Arquitectura del Computador

Contenidos

1. Sistemas de Numeración
   • Codificación Binaria
   • Otros Sistemas Matemáticos de numeración:
     • Octal
     • Hexadecimal
   • Tipos de operaciones:
     • Operación Aritméticas
     • Operación Lógicas
   • Codificación de Texto: Desde los bits a los caracteres
     • Sistema de Codificación de Texto
     • Ejemplos: Iso 8859-1, 8859-15 (con el €), UTF-8, etc
2. Arquitectura Hardware
   1. Qué es un computador
   2. Arquitectura del Computador según Von Neumann
   3. La Unidad Central de Proceso (UCP)
      • Unidad Aritmético - Lógica: hacer cálculos. Operaciones y Operadores
      • Unidad de Control: coordinar con instrucciones. Ejecución de una instrucción
      • Complejidad Actual: Microcontroladores, MicroProcesadores, Procesadores...
      • Características: Coste, Velocidad
      • Mas detalles sobre la CPU
   4. Memoria Interna
   5. Dispositivos de Entrada / Salida
      • Módulos E/S: Interfaces E/S. Los controladores (Hw, Sw)
      • Conexión con la CPU: Buses/Puertos
      • Acceso a los Datos (Direccionamiento)
      • Transferencia de datos: bloqueo e interrupciones. IRQ
      • Tipos de Periféricos
        • Interacción con Máquinas (Memoria Secundaria y Auxiliar, Sensores)
        • Interacción con el Usuario (Entrada y Salida)
        • Comunicación de Datos
3. Microprocesadores
   1. ¿Qué es?
   2. Partes:
      1. Conexión Física y Encapsulado: chips y zócalo
      2. UC, Coprocesador Matemático (Floating PU)
      3. Memoria Caché: Niveles L1, L2 y L3
      4. Resto: Registros, Buses, ...
   3. Velocidad: Interna y Externa (FSB)
   4. Sistemas Multiprocesador (SMP) y MultiNúcleo (core)
   5. Encapsulado (Sockets)
      1. Problemática
      2. Slots (Ranuras) y Sockets (Zócalos)
      3. Ejemplos: PGA, Socket 1,2,3,4,5,6,7, Socket 370, Socket A, etc
   6. Refrigeración: Aire (Disipadores y Ventiladores) y Liquida
   7. Técnicas de Overclocking: hacking hardware
   8. Arquitecturas Hardware:
      1. IA32 (o x86):
         1. Micros Intel (8086, 80286, 386, 486, Pentium Pro, II, III, IV, Centrino, M, D, Core Duo Xeon)
         2. Micros AMD: 386, 486, K5, K6, K7, K8, Athlon, etc
         3. Otros: IBM, Transmeta, etc
      2. AMD64 (o x86-64): Opteron, Athlon 64
      3. Intel 64 (o EM64T): Pentium D, Core 2 Duo, Core 2 Quad
      4. IA64: Itanium e Itanium II
      5. Power PC
   9. Microprocesadores Actuales : Intel, AMD y Power PC
   10. Curiosidades
       1. Historia: Del 8086 al Pentium IV
       2. Numeracion Procesadores Intel (inglés)
       3. Learn about Intel Processors
4. Memoria Principal
   1. Denominada Memoria RAM en lenguaje común
   2. Función:
      • Almacenar Información (Dirección y Dato)
      • Suministrar Información (Leer y Escribir)
   3. Fundamentos:
      • Sistema Electrónico (Semiconductores)
      • Encapsulado Semiconductores: Chips
      • Conexionado Físico: Socket SIMM y DIMM
   4. Tamaño:
      • Capacidad de Direccionamiento
      • Capacidad de la Posición
   5. Categorías:
      • Coste por bit
      • Capacidad Almacenamiento
      • Tiempo de Acceso
      • Tiempo de Ciclo
   6. Parámetros de Decisión: Capacidad y Velocidad (asociada al coste).
   7. Jerarquías de Memorias:
      1. (Interna) Registros CPU, Caché
      2. Principal
      3. (Externa) Secundarias por Disco, Auxiliares
   8. Características:
      1. Duración Info: Duradera/No duradera, Con Refresco, Lectura Destructiva y Permanentes
      2. Modo de Acceso: Aleatorio y Secuencial
      3. Velocidad: acceso lectura y escritura. Relación Tiempo/BW
   9. Siglas Memorias: RAM, ROM, EPROM, SDRAM, VRAM, DDR I / II / III
   10. Fabricantes de Memorias y Precios (Ejemplos)
   11. Escoger Memoria (Memory Assesor):
       • según hardware (placa)
       • según Sistema Operativo
       • según necesidades de uso
5. Placa Base
   1. Qué es y para qué existen
   2. Características: material sintético+circuitería
   3. Circuitería: microprocesador (zócalo), memoria principal (conector ranura), chipset (circuitos de control de memoria y canales de E/S), BIOS, ranuras de expansión (Slots) y puertos de comunicaciones, ranuras de Expansión y conexión de energía
   4. Partes de la Placa Base
      1. ChipSet (Concentración de Funciones en la Placa Base)
      2. Ranuras de Expansión, Puertos de E/S, Módulos de Memoria, BIOS, Conector Alimentación, Zócalo Procesador.
      3. Documentación de la Placa (soporte impreso e Internet)
   5. Formato AT, Baby AT, ATX (más común), microATX
   6. Ranuras de Expansión
      1. Internas: PCI, PCI Express, AGP, IDE, SATA, SCSI
      2. Externas: USB, FireWire, puerto Serie, PS/2, puerto Paralelo, Conexión Monitor, Conexión Multimedia, Otros
   7. Tarjetas Integradas: varias tarjetas en una. Tarjetas OnBoard
   8. Fabricantes de Placas (Mother Board): Asus, Intel, GigaByte, ECS, etc
6. Puertos de E/S y Ranuras de Expansión
   1. Bus: Enviar/Recibir Datos. Comunicar Componentes
   2. Estructura: conexión física del periférico y conexión a la placa
   3. Algunos conceptos básicos
      1. Tamaño de bus: bits
      2. Buffer: almacenamiento temporal de los datos
      3. Reloj o ciclo de actuación
      4. Cuello de Botella: bottleneck
      5. Plug and Play , Hot Plug y Hot Swap: autoconfiguración , conexión automática y conexión/desconexión automática
   4. Caracteristicas del bus: Capacidad (bits), Frecuencia (MHz) y Velocidad (bps)
   5. Tipos de Buses
      1. Antiguos:
         • XT e ISA (16 bit 8 MHz 16 MBps)
         • MCA (Micro Channel Arquitecture 32 bit 10MHz 20MBps)
         • E-ISA (32 bit 8.33 MHz 33 MBps )
         • VLB (Vesa Local Bus 32 bit 40 MHz 160 MBps)
         • AMR
      2. Actuales:
         • PCI (32/64 bit 32 MHz, 133 MB/s)
         • AGP (32 bit 66MHz 264 MB/s por canal)
         • PCI Express (64 bit 133 MHz 1066 MBps)
      3. Para Periféricos Externos (DD generalmente):
         • ATA: Parallel ATA/IDE 2 disp a 133 MBps y Serial ATA 1 disp a 150 MBps
         • SCSI (hasta 15 dispositivos y 160 MBps)
      4. Para Periféricos de Portátiles: Tarjeta PCMCIA (Personal Computer Memory Card International Association)
   6. Tipos de Puertos
      1. Serie. Conectores (DB 9, 25 Macho/Hembra) y Características (UART, 115 Kbps), Norma RS-232
      2. Paralelo: Conector DB-25, Velocidades 50 a 100 KBps (EPP hasta 2 Mb)
      3. USB. Conectores (Tipos A y B) y Características (Hubs hasta 127 dispositivos, 12 Mbps v1.1 y 480 Mbps v2.0 y 4800 MBps v3.0)
      4. FireWire (IEEE 1394) Conexión (Cable Físico) y Características (400 MBps, 64 disp)
      5. Inalámbricos: Infrarrojos, Radio Frecuencia (propietarios) y Bluetooth
   7. Imágenes y tipos de Conectores de PC
7. Periféricos de Entrada: Teclado, Ratón y Especiales
   1. Teclado
      1. ¿Qué es? y Para qué sirve
      2. Funcionamiento. Conector Físico, Interfaz de Conexión (Cableado e Inalámbrico) y Teclas
      3. Teclas: alfanuméricas, de función, números, Windows/Apple Keys, Multimedia, cursor, etc
      4. Teclado DVORAK, QWERTY, AZERTY
      5. ¿Cómo escoger un teclado?
      6. Tipos: Mecánicos, Membrana, Programables y Ergonómicos, y Especiales (industria, cajeros...)
      7. Mecanografía on-line y Jugar
   2. Ratón
      1. Que es y Para qué sirve
      2. Funcionamiento. Movimiento, Botones, Rueda Desplazamiento
      3. ¿Cómo escoger un ratón?. Opiniones
      4. Tipos: según botones, TrackBall, para portátiles (TouchPad, punteros), de luz etc
   3. Dispositivos Especiales de Entrada de Datos
      1. Sistemas Táctiles: touchpad, Touch Screens
      2. Tabletas Digitalizadoras. Ejemplos
      3. Dispositivos para juegos: Joystick, GamePad, Volantes, Armas, EYE Move, Mando Nintendo, etc
      4. Lectores de Códigos de Barras
   4. Puertos Típicos de Conexión:
      1. Puerto Serie, PS/2 y USB
      2. Interfaces Inalámbricos: Radio Frecuencia (RF) y Bluetooth
   5. Mantenimiento de estos dispositivos
   6. Coste
8. Periférico de Entrada: Escáner
   1. ¿Qué es? / ¿What is? y Para que sirve
   2. La digitalización: del mundo analógico al digital y viceversa (Analog to Digital Converter / Digital to Analog Converter)
   3. Representación del Color:
      • RGB
      • CMYK
   4. Funcionamiento:
      • Sensor Óptico (CCD)
      • Conversor A/D (DAC)
   5. Características
      1. Resolución: óptica, interpolada y de escaneado (mediante software)
      2. Colores/Bits: color real (24 bits) o superior
      3. Velocidad: velocidad de transferencia
   6. Propiedades de la Imagen
      1. Tamaño Original de la Imagen (Bytes)= AltoxAnchoxResHorizxResolVertxbits/8
      2. Formas de Bajar la Imagen (vía software): menos resolución, menos color y formato imagen
      3. Formatos Gráficos :
         1. Original: BMP, TIFF
         2. Codificados: JPG, GIF, PNG, etc
   7. Tipos: Sobremesa/Planos, de mano, Rodillo, Especiales
   8. Conectores:
      1. Antiguos: Paralelo y SCSI
      2. Actuales: USB y FireWire
   9. Reconocimiento de Caracteres (Optical Character Recognition)
   10. Fabricantes y Coste (Guía de Compra)
9. Sistemas de Almacenamiento Externo
   1. Qué son y Para qué sirven
   2. Fundamentos de Grabación:
      • Magnético (Efecto MR)
      • Óptico
      • Memorias Flash
   3. Discos Magnéticos
      1. ¿Qué son?
      2. Organización de la Información
         1. Organización Física: Sectores, Pistas, Cabezas, Cilindros y Discos. Geometría C/H/S
         2. Características: Capacidad (GB), Velocidad de Rotación (rpm), Tiempo de acceso (ms), Tamaño del Buffer/Caché (MB), Tasa de Transferencia (MB/s)
         3. Puerto/Interfaz (IDE PATA, SATA, SCSI)
         4. Organización Lógica: Clusters y Sistemas de Archivos.
      3. Formatos
         1. Discos Flexibles (Floppy Disk): 3,5 y 5 1/4 pulgadas
         2. Discos Rigidos (Hard Disk): 3,5 (pc) y 2,5 (portátil) pulgadas
         3. Otros Formatos: Cintas, Zip, Jazz, etc
      4. Interfaces (Tarjetas Controladoras de Discos)
         1. IDE (Integrated Drive Electronics): 2 canales máx 4 dispositivos (2 c/u). Especificaciones ATA (PATA / SATA)
         2. SCSI (Small Computer Small Interface): máx 7/15 dispositivos, más rápido y más fiable
      5. Instalación de un DD IDE:
         1. Configuración: Maestro, Esclavo, Cable-Detect
         2. Conexión de datos (IDE) y de energía
         3. Detección en la BIOS
      6. Especiales: Extraíbles, Hot Swap, Externos, Sistemas RAID, Sistemas NAS, Sistemas SAN
      7. Mantenimiento y Principales Problemas (Energía Eléctrica, Temperatura, Humedad, Imanes, etc)
      8. Coste/Capacidad
   4. Dispositivos Semiconductores: Tarjetas Flash
      1. Qué son y Como Funcionan
      2. Tipos (Memory Cards):
         • Compact Flash (CF)
         • Smart Media (SM)
         • Memory Stick (MS)
         • Tarjetas Multimedia (MMC)
         • Secure Digital SD v1 y v2: Mini / Micro
         • xd Picture Card XD-Picture Card
      3. Discos SSD (Posibles problemas)
      4. Mini Discos: USB Flash memory y Discos duros externos / Pen Drive / USB drive
      5. Formas de Conexión (lectoras USB) y Sistema de Archivos (vfat)
      6. Capacidad (hasta 16 GB) y Velocidad (hasta 10 MBps)
      7. Evolución de los sistemas de almacenamiento portátil y tendencias
      8. Coste
   5. Discos Ópticos (CD y DVD)
      1. Principios de grabación Constant Angular Velocity (CAV) y Constant Linear Velocity (CLV)
      2. Codificación de la Información: Bits/Código/Trama/Pista
      3. Compact Disc (CD)
         1. Características: Capacidad (max sobre 650MB), Velocidad (min 150 KBps), Diámetro (max 120 mm)
         2. Libros Estándares:
            1. Rojo: CD-DA
            2. Amarillo: CD-ROM y CDROM-XA
            3. Naranja: CD-R y CD-RW
            4. Verde: CD-I
            5. Blanco: VCD y SVCD
            6. Azul: Discos Láser
         3. Tipos: CDDA, CD-R, CD-RW
         4. Formatos de Archivos (software):
            1. Audio: CDDA
            2. Video: VCD y SVCD
            3. Como Datos: Formatos de Codificación de Audio (mp3, OGG, wma, wav, etc).
      4. Digital Versatile Disc (El DVD)
         1. Almacenamiento multimedia: video y audio
         2. Capas y Caras del disco (4.7 GB por capa)
         3. Formatos Físicos y de Aplicación: DVD Video, DVD Audio y DVD PC / Para grabar datos: DVD-R, DVD-RW, DVD+R, DVD+RW
         4. Velocidades (1x: 1350 KBps, Capacidades >4,7 GB (DVD), Tiempos acceso (80 a 200 ms)
      5. Las Tendencias:
         • Blu-Ray. 25 GB / capa y 36 Mbps
         • y HD-DVD. 15 GB / capa y 36.5 Mbps
         • ¿Había Diferencias? Sí, pero ganó Blu-Ray
         • El futuro, ¿HVD?
      6. Más detalles
         1. Preguntas sobre el DVD
         2. Blu-Ray Faq, HD-DVD Specification
      7. Sistemas de Archivos: iso9660 y UDF
10. Sistema de Video: Tarjeta y Monitor
    1. Tarjeta Gráfica:
       1. Qué es (Graphics Card) y para qué sirve
       2. Parámetros:
          • Modo de Video (Display Modes): resolución + color.
            • Resolución (CGA, VGA, SVGA, XGA, SXGA, UXGA, etc)
            • Color (Bits/Pixel)
            • Ejemplos: VGA (640x480), SVGA (800x600), XGA (1024x768), SXGA (1280x1024), UXGA (1600 x 1200), WUXGA (1920x1200), etc
          • Memoria Gráfica (Capacidad: h x v x bits/color)
          • Velocidad de Refresco (Hz)
       3. Componentes: Procesador (chip), Memoria, Conexión a la Placa, Conexión al Display
          • Bus AGP 1x: 266 MB/s (Necesidades de Transferencia 2D y 3D: 24/30 fps), se usaba también PCI y se tiende al uso de PCI Xpress
          • Conectores: VGA (Video Graphics Array), DVI (Digital Video Interface), Display Port, HDMI y TV/Video
       4. APIs (Relación Hardware/Software): directx y OpenGL
       5. Recomendaciones: Según uso ( Ofimático, Ingeniería, Juegos, etc)
       6. Coste y Marcas (ATI, Nvidia, Matrox...)
    2. Monitores:
       1. Qué son y para qué sirven
       2. Parámetros: Tasa de Refresco, Capacidad de Direccionamiento Gráfico (Resolución), Dot Pitch (Campo del Punto), Tamaño (pulgadas)
       3. Tecnologías de Visualización: CRT y LCD
    3. Mantenimiento y Ergonomía
    4. Mi recomendación (DOS monitores)
    5. Costes
11. Sistema de Audio: Tarjeta y Altavoces/Micrófono
    1. Qué son y para qué sirven
    2. Señal de Audio
    3. Parámetros:
       1. Frecuencia de Muestreo (44 KHz)
       2. Bits/muestra (16)
       3. Número de voces
    4. Conexiones
       • Conectores: Speaker Out, Microphone, Line IN / OUT, S/PDIF, MIDI, RCA (blanco L / Rojo R)
       • Interfaces E/S: PCI y USB
    5. Concepto de Canales (mono, estéreo) y Sonido 2D/3D. Configuración Multicanal
    6. APIs Audio: Direct Sound, Direct Sound 3D (a partir de DirectX 6), Aureal A3D 1.0 o 2.0, Dolby Surround Prologic o Dolby Digital
    7. Configuración de Altavoces (3D) y conexión con equipos externos
    8. Formatos de Archivos de Codificación de Audio (software):
       • Puro (.wav, .au)
       • Codificado ( .mp3, .ogg, .mpc, .wma, .rm)
    9. Mantenimiento
    10. Coste
12. Sistemas Multimedia: Audio y Video
    1. Qué es: Video + Audio
    2. Sistema que aglutina diferentes medios de comunicación: texto, audio, gráficos, animación y video
    3. Relación con el negocio del entretenimiento (HiFi y Cine en Casa)
    4. Otros componentes:
       • Proyectores
       • Home Cinema (DVD + Audio Dolby Sorround)
       • Altavoces Portátiles
    5. Tamaños: Video (PAL: 2 GB/min ó 30 MBps), Audio (CDAudio: 1MB/min ó 150 Kbps)
    6. Codecs: Video (bitrate bps @ resolución 1 Mbps), Audio (bitrate, 128 Kbps)
    7. Transmisión por Internet (Video y Radio): Técnicas de Streaming.
13. Periféricos de Salida: Impresoras
    1. Qué son (Computer Printer) y para qué sirven
    2. ¿Cómo funcionan?
    3. Parámetros:
       • Resolución (ppp)
       • Velocidad (ppm)
    4. Diferencias entre B/N (Blanco / Negro) y color (RGB)
    5. Formatos Papel: Tamaño (DIN A4, A3, A2, A1, letter, Sobres, Etiquetas, etc) y Gramaje (80 gr/cm2)
    6. Tecnologías: inyección de tinta y láser. Otras: margarita, matriciales y sublimación
    7. Interfaz de Conexión:
       • Directa: Paralelo y USB
       • En Red (Servidores de Impresión): Hardware y Software
    8. Impresoras Especiales: Plotters (gran formato) y MFP (Multifuncionales)
    9. Lenguajes de descripción de Páginas:
       1. Postcript
       2. PCL
    10. Mantenimiento: reposición de material
    11. ¿Cómo elegir mi impresora?: coste, mantenimiento y uso
    12. Fabricantes y Costes (Adquisición y Operación)
14. Periféricos de Comunicaciones: Modem y Tarjeta de Red
    1. Qué son y para qué sirven (Envío/Recepción, Tx/Rx de Datos)
    2. Funciones: Modem (Voz, Datos y Fax) y Red (datos)
    3. Características de un Módem:
       1. Internos: ISA, AMR, PCI, Integrados en Placa, WinModems
       2. Externos: Puerto Serie, USB, PCMCIA
    4. Características Network Interface Card (NIC):
       1. Velocidad (Ethernet/Fast/Gigabit)
       2. Conector Externo (RJ45 o coaxial) e Interno (PCI, PCMCIA)
    5. Estándares:
       1. Modem (V33, V34+, V.42, V.90, V.92 ...)
       2. Redes (Categoría IEEE 802): 802.3, 802.11x, etc
    6. Mantenimiento
    7. Interfaces de Comunicaciones inalámbricos (Velocidad y Alcance):
       1. Corto Alcance (Infrarrojos, Bluetooth)
       2. WLan (Wifi), Wireless WAN (LMDS, WiMax)
       3. Celulares/Móviles (GPRS, UMTS)
    8. Equipos Especializados de Comunicaciones y Red (Routers, Hub, Switches, etc)
    9. Conectarse a Internet: Acceso , Nociones sobre ADSL, Asociación Usuarios de Internet (Información general sobre Conexión a Internet)
    10. Coste
15. Aspectos en el Montaje Final de un Computador
    1. Necesidades del Usuario (condicionado por el Sistema Operativo)
       • Procesamiento (Microprocesador): complejidad de las instrucciones y cálculos
       • Memoria (RAM): cantidad de ventanas abiertas
       • Capacidad (DD): cantidad de archivos, tamaño y velocidad de manejo
    2. Lo importante: el presupuesto
       • Bajo: menor a 500 euros
       • Medio: entre 500 y 800 euros
       • Alto: a partir de 800 euros
    3. Sistemas Gráficos: gran demanda hardware
    4. Ejemplos de configuraciones:
       • Oficina
       • Multimedia / Juegos
       • Servidor
    5. Recomendaciones para escoger
       • un PC
       • un portátil
       • Mi recomendación para portátil
16. Ergonomía:
    1. Qué es y para qué sirve
    2. Aumentar la productividad cuidando el entorno de trabajo
    3. Ajustes en el puesto de Trabajo
       1. Uso de Periféricos de Entrada: Ratón y Teclado
       2. Uso de Monitores y Pantallas
       3. Posición en el puesto de trabajo
    4. Cuidar la Espalda
    5. Síndrome del Tunel Carpiano (Discusión)
17. Diferentes tipos de Hardware (Exposición)
    • Diferentes Plataformas
    • Diferentes Periféricos
18. Videos de Instalación
    • Instalar un procesador
    • Disipador, Water Cooling
    • Memory Installation
    • Discos Duros: Intallation/Replace PATA, Working
    • Montaje: AMD, Building my Own PC I, II, III,
    • AMD / Intel Stress Test
    • Tuning/Moding: Que es, Build Custom, Example BioHazard, TV Show (4 cortos, Custom PC)
    • OverClocking: 5.25GHz, OverClocking (y 5 GHz)
    • Carputers: Qué tienen, Demo
19. Varios Debates/Actividades/Temas
    • Montaje / Desmontaje de Hardware
      • Montar / Desmontar Caja
      • Montar / Desmontar Disco Duro y Tarjetas
      • Revisar Elementos Hardware
    • Ordenadores ¿Baratos o Potentes?
    • Dispositivos ultraportátiles / Mi nokia n810
    • Historia del computador PC

Recursos a Utilizar

• El mundo del PC: Bricolaje PC, ¿Quién es quién en el PC?
• Historia: Historia y evolución del computador, Foro con Bill Gates, Bill Gates, Steve Wozniack, 20 años con Mac, Pelicula Piratas de Sillicon Valley
• Apuntes sobre Arquitectura de Computadores
• Ejemplos de Plataformas Hardware
• Artículos sobre Tecnología y mi revista mensual