Pedeorelha | Cómo funcionan las PC

Rudolf Cole
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La mayoría de nosotros usamos una computadora todos los días, pero pocas personas conocen el funcionamiento interno de esta parte vital de nuestras vidas. © iStockphoto.com / spxChrome

La palabra computadora se refiere a un objeto que puede aceptar alguna entrada y producir alguna salida. De hecho, el cerebro humano en sí mismo es una computadora sofisticada y los científicos están aprendiendo más sobre cómo funciona cada año que pasa. Sin embargo, nuestro uso más común de la palabra computadora es para describir un dispositivo electrónico que contiene un microprocesador..

Un microprocesador es un pequeño dispositivo electrónico que puede realizar cálculos complejos en un abrir y cerrar de ojos. Puede encontrar microprocesadores en muchos dispositivos que usa a diario, como automóviles, refrigeradores y televisores. El dispositivo con microprocesador más reconocido es la computadora personal o PC. De hecho, el concepto de computadora se ha convertido casi en sinónimo del término PC..

Cuando escuche la PC, probablemente visualice un dispositivo cerrado con una pantalla de video adjunta, un teclado y algún tipo de dispositivo señalador, como un mouse o un panel táctil. También puede imaginar diferentes formas de PC, como computadoras de escritorio, torres y portátiles. El término PC se ha asociado con ciertas marcas, como los procesadores Intel o los sistemas operativos de Microsoft. En este artículo, sin embargo, definimos una PC como un dispositivo informático más general con estas características:

diseñado para ser utilizado por una persona a la vez
ejecuta un sistema operativo para interactuar entre el usuario y el microprocesador
tiene ciertos componentes internos comunes descritos en este artículo, como una CPU y RAM
ejecuta aplicaciones de software diseñadas para actividades específicas de trabajo o juego
permite agregar y eliminar hardware o software según sea necesario

La historia de las PC se remonta a la década de 1970, cuando un hombre llamado Ed Roberts comenzó a vender kits de computadora basados en un chip de microprocesador diseñado por Intel. Roberts llamó a su computadora Altair 8800 y vendió los kits sin ensamblar por $ 395. Popular Electronics publicó una historia sobre el kit en su edición de enero de 1975 y, para sorpresa de casi todos, los kits se convirtieron en un éxito instantáneo. Así comenzó la era de la computadora personal [fuentes: Cerruzi, Lasar].

Si bien el Altair 8800 fue la primera computadora personal real, fue el lanzamiento del Apple II un par de años más tarde lo que marcó el inicio de la PC como un electrodoméstico codiciado. El Apple II, de los inventores Steve Jobs y Steve Wozniak, demostró que había una demanda de computadoras en los hogares y las escuelas. Poco después, empresas informáticas de larga trayectoria como IBM y Texas Instruments se lanzaron al mercado de las PC, y nuevas marcas como Commodore y Atari se lanzaron al juego..

En este artículo, veremos el interior de la PC para conocer sus partes y lo que hacen. También veremos el software básico que se usa para arrancar y ejecutar una PC. Luego, cubriremos las PC móviles y examinaremos el futuro de la tecnología de PC..

Contenido

Componentes principales de PC
Puertos, periféricos y ranuras de expansión
Encender una PC
Sistemas operativos de PC
El futuro de las PC
Computación personal portátil

Para ver cómo funciona una PC, comencemos con las piezas que se unen para formar la máquina. Los siguientes son los componentes comunes a las PC en el orden en que normalmente se ensamblan:

Caso -- Si está usando una computadora portátil, la carcasa de la computadora incluye teclado y pantalla. Para las PC de escritorio, la carcasa suele ser algún tipo de caja con luces, conductos de ventilación y lugares para conectar los cables. El tamaño de la caja puede variar desde pequeñas unidades de mesa hasta torres altas. Un caso más grande no siempre implica una computadora más poderosa; es lo que hay dentro lo que cuenta. Los constructores de PC diseñan o seleccionan una carcasa según el tipo de placa base que debe caber dentro.

tarjeta madre -- La placa de circuito principal dentro de su PC es su placa base. Todos los componentes, por dentro y por fuera, se conectan a través de la placa base de alguna manera. Los otros componentes enumerados en esta página son extraíbles y, por lo tanto, reemplazables sin reemplazar la placa base. Sin embargo, varios componentes importantes están conectados directamente a la placa base. Estos incluyen el semiconductor complementario de óxido de metal (CMOS), que almacena cierta información, como el reloj del sistema, cuando la computadora está apagada. Las placas base vienen en diferentes tamaños y estándares, siendo los más comunes al momento de escribir este artículo ATX y MicroATX. A partir de ahí, las placas base varían según el tipo de componentes extraíbles que están diseñadas para manejar internamente y qué puertos están disponibles para conectar dispositivos externos..

Fuente de alimentación -- Además de su CMOS, que funciona con una batería CMOS reemplazable en la placa base, todos los componentes de su PC dependen de su fuente de alimentación. La fuente de alimentación se conecta a algún tipo de fuente de alimentación, ya sea una batería en el caso de las computadoras móviles o una toma de corriente en el caso de las computadoras de escritorio. En una PC de escritorio, puede ver la fuente de alimentación montada dentro de la carcasa con una conexión de cable de alimentación en el exterior y un puñado de cables conectados en el interior. Algunos de estos cables se conectan directamente a la placa base, mientras que otros se conectan a otros componentes como unidades y ventiladores..

Unidad Central de Procesamiento (CPU) -- La CPU, a menudo llamada simplemente procesador, es el componente que contiene el microprocesador. Ese microprocesador es el corazón de todas las operaciones de la PC, y el rendimiento tanto del hardware como del software depende del rendimiento del procesador. Intel y AMD son los mayores fabricantes de CPU para PC, aunque también encontrará otros en el mercado. Las dos arquitecturas de CPU comunes son de 32 bits y 64 bits, y encontrará que cierto software se basa en esta distinción de arquitectura.

Memoria de acceso aleatorio (RAM) -- Incluso el procesador más rápido necesita un búfer para almacenar información mientras se procesa. La RAM es para la CPU como una encimera es para un cocinero: sirve como el lugar donde los ingredientes y herramientas con los que está trabajando esperan hasta que necesite recogerlos y usarlos. Tanto una CPU rápida como una gran cantidad de RAM son necesarias para una PC veloz. Cada PC tiene una cantidad máxima de RAM que puede manejar, y las ranuras en la placa base indican el tipo de RAM que requiere la PC.

Drives -- Una unidad es un dispositivo destinado a almacenar datos cuando no está en uso. Un disco duro o unidad de estado sólido almacena el sistema operativo y el software de una PC, que veremos más de cerca más adelante. Esta categoría también incluye unidades ópticas como las que se utilizan para leer y escribir CD, DVD y Blu-ray. Una unidad se conecta a la placa base según el tipo de tecnología de controlador de unidad que utiliza, incluido el estándar IDE más antiguo y el estándar SATA más nuevo.

Dispositivos de enfriamiento -- Cuanto más procesa su computadora, más calor genera. La CPU y otros componentes pueden soportar una cierta cantidad de calor. Sin embargo, si una PC no se enfría correctamente, puede sobrecalentarse y causar daños costosos a sus componentes y circuitos. Los ventiladores son el dispositivo más común utilizado para enfriar una PC. Además, la CPU está cubierta por un bloque metálico llamado disipador de calor, que extrae el calor de la CPU. Algunos usuarios serios de computadoras, como los jugadores, a veces tienen soluciones de gestión del calor más caras, como un sistema refrigerado por agua, diseñado para hacer frente a demandas de refrigeración más intensas..

Cables -- Todos los componentes que hemos mencionado hasta ahora están conectados mediante alguna combinación de cables. Estos cables están diseñados para transportar datos, energía o ambos. Las PC deben construirse de manera que los cables se plieguen ordenadamente dentro de la carcasa y no bloqueen el flujo de aire a través de ella.

Una PC suele ser mucho más que estos componentes básicos. A continuación, veremos los puertos y periféricos que le permiten interactuar con la computadora y cómo puede agregar aún más componentes usando ranuras de expansión..

Idealmente, su computadora tendrá suficientes puertos para que no tenga que mezclar todos sus accesorios. Si se encuentra en un atasco como este, considere si necesita o no todos esos periféricos. © iStockphoto.com / andres balcazar

Los componentes centrales que hemos analizado hasta ahora constituyen la potencia de procesamiento central de una PC. Sin embargo, una PC necesita componentes adicionales para interactuar con usuarios humanos y otras computadoras. Las siguientes son las partes de la PC que hacen que esto suceda:

Componentes gráficos -- Si bien algunas placas base tienen gráficos integrados, otras incluyen lo que se llama una ranura de expansión, donde puede deslizar una tarjeta de video separada. En ambos casos, los componentes de video en una PC procesan algunos de los datos gráficos complejos que van a la pantalla, quitando parte de la carga de su CPU. Una placa base acepta tarjetas de video basadas en una interfaz específica, como el estándar AGP más antiguo o uno de los estándares PCI más nuevos.

Puertos -- La palabra puerto se usa a menudo para describir un lugar en el exterior de su PC donde puede conectar un cable. Describe un puerto por su uso, como un puerto USB o un puerto Ethernet. (Tenga en cuenta que la palabra puerto también se utiliza para describir una conexión de software cuando dos piezas de hardware intentan comunicarse). Muchos puertos están conectados directamente a la placa base. Algunos de los puertos que encontrará en una PC incluyen los siguientes:

Puertos USB
puertos de red, normalmente Ethernet y FireWire
Puertos de video, generalmente alguna combinación de VGA, DVI, RCA / componente, S-Video y HDMI
puertos de audio, por lo general alguna combinación de miniconectores de audio analógicos o RCA
Puertos heredados o puertos que siguen estándares antiguos que rara vez se usan en computadoras modernas, como puertos de impresora paralelos y puertos PS2 para un teclado y mouse.

Periféricos -- Cualquier pieza de hardware que no esté montada dentro de la carcasa de una PC se denomina periférico. Esto incluye sus dispositivos básicos de entrada y salida: monitores, teclados y ratones. También incluye impresoras, altavoces, auriculares, micrófonos, cámaras web y unidades flash USB. Todo lo que pueda conectar a un puerto de la PC es uno de los periféricos de la PC. Los periféricos esenciales (como monitores) no son necesarios en las computadoras portátiles, que los tienen integrados.

Ranuras de expansión -- En ocasiones, querrá agregar componentes a una PC que no tenga una ranura designada en algún lugar de la placa base. Es por eso que la placa base incluirá una serie de ranuras de expansión. Los componentes extraíbles diseñados para encajar en las ranuras de expansión se denominan tarjetas, probablemente debido a su estructura plana parecida a una tarjeta. Con las ranuras de expansión, puede agregar tarjetas de video adicionales, tarjetas de red, puertos de impresora, receptores de TV y muchas otras adiciones personalizadas. La tarjeta debe coincidir con el tipo de ranura de expansión, ya sea del tipo ISA / EISA heredado o de los tipos PCI, PCI-X o PCI Express más comunes.

Ahora que hemos visto las partes de una PC, presionemos el botón de encendido y veamos qué lo hace arrancar..

Cuando enciende una PC por primera vez, la máquina pasa por varios procesos internos antes de que esté lista para su uso. Esto se llama proceso de arranque o arranque de la PC. Boot es la abreviatura de bootstrap, una referencia al viejo adagio, "Levántate por el bootstraps", que significa comenzar algo desde el principio. El proceso de arranque está controlado por el sistema básico de entrada y salida (BIOS) de la PC..

El BIOS es un software almacenado en un chip de memoria flash. En una PC, el BIOS está integrado en la placa base. De vez en cuando, un fabricante de PC lanzará una actualización para el BIOS, y usted puede seguir cuidadosamente las instrucciones para "actualizar el BIOS" con el software actualizado..

Además de controlar el proceso de arranque, el BIOS proporciona una interfaz de configuración básica para los componentes de hardware de la PC. En esa interfaz, puede configurar cosas como el orden para leer las unidades durante el arranque y qué tan rápido se debe permitir que se ejecute el procesador. Consulte la documentación de su PC para averiguar cómo ingresar a su interfaz BIOS. Esta información a menudo también se muestra cuando inicia la computadora por primera vez, con un mensaje como, "Presione SUPR para ingresar al menú de configuración".

El siguiente es un resumen del proceso de arranque en una PC:

El botón de encendido activa la fuente de alimentación en la PC, enviando energía a la placa base y otros componentes.
La PC realiza una autoprueba de encendido (POST). POST es un pequeño programa de computadora dentro del BIOS que busca fallas de hardware. Un solo pitido después del POST indica que todo está bien. Otras secuencias de pitidos indican una falla de hardware, y los especialistas en reparación de PC comparan estas secuencias con una tabla para determinar qué componente ha fallado..
La PC muestra información en el monitor adjunto que muestra detalles sobre el proceso de arranque. Estos incluyen el fabricante y la revisión del BIOS, las especificaciones del procesador, la cantidad de RAM instalada y las unidades detectadas. Muchas PC han reemplazado la visualización de esta información con una pantalla de presentación que muestra el logotipo del fabricante. Puede apagar la pantalla de bienvenida en la configuración del BIOS si prefiere ver el texto.
El BIOS intenta acceder al primer sector de la unidad designado como disco de arranque. El primer sector son los primeros kilobytes del disco en secuencia, si la unidad se lee secuencialmente comenzando con la primera dirección de almacenamiento disponible. El disco de arranque suele ser el mismo disco duro o unidad de estado sólido que contiene su sistema operativo. Puede cambiar el disco de arranque configurando el BIOS o interrumpiendo el proceso de arranque con una secuencia de teclas (a menudo se indica en las pantallas de arranque).
El BIOS confirma que hay un cargador de arranque, o cargador de arranque, en ese primer sector del disco de arranque, y carga ese cargador de arranque en la memoria (RAM). El cargador de arranque es un pequeño programa diseñado para encontrar e iniciar el sistema operativo de la PC.
Una vez que el cargador de arranque está en la memoria, el BIOS entrega su trabajo al cargador de arranque, que a su vez comienza a cargar el sistema operativo en la memoria..
Cuando el cargador de arranque finaliza su tarea, transfiere el control de la PC al sistema operativo. Entonces, el sistema operativo está listo para la interacción del usuario.

Ahora que estamos todos encendidos, ¿qué sigue? Gran parte del funcionamiento de las PC depende del sistema operativo que utilice. En la siguiente sección, examinemos cómo funcionan los sistemas operativos en una PC.

Microsoft Windows sigue siendo el sistema operativo más popular del mundo. © iStockphoto.com / Tuomas Kujansuu

Después de que se inicia una PC, puede controlarla a través de un sistema operativo o SO para abreviar. Al momento de escribir este artículo, la mayoría de las PC que no son de Apple ejecutan una versión de Microsoft Windows o una distribución de Linux. Estos sistemas operativos están diseñados para ejecutarse en varios tipos de hardware de PC, mientras que Mac OS X está diseñado principalmente para hardware de Apple..

Un sistema operativo es responsable de varias tareas. Estas tareas se dividen en las siguientes categorías generales:

Gestión de procesadores -- desglosa el trabajo del procesador en fragmentos manejables y los prioriza antes de enviarlos a la CPU.
Gestión de la memoria -- coordina el flujo de datos dentro y fuera de la RAM, y determina cuándo utilizar la memoria virtual en el disco duro para complementar una cantidad insuficiente de RAM.
Gestión de dispositivos -- proporciona una interfaz basada en software entre los componentes internos de la computadora y cada dispositivo conectado a la computadora. Los ejemplos incluyen interpretar la entrada del teclado o el mouse o ajustar los datos gráficos a la resolución de pantalla correcta. Las interfaces de red, incluida la administración de su conexión a Internet, también se incluyen en el segmento de administración de dispositivos..
Administración de almacenamiento -- indica dónde deben almacenarse los datos de forma permanente en discos duros, unidades de estado sólido, unidades USB y otras formas de almacenamiento. Por ejemplo, las tareas de administración de almacenamiento ayudan a crear, leer, editar, mover, copiar y eliminar documentos..
Interfaz de aplicación -- proporciona intercambio de datos entre los programas de software y la PC. Una aplicación debe estar programada para funcionar con la interfaz de la aplicación para el sistema operativo que está utilizando. Las aplicaciones también suelen estar diseñadas para versiones específicas de un sistema operativo. Verá esto en los requisitos de la aplicación con frases como "Windows Vista o posterior" o "solo funciona en sistemas operativos de 64 bits".
Interfaz de usuario (UI) - proporciona una forma de interactuar con la computadora.

A partir de ahí, tome nota para ver nuestro artículo Cómo funcionan los sistemas operativos para obtener más detalles sobre cómo funciona un sistema operativo en una PC. Además, consulte cuando desee saber cómo funcionan aplicaciones y dispositivos específicos en su PC.

Veamos ahora el futuro de las PC en general y la forma en que los fabricantes de PC han conquistado los desafíos de portabilidad de la informática móvil..

Desde que la primera PC salió al mercado, los modelos más nuevos y mejores han hecho obsoletos a los modelos más antiguos a los pocos meses de su producción. Las tecnologías de unidades como SATA reemplazaron a IDE y las ranuras de expansión PCI reemplazaron a ISA y EISA. Sin embargo, el indicador más destacado del progreso tecnológico en una PC es su CPU y el microprocesador dentro de esa CPU..

Los microprocesadores de silicio han sido el corazón del mundo de la informática desde la década de 1950. Durante ese tiempo, los fabricantes de microprocesadores han agregado más transistores y mejoras a los microprocesadores. En 1965, el fundador de Intel, Gordon Moore, predijo que los microprocesadores duplicarían su complejidad cada dos años. Desde entonces, esa complejidad se ha duplicado cada 18 meses y los expertos de la industria denominaron la predicción Ley de Moore. Muchos expertos han predicho que la Ley de Moore llegará a su fin pronto debido a las limitaciones físicas de los microprocesadores de silicio [fuente: PBS].

Sin embargo, al momento de escribir estas líneas, las capacidades de los transistores de los procesadores continúan aumentando. Esto se debe a que los fabricantes de chips encuentran constantemente nuevas formas de grabar transistores en el silicio. Los diminutos transistores ahora se miden en nanómetros, que es una mil millonésima parte de un metro. Los átomos en sí miden aproximadamente 0,5 nm, y los procesos de producción más actuales para microprocesadores pueden producir transistores que miden 45 nm o 32 nm. Cuanto menor sea ese número, más transistores encajarán en un chip y, por lo tanto, más potencia de procesamiento será capaz de producir el chip. En mayo de 2011, Intel estaba trabajando en un proceso de fabricación de 22 nm, con el nombre en código Ivy Bridge, que utiliza transistores con un diseño de conservación de energía llamado Tri-Gate [fuentes: BBC, Intel].

Entonces, ¿qué sucede cuando llegamos al final de la ley de Moore? Un nuevo medio de procesamiento de datos podría asegurar que el progreso continúe. Los sucesores potenciales son aquellos que demuestran ser un medio más poderoso de realizar las funciones computacionales básicas de un procesador. Los microprocesadores de silicio se han basado en el transistor tradicional de dos estados durante más de 50 años, pero inventos como las computadoras cuánticas están cambiando el juego..

Las computadoras cuánticas no se limitan a los dos estados de 1 o 0. Codifican la información como bits cuánticos o qubits. Un qubit puede ser un 1 o un 0, o puede existir en una superposición que es simultáneamente 1 y 0 o en algún punto intermedio. Los Qubits representan átomos que trabajan juntos para servir tanto como memoria de computadora como como microprocesador. Debido a que una computadora cuántica puede contener estos múltiples estados simultáneamente, tiene el potencial de ser millones de veces más poderosa que las supercomputadoras más poderosas de la actualidad. La tecnología de la computación cuántica se encuentra todavía en sus primeras etapas, pero los científicos ya están probando el concepto con resultados reales y medibles. Asegúrese de consultar Cómo funcionan las computadoras cuánticas para obtener más información sobre este increíble avance.

El tiempo dirá si el poder de las computadoras cuánticas llegará alguna vez a la PC promedio. Mientras tanto, aún puede llevar mucha potencia de procesamiento con usted gracias a las PC móviles, que veremos a continuación..

Los dispositivos informáticos móviles seguirán siendo cada vez más importantes en el mercado de las PC. © iStockphoto.com / Oleksiy Mark

Incluso antes de la PC, los fabricantes de computadoras estaban conceptualizando computadoras portátiles. Fue el IBM PC Convertible de 12 libras el que puso en producción el concepto de computadora portátil en 1986. Desde entonces, las computadoras portátiles se han vuelto más pequeñas y livianas, y su potencia de procesamiento ha mejorado junto con las PC de escritorio [fuente: IBM].

Hoy en día, la industria de la computación reconoce otras clases de computadoras móviles. Una clase, el portátil, se ha convertido casi en sinónimo de portátil. El término se usó originalmente para indicar un primo más pequeño y liviano de la computadora portátil. Otra clase, la netbook, es incluso más pequeña que las computadoras portátiles, aunque también es más barata y menos potente. La clasificación probablemente se llama así por su público objetivo: aquellos que desean una interfaz muy básica para usar Internet..

La informática móvil va incluso más allá que los portátiles y los netbooks. Muchos teléfonos inteligentes y tabletas tienen tanta potencia de procesamiento como los portátiles, empaquetados en paquetes más pequeños. Las diferencias clave incluyen un tamaño y resolución de pantalla más pequeños, menos puertos externos, capacidad de teléfono celular y tecnología de pantalla táctil, además o en lugar de un teclado..

En el lado del software, los sistemas operativos de PC también están mejorando la portabilidad. Por ejemplo, Google Chrome OS minimiza la necesidad de espacio en el disco duro al depender del acceso a aplicaciones web y almacenamiento en la nube. Esto significa que una netbook limitada a una unidad de estado sólido de 64 GB tiene el potencial de ser tan útil como una computadora portátil con una unidad de disco de 500 GB. Naturalmente, las aplicaciones grandes que no están habilitadas para la Web son la excepción a esta ventaja de ahorro de espacio..

En este artículo, analizamos cómo funciona una PC y hacia dónde se dirige la tecnología de la PC. Una cosa es segura: la PC evolucionará. Será más rápido. Tendrá más capacidad. Y seguirá siendo una parte integral de nuestras vidas..

Para mucho más sobre computadoras personales, haga clic en la página siguiente.

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Archivos de IBM: IBM Personal Computer
Microsoft: una historia de Windows

Fuentes

Noticias de la BBC. "Intel presenta el procesador Ivy Bridge 3D de 22 nm". BBC. 4 de mayo de 2011. (1 de noviembre de 2011) http://www.bbc.co.uk/news/technology-13283882
Ceruzzi, Paul E. "Una historia de la informática moderna, 2ª edición". Instituto de Tecnología de Massachusetts. 2003.
Lenovo. "Historia de la Compañía." (1 de noviembre de 2011) http://www.lenovo.com/lenovo/us/en/history.html
Intel. "De la arena al silicio: la fabricación de un chip: tecnología de proceso de 32 nm". Corporación Intel. (1 de noviembre de 2011) http://www.intel.com/pressroom/kits/chipmaking/index.htm
Lasar, Matthew. "¿Quién inventó la computadora personal? (Pista: no IBM)". Ars Technica. Condé Nast Digital. Junio de 2011. (31 de octubre de 2011) http://arstechnica.com/tech-policy/news/2011/06/did-ibm-invent-the-personal-computer-answer-no.ars
PBS.org. "El primer transistor de silicio". ScienCentral, Inc. y el Instituto Americano de Física. 1999. (1 de noviembre de 2011) http://www.pbs.org/transistor/science/events/silicont1.html

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