado: El dispositivo de entrada normal es el teclado. Mouse: Dispositivo de señalamiento llamado también ratón. El usuario arrastra el Mouse a lo largo de una superficie rugosa para maniobrar un apuntador en la pantalla del monitor. Un Mouse desliza una bola de ciertas dimensiones y estos rodamientos se convierten en impulsos eléctricos interpretables por la computadora. Los botones del Mouse permiten ejecutar los comandos. Laser omnidireccional Es un lector que envía un patrón de rayos laser y que permite leer un símbolo de código de barras sin importar la orientación del mismo. Entrada de voz: Los dispositivos de entrada de voz convierten la emisión vocal de una persona en señales digitales. La mayoría de estos sistemas son entrenados para reconocer los comandos que el usuario da verbalmente. La computadora identifica los patrones de las palabras habladas con patrones almacenados en su memoria. Pantallas sensibles al tacto: Las pantallas sensibles al tacto permiten dar comandos a la computadora tocando ciertas partes de la pantalla. Generalmente el usuario oprime un recuadro que corresponde a un elemento o un menú y el programa responden con una o más pantallas de información. Lectores de código de barras: Son rastreadores o "Scanners" fotoeléctricos que leen las barras verticales que conforman un código. Rastreadores o "Scanners": Convierten texto, fotografías y gráficas a color o blanco y negro, a una forma que puede leer una computadora. Procesamiento. Las computadoras manejan la información en la unidad de procesamiento que incluye el cerebro de la computadora y todos los dispositivos que la conectan con el hardware de entrada y salida. El procesador tiene cuatro partes: microprocesador, memoria primaria, buses y tablillas, e interfaces. Dispositivos de salida. Los dispositivos de salida convierten la información que sale de una computadora en imágenes en pantalla, impresos en papel o en otras formas. Los usuarios evalúan un sistema de microcomputación según la calidad de la salida que producen, demandando que esta sea exacta, fácil de leer y de rápida obtención. Monitores: El monitor o pantalla de vídeo, es el dispositivo de salida primario. Algunos monitores forman parte del cuerpo de la computadora, mientras que otros pueden estar separados del mismo. El monitor es una parte de la computadora a la que muchas veces no le damos la importancia que se merece. Impresoras: Las impresoras producen salida en el papel utilizando tecnologías de matriz de puntos, térmicas, de ruedas de margarita, chorro de tinta y láser. Las impresoras que no usan impacto generan una copia a la vez, mientras que las impresoras de impacto pueden utilizar papel carbón para imprimir múltiples copias. Almacenamiento secundario. En contraste con el almacenamiento primario, el almacenamiento secundario, está fuera de la CPU y puede almacenar datos indefinidamente (la memoria no se pierde cuando se interrumpe el suministro de electricidad). Los datos del almacenamiento secundario pueden ingresarse a una computadora mediante un disquete o algún otro medio de almacenamiento cuando el usuario determina que la computadora necesita la información. El proceso de transferencia de datos a un equipo de cómputo se conoce como procedimiento de lectura. El procedimiento de transferencia de datos desde la computadora hacia el almacenamiento secundario se denomina procedimiento de escritura.
También se agrega un apartado de conceptos de hardware orientado a la materia de sistemas operativos
Compaginación de almacenamiento. La compaginación del almacenamiento se utiliza para acelerar el acceso al almacenamiento primario (memoria RAM), al dividir el dispositivo de almacenamiento en localidades de memoria para almacenar la información. 1. LOCALIDADES ADYACENTES. El sistema operativo guarda la información de manera contigua. La información queda compactada. El acceso es más rápido. 2. LOCALIDADES NO ADYACENTES. El sistema operativo guarda la información en espacios no contiguos. La información queda esparcida. El acceso es más lento.
Registro de relocalización (reubicación) Permite relocalizar de forma dinámica los programas y/o información en memoria. Se añade a cada dirección que genere el programa o información en memoria, de esta manera el sistema proporciona un registro para localizar el programa donde quiera que se encuentre. Utilización del Buffer Un buffer es un área del almacenamiento primario destinada a contener datos durante transferencias de entrada/salida. Durante le entrada, los datos son colocados en el buffer (ya que ocupan demasiada memoria). Cuando termina la transferencia el procesador ya puede accesar a los datos. NOTA: El buffer NO utiliza localidades de memoria porque ocuparía muchísima. Protección del almacenamiento La protección del almacenamiento limita el número de direcciones que un programa puede referenciar. Se utiliza para evitar que los programas se interfieran entre sí. El sistema operativo debe ser capaz de proteger determinadas áreas del acceso a usuarios, mediante registros límites o claves de protección de almacenamiento.
Se puede implantar a través de: a) Registros límites.Definen la dirección superior e inferior del bloque de almacenamiento. b) Claves de protección del almacenamiento. Asociadas con áreas de memoria principal (un programa puede hacer referencia a localidades de memoria solamente en aquellas áreas cuyas claves coincidan con la clave del programa). Operación en línea & Operación fuera de línea Operación en línea. Los dispositivos periféricos están conectados al procesador. Es decir, el procesador se incluye en las operaciones, por ejemplo la lectura/escritura en memoria RAM. -Operación fuera de línea.Los dispositivos periféricos son manejados por unidades de control que no están conectadas al cpu. Estas unidades de control hacen posible manejar los dispositivos periféricos sin cargar directamente al procesador. Hacen posible manejar dispositivos periféricos sin que esto represente una carga directa al procesador, por ejemplo, una operación para pasar información de una memoria flash a un cd. Temporizadores y relojes Un Temporizador de intervalos es un circuito que controla el pulso del reloj del sistema, es útil en sistemas de usuarios múltiples para prevenir que un solo usuario monopolice el procesador. El reloj controla las actividades dentro del sistema. Es de cristal de cuarzo. El sistema cuenta con dos tipos de reloj: 1. Reloj horario. Lleva la hora y fecha del sistema. 2. Reloj de procesos. Envía interrupciones al cpu de manera periódica para la sincronización en los procesos (tiempo de ejecución) Para sincronizar los procesos el sistema almacena un valor en un registro o variable denominado QUANTUM el cual se va decrementando cada ciclo de reloj, cuando llega a 0 lanza un proceso que ejecutará las operaciones necesarias.
Canales de entrada/salida Los módulos de E/S (un controlador de disco, por ejemplo) pueden intercambiar datos directamente con el procesador. Al igual que el procesador puede iniciar una lectura o escritura en la memoria, indiciando la dirección de una ubicación específica, el procesador también puede leer datos de un módulo de E/S o escribir datos en un módulo de E/S. Un canal es un sistema computacional de propósito especial dedicado al manejo de entrada/salida con independencia del procesador central. El verdadero mérito de los canales de entrada/salida consiste en aumentar en gran medida la cantidad de actividad concurrente de hw posible y evitar al procesador la mayor parte de la carga de manejar E/S (esto por medio de sus controladores).
Robo de ciclo (de reloj) Un punto de conflicto entre los canales y el procesador está en el acceso al almacenamiento primario. Como no puede estar en marcha más que un solo acceso a la vez (a la memoria), y como no es posible que tanto los canales como el procesador quieran tener acceso al almacenamiento primario de forma simultánea, en general, se da prioridad a los canales. Esto se llama robo de ciclo , los canales literalmente, roban ciclos al procesador.
Estado problema & Estado supervisor Estado problema o Estado de usuario. Cuando el cpu se encuentra ejecutando una actividad y se impide la ejecución directa de operaciones de entrada/salida.
Estado supervisor. El sistema operativo trabajando en un sistema, entra a un estado supervisor con todos los privilegios necesarios para cumplir con las tareas designadas.
Almacenamiento virtual Los sistemas de almacenamiento virtual permiten a los programas hacer referencia a espacios de direcciones mucho mayores que los espacios de direcciones disponibles en el almacenamiento primario. El sistema operativo se vale de los dispositivos de almacenamiento secundario para hacer el almacenamiento virtual. Ofrece la ventaja de incrementar la capacidad de memoria.
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