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Libro de PC2.0
Libro de PC2.0
Libro de PC2.0
• Alumnos Bachilleres.
• Rango de Edades: entre 16 y 65 años de edad.
• País de ubicación: República Dominicana.
• Profesor: Ingeniero en Sistema y Computación Pedro Manuel Hernández
Santana.
Hardware de PC
Última modificación 2009/04
Fuentes principales: wikipedia (http://www.wikipedia.org) y Curso de hardware (2008) de V. Javier Ortiz Gallart.
Algunas partes son directamente copia o traducción de las fuentes.
Hardware de PC
Hardware de PC
Contenido
1.ARQUITECTURA DE PCs............................................................................................................................................ 4
1.1.ARQUITECTURA VON NEUMANN .................................................................................................................. 4
1.2.ARQUITECTURA DE MICROPROCESADORES ............................................................................................. 4
2.EL COMPUTADOR PERSONAL (PC) ........................................................................................................................ 5
3.PLACA BASE ................................................................................................................................................................ 6
3.1.INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................................. 6
3.2.PLACAS ATX ....................................................................................................................................................... 6
3.3.FUENTES DE ALIMENTACIÓN ........................................................................................................................ 7
3.4.CHIPSET ............................................................................................................................................................... 7
3.5.MÉTODOS DE TRANSFERENCIA DE DATOS ................................................................................................ 8
4.BUSES Y PUERTOS DEL SISTEMA........................................................................................................................... 9
4.1.PCI (Peripheral Component Interconnect) ............................................................................................................. 9
4.2.PCI-X (PCI eXtended) ........................................................................................................................................... 9
4.3.AGP (Accelerated Graphics Port) ........................................................................................................................ 10
4.4.PCI-e (PCI Express) ............................................................................................................................................. 10
4.5.PCMCIA (PC Memory Card International Association) ..................................................................................... 11
4.6.RESUMEN DE LOS PRINCIPALES BUSES Y PUERTOS DE SISTEMA...................................................... 12
5.BUSES Y PUERTOS PARA PERIFÉRICOS .............................................................................................................. 13
5.1.SERIE RS-232 ..................................................................................................................................................... 14
5.2.USB...................................................................................................................................................................... 14
5.3.IEEE 1394 ............................................................................................................................................................ 15
6.BUSES PARA UNIDADES DE ALMACENAMIENTO............................................................................................ 16
6.1.INTERFAZ FDD ................................................................................................................................................. 16
6.2.INTERFAZ ATA / ATAPI / PATA ..................................................................................................................... 16
6.3.SCSI ..................................................................................................................................................................... 17
6.4.INTERFAZ SATA ............................................................................................................................................... 18
6.5.SAS (Serial Attached SCSI) ................................................................................................................................ 18
6.6.FC (Fibre Channel) .............................................................................................................................................. 18
7.ALMACENAMIENTO ................................................................................................................................................ 19
7.1.MAGNÉTICO...................................................................................................................................................... 19
7.2.ÓPTICO ............................................................................................................................................................... 20
7.3.ELECTRÓNICO .................................................................................................................................................. 21
7.4.RESUMEN DE CAPACIDADES DE TRANSFERENCIA ................................................................................ 21
8.TARJETAS GRÁFICAS .............................................................................................................................................. 22
8.1.DEFINICIONES .................................................................................................................................................. 22
8.2.VGA (Video Graphics Array) .............................................................................................................................. 22
8.3.VÍDEO DIGITAL ................................................................................................................................................ 23
9.TARJETAS DE SONIDO ANALÓGICAS.................................................................................................................. 24
10.MEMORIA RAM ....................................................................................................................................................... 25
10.1.DEFINICIÓN ..................................................................................................................................................... 25
10.2.CARACTERÍSTICAS ....................................................................................................................................... 25
10.3.DUAL-CHANNEL ............................................................................................................................................ 25
10.4.VARIANTES ..................................................................................................................................................... 26
10.5.VARIANTES COMERCIALES ........................................................................................................................ 27
11.ZÓCALOS DE MICRO (SOCKETS) ........................................................................................................................ 29
12.RAID .......................................................................................................................................................................... 30
12.1.INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................................. 30
12.2.Volumen distribuido o JBOD............................................................................................................................. 30
12.3.RAID 0: Volumen en bandas o fraccionado (Disk Striping) ............................................................................. 30
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Hardware de PC
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Hardware de PC ARQUITECTURA DE PCs
1. ARQUITECTURA DE PCs
1.1. ARQUITECTURA VON NEUMANN
La arquitectura de von Neumann también llamada de Eckert-Mauchly, es una familia de
arquitecturas de computadoras que se caracteriza por utilizar el mismo dispositivo de
almacenamiento tanto para las instrucciones como para los datos, a diferencia por ejemplo de la
arquitectura Harvard. La gran mayoría de equipos modernos están basados en ella.
Diferencia cinco partes fundamentales:
● unidad aritmético-lógica (ALU) (en la actualidad generalmente integrada en el
microprocesador)
● unidad de control -microprocesador- (CPU: Central Processing Unit)
● memoria (en los PCs actuales SDRAM)
● dispositivo(s) de entrada/salida
● bus(es) de datos (actualmente gobernados por el chipset de la placa madre -NorthBridge y
SouthBridge-)
La evolución de los equipos está marcada en generaciones diferenciadas por las tecnologías utilizadas en su CPU:
(1a Gen.) Tubos de vacío; (2a Gen.) Transistores; (3a Gen.) Circuitos Integrados; (4a Gen.) Microchips.
RISC -llamada a veces carga/descarga- es una filosofía de diseño de CPU para computadora que está a favor de
conjuntos de instrucciones pequeños y simples que se ejecutan más rápidamente y acceden a registros internos. Esta
filosofía proviene del hecho de que muchas de las características de los diseños de las CPU estaban siendo ignoradas
por los programas que eran ejecutados en ellas, principalmente por una simplificación de los compiladores que tienden
a utilizar siempre las mismas instrucciones. Además, la velocidad del procesador en relación con la memoria de la
computadora que accedía era cada vez más alta, por lo que se decidió reducir los accesos a memoria. Esto llevó a la
aparición de RISC que utiliza diversas técnicas para reducir el procesamiento dentro del CPU, así como de reducir el
número total de accesos a memoria.
Algunos chips que usan la arquitectura RISC son: PA-RISC de HP, MIPS1 en equipos SGI y consolas Nintendo64 y
PlayStation; Sun SPARC; Motorola PowerPC o ARM usados en dispositivos móviles Nokia, Nintendo DS, Palm...
CISC RISC
Compiladores más sencillos. Cada instrucción puede ser ejecutada en un solo ciclo del CPU.
Código más compacto. Menos acceso a memoria, accesos a registros del micro.
Facilita la depuración de errores. CPU mas rápida.
1 "Microprocessor without Interlocked Pipeline Stages". No confundir con MIPS (Millones de Instrucciones Por Segundo).
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Hardware de PC ARQUITECTURA DE PCs
La mayoría de microprocesadores actuales además utiliza tres memorias caché: una para datos, otra para instrucciones y
otra para registros TLB (Translation Look-aside Buffer) utilizados para localizar páginas en la memoria principal.
Los primeros microcomputadores aparecieron en el mercado a finales de 1970 aunque se les conocía como
computadores domésticos. Eran equipos de 8 bits orientados principalmente al mercado del videojuego. Aunque
aparecieron equipos de 16 bits, la aparición en 1981 del primer IBM PC 5150 (Personal Computer) de 16 bits hizo
desaparecer el mercado de "computadoras domésticas". En cambio apareció un gran mercado de equipos "PC
Compatibles" que son los que hoy se conocen sencillamente como PCs. Estos "PC Compatibles" o simplemente "PCs"
se pueden encontrar como equipos de escritorio, portátiles o ultra-portátiles y son de propósito general, permitiendo la
conexión a redes, el trabajo de oficina, las aplicaciones multimedia, etc.
Los IBM PC se basaban en una arquitectura de 16 bits, en chips x86 tipo CISC de Intel y en firmware PC BIOS. Esta
arquitectura original ha ido creciendo y desarrollándose mediante arquitecturas de 32 y 64 bits, el desarrollo de chips y
chipsets y la interfaz UEFI.
A pesar de la enorme popularidad de los PCs, otras arquitecturas de microprocesador son populares como los equipos
Apple, las vídeo-consolas o, en otros mercados, los dispositivos móviles.
De izquierda a derecha:
Apple II (1977)
Sinclair ZX Spectrum 48K (1981)
IBM PC 5150 (1981)
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Hardware de PC PLACA BASE
3. PLACA BASE
3.1. INTRODUCCIÓN
El estándar ATX (Advanced Technology eXtended) fue creado por Intel en 1995 y
sigue siendo el formato más utilizado en equipos de sobremesa. ATX reemplazó
completamente al antiguo estándar AT, ya que resuelve muchos de los problemas
que el estándar Baby-AT (la variante más común del AT) causaba a los
fabricantes de sistemas. Otros estándares con placas más pequeñas (incluyendo
Baby-ATX -en la imagen-, microATX, FlexATX y mini-ITX) mantienen la
distribución básica original pero con un tamaño de la placa y un número de bahías
(slots) de expansión menor.
En 2003, Intel anunció un nuevo estándar, el BTX, que intenta ser un reemplazo
del ATX, pero lo han adoptado solamente los fabricantes de equipos completos
como Dell o HP.
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Hardware de PC PLACA BASE
La línea de 3.3V alimenta memorias, chipset, circuitería de la placa madre, tarjetas PCI y AGP. La línea de 5V alimenta
puertos USB y tarjetas lógicas de discos duros y unidades ópticas. La línea de 12V alimenta al microprocesador y los
motores de discos duros y unidades ópticas.
3.4. CHIPSET
Los componentes de la placa están gobernados por un conjunto de chips conocido como Chipset.
Este conjunto se divide en dos partes, el puente norte (NorthBridge) o GMCH (Graphic and Memory Controller Hub) y
el puente sur (SouthBridge) o ICH (I/O Controller Hub) comunicados por el interfaz DMI (Direct Media Interface) o
Internal Bus. Se puede ver dos diagramas detallados de un Chipset Intel y un Chipset AMD en el Anexo I.
Los buses PCI-e que no se usan para tarjetas gráficas se sitúan en el NorthBridge en el caso de AMD y en el
SouthBridge en el caso de Intel.
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Hardware de PC PLACA BASE
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS DEL SISTEMA
PCI-X 2.0
Buses de 64 bits con relojes a 266MHz y 533MHz, obteniendo transferencias de 2.15GB/s y 4.3GB/s respectivamente.
Revisión del protocolo, añadiendo corrección de errores y funciones punto a punto entre dispositivos.
Compatible con dispositivos PCI y PCI-X 1.0.
A pesar de sus ventajas, los fabricantes no la han implementado a gran escala, decantándose por PCI-e, ya
que tiene mejores prestaciones por la comunicación punto a punto entre los dispositivas conectados.
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS DEL SISTEMA
Además con los conectores AGP 4x se introdujo un enganche al final de la bahía para sujetar mejor la tarjeta.
PCI-e 1.1
Tasa transferencia teórica por canal = 250 MBytes/s, bidireccional = 500 MBytes/s.
Tasa máxima PCI-e x32 = 8GB/s en cada dirección. Pero la variante más usada de la versión 1.1 es x16 (4GB/s en cada
dirección).
En la capa física se usa codificación 8b/10b, lo que decrementa las tasas de transferencia.
PCI-e 2.0: Dobla la tasa de transferencia (500 MB/s por canal en una dirección).
PCI-e 3.0: Dobla de nuevo la tasa de transferencia (1GB/s por canal en una dirección).
<-- PCI-e x4
<-- PCI-e x1
<-- PCI
3 El nombre original de PCI-e fue 3GIO (Third-Generation Input/Output) sustituido por PCI-e.
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS DEL SISTEMA
Compatibilidad
La conexión entre dos dispositivos PCI-e se llama “enlace”, formado por colecciones de 1, 2, 4, 8, 16 o 32 líneas.
Cualquier dispositivo funcionará en una bahía (slot) de su tamaño, como mínimo.
PCI-e negociará el número de lineas soportado por las dispositivos conectados.
Algunas implementaciones comerciales permiten trabajar con dos tarjetas gráficas a la vez, como SLI (Scalable Link
Interface) de Nvidia, o Crossfire de ATI.
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS DEL SISTEMA
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS PARA PERIFÉRICOS
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS PARA PERIFÉRICOS
5.2. USB
La comunicación entre dispositivos se basa en tuberías (canales lógicos) unidireccionales. Éstas tuberías forman el
canal que va desde el controlador del anfitrión (host) hasta una entidad lógica del dispositivo llamada “end-point”. Los
“end-point” se agrupan en interfaces, y cada interfaz se asocia con una única función. La excepción es el “end-point”
cero que se utiliza para la configuración del dispositivo y no se asocia con ninguna interfaz.
Cada dispositivo USB puede tener hasta 32 tuberías activas, 16 en el controlador de host y otras 16 fuera de él.
La primera vez que se conecta un dispositivo, se envía una señal de reinicio (reset) y comienza el proceso de
enumeración del dispositivo. Durante el reinicio se determina su velocidad, después se le asigna una dirección de 7 bits
única y por último si el anfitrión soporta el dispositivo, carga los drivers necesarios.
El anfitrión es el que manda en la comunicación con el dispositivo.
a) Velocidades
● USB 1.0 hasta 1,5 Mb/s (192 KB/s)
● USB 1.1 (Full-Speed) hasta 12 Mbps (1,5 MB/s)
● USB 2.0 (High-Speed) hasta 480 Mbps (60 MB/s).
● USB 3.0 (Super-Speed) hasta 4.8 Gbps (600 MB/s).
b) Cable
Los datos se transmiten mediante un cable de pares cruzados con una impedancia de 90 Ω ± 15%.
En el modo High-Speed el cable lleva un terminador de 45Ω a masa, o bien un diferencial de 90Ω.
La longitud máxima del cable es de 5 metros, debido a que se permite un retardo de hasta 1500ns al dispositivo para
responder al anfitrión. Con concentradores (hasta 5 niveles) la longitud máxima es de 30 metros.
c) Voltaje y consumo
El voltaje es de 5V ± 5% con dos tipos de consumo:
● Low Power: 100mA por puerto (todos los dispositivos por defecto)
● High Power: 500mA (consumo máximo, típicamente en concentradores)
d) Tipos de conectores
Conector tipo A: rectangular.
Conector tipo B: cuadrado. Siempre van hacia el dispositivo.
Conectores mini y micro: más pequeños, añadidos en la versión 2.0
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Hardware de PC BUSES Y PUERTOS PARA PERIFÉRICOS
Algunos nombres comerciales que ha recibido son: FireWire(Apple), iLINK(Sony) y Lynx(Texas Intruments).
a) Versiones
● IEEE 1394a (conector de 6 pines o 4 pines sin alimentación eléctrica)
○ FireWire 400 o S400: transferencia de datos entre dispositivos a 100, 200 o 400 Mbps en Half-Dúplex.
● IEEE1394b (conector de 9 pines)
○ FireWire 800 o S800: casi 800Mbps en modo Full-Dúplex. Compatible con 1394a. Añade codificación
8B10B (modo beta).
○ FireWire S1600 y S3200: 1.6Gbps y 3.2Gbps respectivamente, compatibles hacia atrás.
● IEEE1394c (conector RJ45)
○ FireWire S800T: Una nueva especificación del puerto que provee 800Mbps sobre un conector RJ45 con
cable Cat5e, y negociación automática que permite al mismo puerto conectar tanto dispositivos IEEE 1394
como IEEE 802.3. Todavía no existen productos.
b) Cable
IEEE 1394a hasta 4,5m. Hasta 16 cables pueden ser conectados en margarita mediante repetidores o hubs. El estándar
1394a limita la longitud total del cableado de cualquier configuración a 72 metros.
lEEE 1394b y 1394c hasta 100m.
d) Redes FireWire
RFC 2734 especifica cómo utilizar IPv4 sobre la interfaz FireWire para crear redes ad-hoc.
Microsoft dejó de darles soporte en Windows Vista y Windows Server 2008.
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Hardware de PC BUSES PARA UNIDADES DE ALMACENAMIENTO
ATAPI (ATA with Packet Interface): es una evolución de ATA que permite conectar dispositivos extraibles, como
unidades ópticas, que necesitan funciones de extracción o verificación de si el soporte está introducido. Básicamente
son dispositivos ATA utilizando el protocolo de SCSI en paquetes.
Utiliza un voltaje de 5V y permite conectar 2 dispositivos en el mismo cable (maestro y esclavo). La longitud máxima
del cable es de 46 cms y puede ser de 40 (hasta ATA-4) y 80 hilos (desde ATA-4, que es compatible con 40 y 80).
a) Maestros y Esclavos
Los dispositivos deben configurarse como maestros o esclavos. En cada bus solo puede haber un maestro y un esclavo y
en caso de existir un solo dispositivo éste debería estar configurado como maestro7.
La configuración del dispositivo se realiza generalmente mediante puentes o "jumpers" con tres opciones: "maestro",
"esclavo" o "según indique el cable". Si se elige ésta última opción la posición en el bus (el conector utilizado)
determinará si el dispositivo es maestro o esclavo.
No todos los cables de 40 hilos permiten este tipo de configuración y en los que sí el maestro es el dispositivo que se
conecta en el medio del cable. Todos los cables de 80 hilos permiten este tipo de configuración y en ellos el maestro es
el dispositivo que se conecta en el extremo del cable.
b) Terminología
Habitualmente se intercambian los términos ATA, ATAPI, IDE y EIDE. Además al aparecer SATA (Serial ATA)
empezó a utilizarse también la denominación PATA (Parallel ATA), para englobar a todos ellos.
Hay que indicar que todos los dispositivos ATA son IDE, pero no todos los IDE son ATA (como los discos SCSI).
c) Versiones
Versión Transferencia Direccionamiento (bits) Bus (Hilos)
ATA-1 (IDE) 11,1 MB/s 28 40
ATA-2 (EIDE) y ATA-3 16.6MB/s 28 40
ATA-4 (UltraDMA modos 0,1,2) 33.3MB/s 28 40 u 80
ATA-5 (UItraDMA modos 3,4) 66.6MB/s 28 80
ATA-6 (UltraDMA modo 5) 100MB/s 48 80
ATA-7 (UltraDMA modo 6) 133MB/s 48 80
6 El nombre hace referencia a que el controlador del disco está integrado, mostrándose al sistema como un vector (array) de sectores.
7 En la práctica habitualmente los dispositivos funcionan correctamente aunque estén configurados como "esclavos sin maestro".
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Hardware de PC BUSES PARA UNIDADES DE ALMACENAMIENTO
6.3. SCSI
SCSI (Small System Computer Interface) es una interfaz de almacenamiento para entornos profesionales. Permite la
conexión de hasta 8 o 16 dispositivos incluido el controlador, distinguiéndose cada uno por un identificador (SCSI ID)
entre 0 y 15. El anfitrión (host) o controladora suele llevar el ID más alto (7 o 15).
Cada dispositivo SCSI incorpora una o más unidades lógicas identificadas por un LUN (Logical Unit Number) aunque
la mayoría de dispositivos solo tiene una (LUN 0).
El bus SCSI necesita terminarse en ambos extremos, por lo que algunos dispositivos permiten configurarse como
terminadores. También pueden utilizarse dispositivos terminadores específicos.
El rendimiento del bus no se ve afectado por las distintas velocidades de los dispositivos conectados.
a) Versiones
Nombre Especificación Bits Reloj (MHz) Transfer. (MB/s) Dispositivos Conector
SCSI, SCSI-1 1 8 5 5 8 IDC50
Narrow SCSI Baja densidad
Fast-SCSI 2 8 10 10 8 IDC50
Alta densidad
Fast-Wide SCSI 2 16 10 20 16 2x50-pin (SCSI-2)
3.1 1x68 pin (SCSI-3)
Ultra-SCSI, 3.1 8 20 20 8 IDC50
Fast-20 Alta densidad
Ultra-Wide 3.1 16 20 40 16 68 pines
Ultra2, Fast-40 3.2 8 40 40 8 50 pines
Ultra2-Wide 3.2 16 40 80 16 68 / 80 pines
Ultra3, Ultra160, 3.3 16 40 DDR 160 16 68 / 80 pines
Fast-80 Wide
Ultra320 2002 16 80 DDR 320 16 68 / 80 pines
Ultra4
Ultra640 2003 16 160 DDR 640 16 68 / 80 pines
b) Interfaces serie
● SSA (Serial Storage Arquitecture). De IBM. Usa full-dúplex con canales separados. 40MB/s y hasta 96
dispositivos.
● FC-AL (Fibre Channel Arbitrated Loop). Usa cables de fibra óptica (hasta 10 km) o coaxial (hasta 24 m) con
un reloj de 1, 2, o 4 GHz obteniendo 100, 200 o 400 MB/s. Permite hasta 128 dispositivos.
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Hardware de PC BUSES PARA UNIDADES DE ALMACENAMIENTO
a) Velocidades
SATA I: 150 MB/s (1.5 Gbps)
SATA II: 300 MB/s (3 Gbps)
SATA 6Gbps: cerca de 500MB/s.
b) eSATA
Es un estándar para la conectividad externa de dispositivos SATA. La longitud máxima del cable se amplia a 2 metros.
El conector también es ligeramente diferente, más estrecho y sin forma de L. Puede competir con USB y FireWire, pero
el conector no es autoalimentado.
Los dispositivos SATA pueden conectarse a interfaces SAS (no al revés). SAS utiliza señales eléctricas más altas
(800-1600mV TX, 275-1600mV RX) que SATA (400-600mV TX, 325-600mV RX), así que cuando se mezclan los
discos SAS tienen que bajar su funcionamiento a los voltajes de SATA.
a) Conectores
● SFF 8482 – para dispositivos SATA (generalmente cable de 4 SFF 8482 por un lado y 1 SFF 8484 por el otro).
● SFF 8484 – conector interno que permite hasta 4 dispositivos (Derecha).
● SFF 8470 – conector externo (conocido como InfiniBand) que permite
hasta 4 dispositivos (Imagen central).
● SFF 8088 – conector externo mini-SAS para 1 dispositivo.
Cluster: conjunto de computadoras comunicadas que trabajan de forma coordinada para proporcionar un rendimiento
elevado y/o mejorar la fiabilidad del sistema, presentándose ante el resto de equipos como una sola máquina.
SAN (Storage Area Network): red diseñada para el movimiento y gestión de grandes cantidades de información
almacenada en muchos dispositivos interconectados.
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Hardware de PC ALMACENAMIENTO
7. ALMACENAMIENTO
7.1. MAGNÉTICO
a) Discos duros
A nivel físico cada disco duro consta de uno o varios platos (normalmente 8) de
aluminio con un eje común y un motor que los hace girar a la vez a velocidad angular
constante. Cada plato se utiliza por ambas caras. Los cabezales son brazos con
dispositivos magnéticos de lectura-escritura en su extremo (cabezas). Estos cabezales
mueven las cabezas hacia el interior o el exterior de los platos siempre sin contacto
físico (lo que rayaría el disco). La distancia entre cabezal y cara es del orden de
nanómetros.
Para minimizar los movimientos de los cabezales los sistemas operativos suelen asignar el espacio en base a conjuntos
de uno o más sectores consecutivos llamados "cluster" en Windows y "bloque" en POSIX, cuyo tamaño se calcula y
asigna al formatear la partición. Los tamaños típicos son 512 B, 1KiB, 2KiB y 4KiB8.
Las principales características de un disco duro son su interfaz (ATA, SATA, SCSI...) su tamaño (generalmente en
formatos de 3'5" o 2'5" -portátiles-), su capacidad (actualmente de cientos de GB o pocos TB) y su velocidad de giro
-que es el principal factor que determina las velocidades de acceso- (generalmente 7.500 o 10.000 rpm). Algunos discos
duros incorporan memoria caché de pista.
b) Cintas
Las cintas son un dispositivo de almacenamiento secuencial. Basan su capacidad en la longitud de la cinta que se divide
en varias pistas. En los primeros ordenadores se utilizaban como memoria secundaria (almacenamiento) pero en la
actualidad solo se utilizan para copias de respaldo de gran capacidad, ocupando los dispositivos ópticos el mercado de
copias de baja capacidad.
Uno de los sistemas más utilizados es DDS (Digital Data Storage) evolucionado a partir de DAT
(Digital Audio Tape) diseñado originalmente para audio. Son cintas de 4 mm con capacidades de
1,3 a 80 GB. Las unidades de cintas deben ser limpiadas regularmente y las cintas deben ser
retiradas tras unas 100 escrituras.
Otro sistema impulsado como "abierto" por la industria es LTO (Linear Tape-Open) conocido a
veces como "Ultrium", con capacidades de entre 100 y 800 GB.
Otros sistemas bastante extendidos aunque menos utilizados son DLT, QIC y Travan.
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Hardware de PC ALMACENAMIENTO
7.2. ÓPTICO
El almacenamiento óptico se basa en discos de policarbonato donde la información se guarda sobre
la superficie del disco mediante marcas formando un surco en espiral que comienza en el interior del
disco. Este surco se ilumina con un haz de láser y las marcas modifican su reflejo. Pueden utilizarse
ambas caras del disco y en una misma cara diferentes capas9.
Los primeros CDs (Compact-Disc) fueron diseñados para audio y tenían una tasa de transferencia de
150 KB/s con Velocidad Lineal Constante de 1'2 m/s, modificando la velocidad de rotación del
motor según la posición del cabezal. Este sistema permite maximizar el espacio pero en la práctica solo permite
búsquedas aleatorias hacia adelante. Además a grandes velocidades de rotación se vuelve impráctico. Actualmente los
CDs de datos y el resto de unidades ópticas utilizan un sistema de Velocidad Angular Constante.
Los CDs escriben sus datos mediante una transformación de 8 bits en 14 llamada EFM (Eight-to-Fourteen Modulation)
que persigue limitar la componente continua de los datos. En DVDs se utiliza EFMPlus que es una transformación de 8
bits en 16. Además utilizan códigos de corrección de errores.
La capacidad de una capa de un disco óptico viene determinada por el tamaño de su superficie, el grosor del surco y la
longitud de las marcas. Así un CD tiene un diámetro de 5" (con una perforación central de 15 mm), un surco de 1,65 μm
y utiliza un láser rojo de 0,78 μm lo que permite 700 MB de datos o unos 80 minutos de sonido a una VLC de 1,2 m/s.
El DVD (Digital Versatile Disc) tiene la apariencia de un CD pero utiliza un láser rojo de 0,65 μm con una capacidad
estándar (DVD-5: monocara y monocapa) de 4'7 GB y velocidad de transferencia base de 1.350 KB/s. A diferencia del
CD que permite diferentes sistemas de ficheros (ISO 9660, Juliet / Romeo, Rock Ridge, HFS... más formato Audio),
DVD solo utiliza un sistema de ficheros, el UDF (Universal Disk Format), una extensión del estándar ISO 9660.
Los dispositivos "Blue-Ray" utilizan un láser azul de 405 nanómetros con una capacidad de 25 GB por capa y una
velocidad de transferencia de 4'5 MB/s.
b) Escritura Magneto-Óptica
Los discos magneto-ópticos tienen una superficie ferromagnética que se lee ópticamente mediante
láser. Según la orientación magnética del sector éste refleja el láser de una manera determinada.
Para escribir la información el escritor utiliza el láser para calentar el sector y entonces lo orienta
magnéticamente mediante inducción. Esto hace también que un disco magneto-óptico se pueda
borrar, calentando los sectores y dejando que se enfríen sin inducir magnetismo.
Las unidades de grabación de discos magneto-ópticos verifican la información después de
escribirla a diferencia de los grabadores de CD-R o DVD-R en los que los datos son escritos sin
ninguna verificación.
Actualmente los discos magneto-ópticos mantienen unas dimensiones de 5 ¼ " o 3'5 " con capacidades entre 230 MB y
5'2 GB y vienen protegidos por una carcasa.
Aunque no se usan en el mercado doméstico se utilizan en el mercado profesional principalmente como
almacenamiento WORM (Write Once, Read Multiple) en aplicaciones que requieren un registro imborrable (sin que se
detecte) de larga duración.
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Hardware de PC ALMACENAMIENTO
7.3. ELECTRÓNICO
Las memorias flash, de las cuales las más conocidas son las "memorias USB" o "lápices USB" y las "tarjetas de
memoria", utilizan un chip de tipo EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) que trabaja por
bloques10.
Ofrecen capacidad de lectura y escritura, gran portabilidad, gran resistencia a golpes y polvo, inmunidad magnética,
funcionamiento silencioso, pequeño tamaño y bajo coste con velocidades y capacidades en constante mejoría. Esto hace
que actualmente sea el dispositivo más utilizado para el almacenamiento personal. Sin embargo los chips EEPROM
tienen un número limitado de posibles escrituras (entre 10.000 y 1.000.000).
Existen muchos formatos de tarjetas, siendo los más comunes SD/MMC, XD y SIM.
3500 25
500
3000
20
KB/s
GB/s
400
MB/s
2500
2000 15
300
1500
200 10
1000
500 100 5
0
0 0
CD 150 DVD 1350 B-R 4608
USB 60 1394 400 ATA 133 SCSI 640 SATA 300 SAS 300 PCI 266 PCI-X 4,3 AGP 2,5 PCI-E 32
CD: 150 KB/s USB: 1'5 MB/s a 60 MB/s (pr. 600 MB/s) PCI: 133 MB/s a 266 MB/s
DVD: 1.350 KB/s FireWire: 50 MB/s a 400 MB/s PCI-X: 533 MB/s a 4'3 GB/s
Blu-Ray: 4'5 MB/s ATA: 11,1 a 133 MB/s AGP: 266 MB/s a 2'15 GB/s
SCSI: 5 a 640 MB/s PCI-e: 250 MB/s a 500 MB/s por
Velocidad base. Las unidades SATA: 150 a 300 MB/s (previsión 500 MB/s) canal y dirección (32 canales x 2 dir. x
suelen trabajar a múltiplos SAS: 150 a 300 MB/s (previsión 500 MB/s) 500 MB/s = 32 GB/s)
de esa velocidad. FC: 500 MB/s
10 Los chips de BIOS son un tipo de EEPROM que trabaja por Bytes.
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Hardware de PC TARJETAS GRÁFICAS
8. TARJETAS GRÁFICAS
8.1. DEFINICIONES
● Resolución: Número de puntos que es capaz de representar por pantalla una tarjeta de vídeo representada
como matriz Horizontal x Vertical.
● Profundidad de color: La profundidad de color indica el número de bits utilizados en la tarjeta para
representar cada color RGB por pantalla, expresada en bits (actualmente 16 o 32). El número de colores
disponibles más habitualmente son: 1 color (monocromo), 16 colores, 256 colores, Color de alta densidad (16
bits) y Color verdadero (32 bits).
● Color verdadero: Es una profundidad de color de 8 bits asociados para cada color RGB (24 bits) más 8 bits de
control (en total 32 bits). Esto permite más de 16,7 millones de colores para cada píxel. Se denomina color
verdadero (Truecolor) debido a que es aproximadamente el número de colores que el ojo humano puede
detectar. Los 8 bits extra normalmente no afectan a la precisión del color, pero permiten incorporar un canal
alfa que representa la transparencia de cada píxel.
● Modo de Vídeo: combinación de la resolución y la profundidad de color. Determina la cantidad de memoria
de vídeo mínima necesaria en la tarjeta.
● Memoria Gráfica: Equivale a la Resolución por los bits de color dividido 8 (para indicarse en bytes).
● Velocidad de Refresco o Tasa de Refresco: Número de veces que se dibuja la pantalla por segundo.
Expresado en Hz. La velocidad mínima recomendada son 60 Hz. A diferencia de los monitores CRT, los
monitores TFT no trabajan por el sistema de barrido de rayos, por lo que ese parpadeo ha desaparecido
prácticamente. De hecho la tasa de refresco en los monitores TFT es muy pequeña (normalmente entre 56Hz y
75Hzt).
● Conversión digital-analógica: Se llama RAMDAC al dispositivo encargado de convertir los datos digitales de
color que genera la tarjeta de vídeo a las señales analógicas que entiende el monitor en sus 3 colores básicos.
La calidad de este dispositivo viene determinada por la formula:
Ancho de banda (Mhz) = Píxeles(x) * Píxeles(y) * frecuencia de refresco * 1.5
El estándar utilizaba en origen 256KB de memoria RAM de vídeo. Utiliza un conector de tipo DE-15F (DE-15
Hembra) en el PC y DE-15F o DE-15M (DE-15 Macho) en el monitor.
Este estándar ha ido evolucionando para permitir mayores resoluciones y mayor profundidad de color aumentado
también la memoria RAM de vídeo necesaria. Algunas resoluciones cambian la relación de proporción original 4:3
Las principales resoluciones son:
● VGA (Video Graphics Array, IBM 1988): 640 x 480 (proporción 4:3)
● SVGA (Super VGA, varios 198713): 800 x 600 (proporción 4:3)
● XGA (eXtended VGA, IBM 1990): 1024 x 768 (proporción 4:3)
● SXGA (Super XGA): 1280 x 1024 (proporción 5:3)
● UXGA (Ultra XGA): 1600 x 1200 (proporción 4:3)
11 Monochr. Display Adapter (IBM 1981), Color Graph. Adap. (IBM 1981), Hercules Graphic Card (monocr. con mayor resol., Hercules 1982),
Enhanced Graphics Adapter (IBM 1984).
12 En origen VGA aceptada resoluciones menores y profundidad de 16 colores.
13 La incompatibilidad de las distintas SVGA dio lugar al consorcio VESA, que generó su propio bus, más tarde sustituido por Intel PCI.
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Hardware de PC TARJETAS GRÁFICAS
DVI (Digital Visual Interface) es otro estándar de vídeo digital. El brillo de los píxeles se transmite en forma de lista de
números. La pantalla, en su resolución nativa, lee cada número y aplica ese brillo al píxel apropiado.
Un enlace DVI se compone de cable de 4 pares trenzados (rojo, verde, azul y reloj).
No usa compresión ni transmisión por paquetes. La pantalla entera se transmite constantemente.
Los conectores DVI pueden ser solo analógicos, solo digitales o permitir ambos y de un solo canal o de dos:
● Enlace Simple (Single Link) - Máxima resolución: 2.6
Mpíxels a 60Hz. 165MHz máximo.
● Enlace Doble (Dual Link) – Incluye un segundo conjunto
de pares trenzados. Cuando se activa se emiten conjuntos
de píxeles alternos. Cada canal ofrece más de 165MHz.
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Hardware de PC TARJETAS DE SONIDO ANALÓGICAS
La audición humana está limitada a los 16 o 17 KHz, pero si los equipos se extienden más allá de este limite se obtiene
una mejor calidad. La frecuencia de muestreo (del convertidor) debe ser de más del doble que la banda que se pretende
utilizar (teorema de Nyquist en la práctica).
Finalmente los nuevos formatos de alta definición usan frecuencias de muestreo de 96 KHz (para tener una banda de 40
KHz) y hasta 192 KHz, no porque estas frecuencias se puedan oír, sino porque así es más fácil reproducir las que si se
oyen.
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Hardware de PC MEMORIA RAM
10.2. CARACTERÍSTICAS
Físicamente está formada por módulos con chips tipo SMD (Superficial Mounted Device) bien por una sola cara
(SIMM: Single In-line Memory Module) bien por las dos caras (DIMM: Dual In-line Memory Module).
Las memorias RAM que se usan en los PCs actuales son dinámicas15 (necesitan refresco para no perder la información)
y síncronas (trabajan en base a una señal de reloj) por lo que se llaman SDRAM (Synchronous Dynamic RAM).
El bus que conecta el procesador con la memoria se denomina FSB (Front Side Bus) y depende del GMCH
(NorthBridge) del chipset de la placa. La velocidad del FSB es una característica de cada procesador pero es
independiente de la velocidad del mismo. Por ejemplo: Pentium 4, FSB= 400MHz; Athlon XP, FSB= 266MHz.
El ancho de banda de pico es la velocidad máxima de transferencia no sostenida posible. Se calcula multiplicando la
frecuencia del bus por el ancho de bytes por el número de transferencias en cada ciclo de reloj.
Así por ejemplo una memoria DDR (dos transferencias por ciclo), con frecuencia de 100 Mhz y un ancho de bus de 64
bits (8 bytes) tendrá un ancho de banda de pico de: 2*100*8 = 1600 MB/s.
Para hacer referencia a las memorias se utilizan dos nomenclaturas diferentes. Una hace referencia al FSB efectivo
-característico de los chips- (DDR-200) y otra hace referencia al ancho de banda de pico, a veces redondeado,
-característico de los módulos- (PC-1600).
La latencia es el tiempo que la memoria emplea desde que se solicita una lectura hasta que ofrece el dato
correspondiente; por tanto, no todos los ciclos de reloj son productivos. Cuanto menor sea la latencia más rápida es la
memoria. A veces es mejor disponer de una baja latencia que de un ancho de banda de pico mayor.
– SDR: se indica según el valor “latencia de CAS” (CL), los valores posibles son 2 y 3 (CL2, CL3).
– RDRAM: alta latencia, depende del número de chips.
– DDR: igual que SDR; los valores posibles son 2 y 2.5 (CL2, CL2.5).
– DDR2: igual que DDR; los valores posibles son 3, 4, 5, 6 y 7.
– DDR3: igual que DDR; los valores posibles son 5, 6, 7 y 9.
10.3. DUAL-CHANNEL
Algunas placas que utilizan módulos DDR pueden configurarse como “Dual Memory Channel” (2 bancos de varias
bahías o “slots”, generalmente dos)16. Trabajando en modo bicanal, el controlador de memoria puede acceder a dos
módulos a la vez, mejorando la latencia y la velocidad de transferencia teórica.
Esto se consigue mediante un segundo controlador de memoria en el NorthBrigde. No obstante, suele obligar a emplear
módulos idénticos dentro del mismo canal.
Esta tecnología afecta por tanto al bus de la memoria -la placa-, no a la memoria en sí -los módulos-.
14 En los comienzos de la computación las memorias principales (o primarias) de las computadoras eran siempre de tipo RAM y las memorias
secundarias (o masivas) eran de acceso secuencial (cintas o tarjetas perforadas).
15 Las memorias SRAM (Static RAM), tanto síncronas como asíncronas, mantienen la información mientras tengan alimentación sin necesidad de
refrescarla y son más rápidas pero también mucho más caras. Se usan para memorias caché.
16 En oposición, el modo de trabajo habitual se conoce como “Single Memory Channel”.
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Hardware de PC MEMORIA RAM
10.4. VARIANTES
● Non-parity / Parity / ECC:
○ Las memorias habituales de equipos de trabajo no disponen de control de paridad (non-parity).
○ Las memorias con control de paridad (parity) detectan errores en 1 bit. Se distinguen por tener un número
de chips múltiplo de 3, sin ser todos del mismo tipo.
○ Las memorias con ECC (Error Correction Coding) detectan errores en dos bits (de 64 bits de datos) y son
capaces de corregir errores en 1 bit. Esto requiere 8 bits más por lo que los módulos de memoria que
incorporan ECC tienen 72 líneas de datos en lugar de 64. Se distinguen por tener un número de chips
múltiplo de 3, siendo todos del mismo tipo.
● Unbuffered / Registered:
○ Las memorias habituales de equipos de trabajo vienen en módulos “Unbuffered”, es decir todos los
módulos suponen una carga para el bus, por lo que se limita el número de módulos en el sistema.
○ En módulos “Registered” se incorporan chips adicionales para disminuir la carga del bus, lo que permite
disponer de más módulos de memoria.
Las variantes parity, ECC y registered añaden latencia al sistema, pero también le aportan mayor fiabilidad.
Ejemplos:
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Hardware de PC MEMORIA RAM
b) SDR SDRAM
La memoria SDR (Single Date Rate) fue la primera memoria en montarse en DIMMs por lo que inicialmente se le
conocía simplemente como “memoria DIMM”, sin embargo esta denominación es confusa ya que todas las memorias
posteriores también se han montado en DIMMs.
El ancho de bus es de 64 bits (8 bytes) y trabaja a una transferencia por ciclo.
SDR SDRAM
Módulos 168 Pines 2 Pin-outs 3.3V 64 bits
DIMM
c) DDR SDRAM
La memoria DDR (Dual Date Rate) trabaja a dos transferencias por ciclo. Para ello utiliza búferes que añaden latencia.
Fue adoptada primero por AMD. Se comercializan módulos de hasta 1GB.
El ancho de bus es de 64 bits (8 bytes) y trabaja a dos transferencias por ciclo.
DDR SDRAM
Módulos 184 Pines 1 Pin-outs 2.5V 64 bits
DIMM
Frecuencias de reloj / FSB efectivo: 100 / 200 133 / 266 150 / 300 166 / 333 200 / 400*
Denominaciones: DDR200 o DDR266 o DDR300 o DDR333 o DDR400 o
PC1600 PC210017 PC2400 PC2700 PC3200
17 Como se ve los valores de la denominación redondean el valor del ancho de banda de pico.
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Hardware de PC MEMORIA RAM
d) RDRAM
La memoria RDRAM obtiene un FSB efectivo de 400 MHz para una frecuencia de reloj de 100 MHz “quad dumped”.
El ancho de bus es de 16 bits (2 bytes) pero se usa en configuración de doble canal, obteniendo un ancho de 32 bits (4
bytes) y trabaja a dos transferencias por ciclo.
Esta memoria se monta en módulos RIMM (Rambus In-line Memory Module) con chips por ambas caras y disipador
incorporado. En las ranuras libres de la placa base deben colocarse módulos CRIMM (Continuity RIMM).
RDRAM
Módulos 184 Pines 2 Pin-outs 16 x 2 bits
RIMM +
CRIMM
e) DDR2 SDRAM
La memoria DDR2 es una evolución de DDR, pero incompatible con ella. El pin-out queda en otra posición para evitar
confusiones. Utiliza un bufer de 4 bits lo que hace que tenga mayor latencia que DDR. Sin embargo trabaja con buses
más rápidos y a menor potencia. Se comercializan módulos de hasta 2x2GB.
El ancho de bus es de 64 bits (8 bytes) y trabaja a cuatro transferencias por ciclo.
DDR2 SDRAM
Módulos 240 Pines 1 Pin-outs 1.8V 64 bits
DIMM
Frecuencias de reloj / FSB efectivo: 100 / 400 133 / 533 166 / 667 200 / 800 266 / 1066
Denominaciones: DDR2-400 DDR2-533 DDR2-667 DDR2-800 DDR2-1066
o PC2-3200 o PC2-4200 o PC2-5300 o PC2-6400 o PC2-8500
f) DDR3 SDRAM
La memoria DDR3 es una evolución de DDR2, pero incompatible con ella. El pin-out queda en otra posición para
evitar confusiones. Utiliza un bufer de 8 bits lo que hace que tenga mayor latencia que DDR2. Sin embargo trabaja con
buses más rápidos y a menor potencia. Se comercializan módulos de hasta 8GB.
El ancho de bus es de 64 bits (8 bytes) y trabaja a ocho transferencias por ciclo.
DDR3 SDRAM
Módulos 240 Pines 1 Pin-outs 1.5V 64 bits
DIMM
Frecuencias de reloj / FSB efectivo: 100 / 800 133 / 1066 166 / 1333 200 / 1600 266 / 2128
Denominaciones: DDR3-800 DDR3-1066 DDR3-1333 DDR3-1600 DDR3-1866
o PC3-6400 o PC3-8500 PC3-10667 PC3-12800 PC3-17024
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Hardware de PC ZÓCALOS DE MICRO (SOCKETS)
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Hardware de PC RAID
12. RAID
12.1. INTRODUCCIÓN
El término RAID (originalmente Redundant Array of Inexpensive Disks, en la actualidad
Redundant Array of Independent Disks, menos exacto pero más comercial) hace
referencia a un sistema de almacenamiento que usa múltiples discos físicos entre los que
distribuye o replica los datos de un volumen lógico. Dependiendo de su configuración, a
la que se llama «nivel», los beneficios de un RAID son: mayor integridad, mayor
tolerancia a fallos, mayor rendimiento y/o mayor capacidad.
Oficialmente existen siete niveles diferentes de RAID (0-6), definidos y aprobados por
el "RAID Advisory Board" (RAB). Además existen las posibles combinaciones de estos
niveles. Cada nivel es apropiado para determinadas aplicaciones y entornos.
Los niveles más populares son RAID 0, 1, 0+1 y 5.
La distribución de datos en varios discos puede ser gestionada por hardware dedicado o por software. Además, existen
sistemas RAID híbridos basados en software y hardware específico, normalmente integrados en placa base y
comercializados falsamente como RAID por hardware, que se conocen como "fakeraid18".
18 http://linuxmafia.com/faq/Hardware/sata.html#fakeraid
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Hardware de PC RAID
19 Hay una diferencia sutil entre niveles 0+1 y 1+0 que no vamos a analizar: el nivel 0+1 (el más utilizado) hace bandas en un grupo de discos y
crea otro grupo igual de discos espejo; el nivel 1+0 (más complejo y seguro) establece conjuntos de dos discos espejo y hace bandas sobre ellos.
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Hardware de PC RAID
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Hardware de PC ANEXO I – DIAGRAMAS DE CHIPSETS
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