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Tema 1. Introducción al hardware

      La idea de utilizar ayudas externas en tareas que exigen manejar grandes cantidades de información es tan antigua, como lo puedan ser los primeros dibujos prehistóricos: hace más de 4.000 años se empezaron a utilizar piedrecillas, o muesca en un trozo de madera o piedra, para llevar la contabilidad de los productos que se intercambiaban. Los egipcios, hace 3.000 años, ya manejaban nociones matemáticas relativamente avanzadas, que les permitían realizar cálculos complejos.
           El hardware del computador está conformado por una gran variedad de dispositivos, componentes y tecnologías electrónicas que han ido evolucionando con el paso del tiempo, desde circuitos electromecánicos hasta microprocesadores duales, tecnologías de conexión inalámbricas, impresoras laser, entre otras.

          A continuación se identificarán, conceptualizarán y describirán los componentes que conforman el hardware del computador, asimismo se hará una reseña histórica de su evolución en el tiempo, su situación actual y su proyección en el futuro.  

1.1. Concepto de hardware

       El hardware, comprende un aparato electrónico, capaz de interpretar y ejecutar comandos programados para operaciones de entrada, salida, cálculo y lógica.
       Las computadoras reciben entradas, producen salidas, procesan información y almacenan información, así como se explica brevemente a continuación.

       Todo sistema de computación tiene componentes de hardware dedicados a éstas funciones, entre éstas se encuentran las siguientes:

      •       Dispositivos de entrada

•       Dispositivos de salida
•       Unidad central de procesamiento. Es la computadora real, la "inteligencia" de un sistema de computación.
•   Memoria y dispositivos de almacenamiento.

       Cada dispositivo de entrada es sólo otra fuente de señales eléctricas; cada dispositivo de salida no es más que otro lugar al cual enviar señales; cada dispositivo de almacenamiento es lo uno o lo otro, dependiendo de lo que requiera el programa; no importa cuáles sean los dispositivos de entrada y salida si son compatibles.
      Los elementos fundamentales que justifican el uso de las computadoras, radican en que las computadoras son lo siguiente:

•       Útiles
•       Baratas, tanto con respecto a sí mismas como con respecto al costo de la mano de obra.
•       Fáciles de utilizar.

1.2. Clasificación evolutiva del hardware

       Teniendo en cuenta las diferentes etapas de desarrollo que tuvieron las computadoras, se consideran las siguientes divisiones como generaciones aisladas con características propias de cada una, las cuáles se explican en el siguiente gráfico:

1.2.1. Primera Generación (1951-1958) Bulbos

       Dentro de las características que comprenden la primera generación se encuentran las siguientes:

•       Sistemas constituidos por tubos de vacío, desprendían bastante calor y tenían una vida relativamente corta.
•       Máquinas grandes y pesadas. Se construye el ordenador ENIAC de grandes dimensiones (30 toneladas).
•       Alto consumo de energía. El voltaje de los tubos era de 300v y la posibilidad de fundirse era grande.
•       Almacenamiento de la información en tambor magnético interior. Un tambor magnético disponía en su interior del ordenador, recogía y memorizaba los datos y los programas que se le suministraban.
•       Continúas fallas o interrupciones en el proceso.
•       Requerían sistemas auxiliares de aire acondicionado especial.
•       Programación en lenguaje máquina, consistía en largas cadenas de bits, de ceros y unos, por lo que la programación resultaba larga y compleja.
•       Alto costo.
•       Uso de tarjetas perforadas para suministrar datos y los programas.
•       Computadora representativa UNIVAC y utilizada en las elecciones presidenciales de los E.U.A. en 1952.
•       Fabricación industrial. La iniciativa se aventuró a entrar en este campo e inició la fabricación de computadoras en serie.

1.2.2. Segunda generación (1959-1964) Transistores

        Cuando los tubos de vacío eran sustituidos por los transistores, estas últimas eran más económicas, más pequeñas que las válvulas miniaturizadas consumían menos y producían menos calor. Por todos estos motivos, la densidad del circuito podía ser aumentada sensiblemente, lo que quería decir que los componentes podían colocarse mucho más cerca unos a otros y ahorrar mucho más espacio.

       Dentro de las características que comprenden la segunda generación se encuentran las siguientes.

•       Transistor como potente principal. El componente principal es un pequeño trozo de semiconductor, y se expone en los llamados circuitos transistorizados.
•       Disminución del tamaño.
•       Disminución del consumo y de la producción del calor.
•       Su fiabilidad alcanza metas inimaginables con los efímeros tubos al vacío.
•       Mayor rapidez, la velocidad de las operaciones ya no se mide en segundos sino en microsegundos.
•       Memoria interna de núcleos de ferrita.
•       Instrumentos de almacenamiento: cintas y discos.
•       Mejoran los dispositivos de entrada y salida, para la mejor lectura de tarjetas perforadas, se disponía de células fotoeléctricas.
•       Introducción de elementos modulares.
•       Aumenta la confiabilidad.
•       Las impresoras aumentan su capacidad de trabajo.
•       Lenguajes de programación más potentes, ensambladores y de alto nivel (fortran, cobol y algol).
•       Aplicaciones comerciales en aumento, para la elaboración de nóminas, facturación y contabilidad, etc.

1.2.3. Tercera generación (1964 - 1971) Circuito integrado (chips).

       Dentro de las características que comprenden la tercera generación se encuentran las siguientes: 

•       Circuito integrado desarrollado en 1958 por Jack Kilbry.

•       Circuito integrado, miniaturización y reunión de centenares de elementos en una placa de silicio o (chip).

•       Menor consumo de energía.

•       Apreciable reducción de espacio.

•       Aumento de fiabilidad y flexibilidad.

•       Aumenta la capacidad de almacenamiento y se reduce el tiempo de respuesta.

•       Generalización de lenguajes de programación de alto nivel.

•       Compatibilidad para compartir software entre diversos equipos.

•       Computadoras en Serie 360 IBM.

•       Teleproceso: Se instalan terminales remotas, que acceden a la Computadora central para realizar operaciones, extraer o introducir información en Bancos de Datos, etc...

•       Multiprogramación: Computadora que pueda procesar varios programas de manera simultánea.

•       Tiempo Compartido: Uso de una computadora por varios clientes a tiempo compartido, pues el aparato puede discernir entre diversos procesos que realiza simultáneamente.

•       Renovación de periféricos.

•       Instrumentación del sistema.

•       Ampliación de aplicaciones: en procesos industriales, en la educación, en el hogar, agricultura, administración, juegos, etc.

•       La minicomputadora.

 1.2.4. Cuarta generación (1971-1982) Microcircuito integrado

      En la cuarta generación se debe tomar en cuenta el microprocesador, las memorias electrónicas y el sistema de tratamiento de base de datos, en el cuadro siguiente se explica cada uno.

        Dentro de las características principales que comprenden la cuarta generación se encuentran las siguientes.

 •       Microprocesador: Desarrollado por Intel Corporation a solicitud de una empresa Japonesa (1971).

       Circuito Integrado que reúne en la placa de Silicio las principales funciones de la computadora y que va montado en una estructura que facilita las múltiples conexiones con los restantes elementos.

•    Se minimizan los circuitos, aumenta la capacidad de almacenamiento.

•       Reducen el tiempo de respuesta.

•       Gran expansión del uso de las computadoras.

•       Memorias electrónicas más rápidas.

•   Sistemas de tratamiento de bases de datos.

•       Generalización de las aplicaciones: innumerables y afectan prácticamente a todos los campos de la actividad humana: medicina, hogar, comercio, educación, agricultura, administración, diseño,  ingeniería, etc...

•       Multiproceso.

•       Microcomputadora.

1.2.5 Quinta Generación y la Inteligencia Artificial (1982)

        El propósito de la Inteligencia Artificial es equipar a las Computadoras con "Inteligencia Humana" y con la capacidad de razonar para encontrar soluciones.

        Otro factor fundamental del diseño, la capacidad de la computadora para reconocer patrones y secuencias de procesamiento que haya encontrado previamente, (programación Heurística) que permita a la computadora recordar resultados previos e incluirlos en el procesamiento, en esencia, la computadora aprenderá a partir de sus propias experiencias usará sus datos originales para obtener la respuesta por medio del razonamiento y conservará esos resultados para posteriores tareas de procesamiento y toma de decisiones. El conocimiento recién adquirido le servirá como base para la próxima serie de soluciones.

       Dentro de las características que comprenden la quinta generación se encuentran las siguientes.

•       Mayor velocidad.

•       Mayor miniaturización de los elementos.

•       Aumenta la capacidad de memoria.

•       Multiprocesador (Procesadores interconectados).

 Lenguaje Natural

      Consiste en que las computadoras (y sus aplicaciones en robótica) puedan comunicarse con las personas sin ninguna dificultad de comprensión, ya sea oralmente o por escrito: hablar con las máquinas y que éstas entiendan nuestra lengua y también que se hagan entender en nuestra lengua.

      Lenguajes de programación: PROGOL (Programming Logic) y LISP (List Processing).

•       Máquinas activadas por la voz que pueden responder a palabras habladas en diversas lenguas y dialectos.

•       Capacidad de traducción entre lenguajes que permitirá la traducción instantánea de lenguajes hablados y escritos.

•       Elaboración inteligente del saber y número tratamiento de datos.

•       Características de procesamiento similares a las secuencias de procesamiento Humano.

        La inteligencia artificial recoge en su seno los siguientes aspectos fundamentales, como lo son los sistemas expertos, la robótica y el reconocimiento de la voz los cuales se explican a continuación.

Tema 2. Componentes de hardware

       El Hardware del computador está compuesto principalmente de la Unidad Central de Procesamiento (CPU), las memorias (RAM, ROM, Caché), los dispositivos de almacenamiento secundario y los dispositivos de entrada/salida, cada uno de ellos prestando funciones específicas, presentando sus propias características y tecnologías asociadas, las cuales se describirán a continuación:

        Los procesadores se describen en términos de su tamaño de palabra, su velocidad y la capacidad de su RAM asociada (v.g.32 bits, 333MHz, 64 MB), lo cual se explica brevemente a continuación en el siguiente cuadro.

      Todas las computadoras, desde el más pequeño microsistema hasta los más complejos, están compuestas de cuatro componentes básicos. Estos componentes comprenden CPU, el Hardware, El Software y el FirmWare, los cuales son explicados en detalle a continuación.

2.1. Unidad Central de Proceso

 También llamada CPU o UCP, está formado por dos unidades principales:

•       La Memoria Auxiliar. La capacidad de almacenamiento en memoria principal es limitada, situación diferente se presenta para la memoria auxiliar que es ilimitada, todo medio magnético, diskette, zip, cassette, cinta, disco, cd, etcétera, se considera como memoria auxiliar sirviendo este para guardar todos los datos y programas deseados.
•       Dispositivos de Entrada y/o Salida: Nunca debe haber confusión entre dispositivo y medio magnético, los dispositivos son las máquinas electromecánicas que manipulan los medios magnéticos.

        Existen dispositivos de entrada y/o salida de toda índole. Una computadora debe tener al menos un dispositivo de entrada y otro de salida o uno con las dos funciones.

Procesamiento de la Información

       Las computadoras son complejas desde el punto de vista técnico, pero simples desde el punto de vista conceptual. Un sistema de computadora tiene sólo tres componentes fundamentales para el procesamiento de información:

•       Unidades de Entrada

•       Unidades de Salida y/o Almacenamiento

•       Unidades de Proceso

       La Unidad de Proceso es la más importante. Es la responsable de todo el trabajo en la computadora. Controla el ingreso, almacenaje, proceso y salida de los datos por medio de órdenes directas o previamente almacenadas. A la unidad de proceso también se le conoce popularmente como CPU.

      Un sistema de cómputo puede compararse con el sistema biológico del cuerpo humano. El cerebro es la unidad de proceso, los ojos y oídos son componentes de entrada que envían señales al cuerpo. Las cuerdas vocales, por ejemplo, podrían ser los componentes de salida.

       El sistema de informe de calificaciones, ilustra la interacción entre los tres componentes del sistema de computadora. Las calificaciones que los alumnos obtienen en sus clases son proporcionadas como entrada al sistema. Estas se almacenan (salida) en el archivo personal de cada estudiante. El informe de calificaciones se produce cuando el componente de procesamiento ejecuta un programa, generando un reporte impreso de calificaciones.

      Los datos se introducen (entrada) utilizando generalmente un teclado semejante al de una máquina de escribir, y se visualiza (salida) en una pantalla parecida a una televisión.

Conclusión

      La clasificación evolutiva del hardware del computador electrónico, está dividida en generaciones, donde cada una supone un cambio tecnológico muy notable. El origen de las primeras es sencillo de establecer, ya que en ellas el hardware fue sufriendo cambios radicales: 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 establecer las nuevas generaciones, ya que los cambios han sido graduales y existe cierta continuidad en las tecnologías usadas. En principio, se pueden distinguir las cuatro generaciones:

 1ª Generación: Electrónica implementada con tubos de vacío. Fueron las primeras máquinas que desplazaron los componentes electromecánicos.

 2ª Generación: Electrónica desarrollada con transistores. La lógica discreta era muyparecida a la anterior, pero la implementación resultó mucho más pequeña, reduciendo, entre otros factores, el tamaño de un computador en notable escala.

3ª Generación: Electrónica basada en circuitos integrados. Esta tecnología permitió integrar cientos de transistores y otros componentes electrónicos en un único circuito integrado conformando una pastilla de silicio. Las computadoras redujeron así considerablemente su costo y tamaño, incrementándose su capacidad, velocidad y fiabilidad, hasta producir maquinas como las que existen en la actualidad.

 4ª Generación: Probablemente se originará cuando los circuitos integrados a alta escala de silicio sean reemplazados por un nuevo tipo de tecnología.

        La aparición del microprocesador marca un hito de relevancia, y para muchos autores constituye el inicio de la cuarta generación. A diferencia de los cambios tecnológicos de las anteriores, su invención no supuso la desaparición radical de los computadores que no lo utilizaban. Así, aunque el microprocesador 4004 fue lanzado al mercado en 1971, todavía a comienzo de los 80's había computadores, como el PDP-11/44,8 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 integrados VLSI, 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 y MSI aun coexistían exitosamente hasta bien entrados los 90.

 5ª Generación: es la generación llamada “la generación del futuro”, donde ya las tecnologías asociadas a la computación, informática, electrónica, nanoelectrónica, las telecomunicaciones y la telemática tienen aplicaciones mucho más complejas realizando inclusive procesos propios del desempeño humano, conformando así la Realidad Virtual, la Robótica, la Automatización de los Procesos, entre otras.