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Arquitectura del Computador

Este curso pretende enseñar cómo está formado un computador en general, y en particular, las partes principales de una plataforma estándar tipo PC. El objetivo final no es ser un experto en Hardware sino tener los conceptos básicos para montar y desmontar un PC estándar. Se busca dotar al personal técnico de conocimientos básicos de como está construido un computador

Objetivos

  1. Entender la Estructura de un Ordenador: partes y funcionamiento
  2. Manejar documentación para el montaje

Clases

  1. Sistemas de Numeración
  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:
      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:
    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:
    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):
      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:
      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:
    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
  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
  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

Actividades

  1. Sistemas Digitales
    1. Repaso de Codificación binaria y hexadecimal
    2. Repaso de Operaciones Lógicas en binario
  2. Introducción a Arquitectura del Computador
    1. Enchufar y desenchufar todos los cables de un PC
  3. Microprocesadores
    1. Ver diferentes Tipos de Procesadores y su conexión a la Placa Base
    2. Ver Video sobre Procesadores Intel
  4. Memoria Principal
    1. Ejercicio sobre las Capacidad de memoria: Tamaño vs Direccionamiento
    2. Buscar en Internet significado de las siglas de memoria
  5. Placa Base
    1. Mostrar Diferentes Tipos de Placa Base
    2. Leer Documentación disponible de la placa Base
    3. Distinguir los diferentes componentes de la placa base
  6. Puertos de E/S
    1. Identificar todos los conectores de la CPU
    2. Identificar en la placa base, los diferentes componentes
    3. Revisar la Placa base de Mi PC
  7. Teclado y Ratón
    1. Ver las partes de un teclado y un ratón
    2. Desmontar un teclado y un ratón. Enchufar / Desenchufar
  8. Escáner
    1. Ver las partes de un escáner
  9. Discos Magnéticos
    1. Ver las partes
    2. Conectar y Desconectar un Disco Duro (interfaz IDE)
  10. Discos Ópticos
    1. Ver un CD y un DVD
    2. Lectora CD
  11. Tarjetas de Memoria
    1. Ver diferentes tipos de Tarjetas
    2. Leer diferentes especificaciones
  12. Sistema de Video: Tarjeta Gráfica y Monitor
    1. Revisar la documentación de la Placa
    2. Conectar / Desconectar Monitor de la CPU
  13. Tarjeta de Sonido
    1. Identificar los conectores
    2. Quitar y Poner Tarjeta de Sonido
  14. Sistema Multimedia: Video y Audio
  15. Presentación del Trabajo Práctico de Hacer Presupuesto
  16. Impresoras
    1. Identificar la conexión de la impresora y sus tipos
    2. Tareas de Mantenimiento y Desmontaje
  17. Periféricos de Comunicaciones
    1. Repasar lo visto en clase de Redes
  18. Tiempo para Hacer el Presupuesto (3 clases)
  19. Historia y Evolución del PC
  20. Montaje y Desmontaje del PC (3 clases)

Duración del Curso

El esfuerzo estimado del curso es de 4 créditos ECTS. Unas 120 horas de dedicación.