Dispositivos de almacenamiento

Las unidades de almacenamiento, como las que se muestran en la Figura 1, leen o escriben información en medios de almacenamiento magnéticos, ópticos o semiconductores. La unidad se puede utilizar para almacenar datos de forma permanente o para recuperar información de un disco de medios.

Los siguientes son tipos comunes de unidades de almacenamiento:

Unidad de disco duro (HDD): Las unidades de disco duro son dispositivos de discos magnéticos tradicionales que se han utilizado durante años. Su capacidad de almacenamiento va de gigabytes (GB) a terabytes (TB). Su velocidad se mide en revoluciones por minuto (RPM). Esta es la velocidad a la que el eje hace girar los platos que contienen los datos. Cuanto más rápido gira el eje, más rápido recupera el disco duro los datos almacenados en los platos. Las velocidades comunes de ejes de disco duro son 5400, 7200 y 10 000 rpm.

Unidad de estado sólido (SSD): Esta unidad utiliza chips de memoria flash no volátiles para almacenar datos. Esto significa que es más rápida que las HDD magnéticas. Su capacidad de almacenamiento también abarca de GB a TB. Las SSD no poseen piezas móviles y por lo tanto no hacen ruido, proporciona más ahorros de energía y producen menos calor que las HDD. Las SSD tienen el mismo factor de forma que las HDD y se usan cada vez más en lugar de las HDD magnéticas.

Unidad híbrida: También se denomina unidad híbrida de estado sólido (Solid State Hybrid Drive, SSHD) y es una unidad intermedia entre una HDD magnética y una SSD. Son más rápidas que una HDD, pero menos costosos que una SSD. Son una HDD magnética con una SSD integrada que funciona como memoria caché. La unidad SSHD almacena automáticamente los datos a los que se obtiene acceso frecuente.

Unidades ópticas: Utilizan láseres para leer los datos almacenados en los medios ópticos. Existen tres tipos de unidades ópticas, incluido el disco compacto (CD), el disco versátil digital (DVD) y el disco Blu-ray (BD). Los CD, DVD y BD pueden estar previamente grabados (solo lectura), pueden ser grabables (de una sola escritura) o pueden ser regrabables (se leen y se escriben varias veces). En la Figura 2 se describen los distintos tipos de medios ópticos y su capacidad de almacenamiento aproximada.

Unidad de cintas: Las cintas magnéticas se utilizan con mayor frecuencia para archivar datos. La unidad de cintas utiliza un cabezal magnético de lectura/escritura. Si bien la recuperación de datos mediante una unidad de cintas puede ser rápida, la ubicación de datos específicos es lenta, ya que la cinta se debe enrollar en un carrete hasta que se encuentren los datos. Las capacidades de almacenamiento comunes de las cintas van desde algunos GB hasta TB.

Unidad de memoria flash externa: La unidad de memoria flash externa es un dispositivo de memoria USB que se conecta a un puerto USB. Las unidades de memoria flash externas utilizan el mismo tipo de chips de memoria no volátil que las SSD. No requieren energía para mantener los datos. Su capacidad de almacenamiento se extiende de MB a GB.

Audio 1 Dispositivo de Almacenamiento

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Audio 2 Dispositivo de Almacenamiento

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Las HDD, las SSD y las unidades ópticas internas se conectan a menudo a la placa madre mediante conexiones SATA (Serial AT Attachment). Los discos SATA se conectan a la placa madre mediante un conector de datos de 7 pines SATA.

En un extremo del cable, el conector está enchavetado para la unidad y el otro extremo están enchavetado para la controladora de unidades. La Figura 1 muestra el cable SATA.

Hay 3 versiones principales de SATA: SATA 1, SATA 2 y SATA 3. Los cables y los conectores son iguales, pero las velocidades de transferencia de datos son diferentes. SATA 1 permite una tasa de transferencia de datos de 1,5 Gb/s mientras QUE SATA 2 puede llegar hasta 3 Gb/s. SATA 3 es el más rápido con velocidades de hasta 6 Gb/s.

Los dispositivos de almacenamiento también pueden conectarse de manera externa a la computadora. La Figura 2 muestra una unidad de disco duro portátil conectada a una computadora portátil mediante un cable USB. El USB se ha convertido en la forma más común de conectar dispositivos externos. SATA externa (eSATA) es otra forma de conectar dispositivos de almacenamiento externos. Los cables y conectores eSATA tienen una forma distinta a los cables y conectores SATA.

El USB 3.0 y el USB 3.1 son de color azul y se han vuelto comunes para los dispositivos de almacenamiento externo de conexión debido a las velocidades de transmisión rápidas. Las unidades USB también son intercambiables con el sistema activo, lo que significa que no hay necesidad de reiniciar la computadora al agregar o eliminar una unidad. En teoría, un puerto USB único en una computadora puede admitir hasta 127 dispositivos independientes mediante concentradores USB. Los concentradores USB conectan varios dispositivos USB. Por último, varios dispositivos pueden recibir alimentación mediante el puerto USB, lo que elimina la necesidad de una fuente de energía externa.

Existen varios tipos de conectores USB. La Figura 3 muestra el extremo más común, USB tipo A. También muestra otros tres conectores USB comunes. La Figura 4 muestra el tipo de USB-C (o USB tipo C) que es el conector USB nuevo.

Los métodos para conectar dispositivos de almacenamiento externo se describen en la tabla de la Figura 5. La Figura 6 muestra una comparación de ancho de banda entre estos métodos.

Audio 3 Dispositivo de Almacenamiento

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Audio 4 Dispositivo de Almacenamiento

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Los dispositivos de almacenamiento también se pueden agrupar y administrar para crear grandes espacios de almacenamiento con redundancia. Para hacerlo, las computadoras pueden implementar una tecnología de matriz redundante de discos independientes (RAID). La RAID proporciona un método para almacenar datos en varios discos duros para obtener redundancia y mejoras en el rendimiento. Para el sistema operativo, una matriz RAID aparece como un disco.

Los siguientes términos describen cómo la RAID almacena los datos en los distintos discos:

Paridad: Detecta errores de datos.

Creación de bandas de datos: Escribe datos en varios discos.

Replicación de disco: Almacena los datos duplicados en una segunda unidad.

Existen varios niveles de RAID disponibles. En la Figura 7 se comparan estos diversos niveles de RAID.

Tarjetas de adaptador y ranuras de expansión

Las tarjetas de adaptador aumentan la funcionalidad de una PC al agregar controladores para dispositivos específicos o al reemplazar los puertos que no funcionan correctamente.

Existen varias tarjetas de adaptador disponibles que se suelen utilizar para expandir y personalizar la funcionalidad de una computadora:

Adaptador de sonido: Los adaptadores de sonido proporcionan la funcionalidad de audio.
Tarjeta de interfaz de red (Network Interface Card, NIC): Conecta una computadora a una red mediante un cable de red.

NIC inalámbrica: Conecta una computadora a una red mediante radiofrecuencias.

Adaptador de video: Los adaptadores de video proporcionan funcionalidad de video.

Tarjeta de captura: Las tarjetas de captura envían una señal de video a una computadora para que se pueda grabar en el disco duro de la computadora con un software de captura de video.

Tarjeta sintonizadora de TV: Proporciona la capacidad de mirar y grabar señales de televisión en una computadora conectando una televisión de cable, un satélite o una antena a la tarjeta sintonizadora instalada.

Puerto de bus serial universal (USB, Universal Serial Bus): Conecta una computadora a los dispositivos periféricos.

Tarjeta Thunderbolt: Conecta una computadora a los dispositivos periféricos.

Matriz redundante de discos independientes (RAID): Un adaptador de RAID se conecta a varias unidades de disco duro (HDD) o unidades de estado sólido (SSD), y hace que trabajen como una unidad lógica.

La Figura 1 muestra algunas de estas tarjetas de adaptador. Cabe destacar que algunas de estas tarjetas de adaptador se pueden integrar en la placa madre.

Nota: Las computadoras más antiguas también pueden tener un adaptador de módem, un puerto de gráficos acelerado (AGP), un adaptador de interfaz de sistemas de computación pequeños (SCSI) y otros.

Las computadoras tienen ranuras de expansión en la placa madre para instalar las tarjetas de adaptador. El tipo de conector de la tarjeta de adaptador debe coincidir con la ranura de expansión. Consulte la Figura 2 para obtener información sobre las ranuras de expansión.

Audio de Tarjetas de Adaptador

Audio de Ranuras PCI

AUDIOS DE RANURA PCI 2

AUDIOS PCI 3

RAM

La RAM es el área de almacenamiento de trabajo temporal de datos y programas a los que accede la CPU.

Existen diferentes tipos de RAM que puede utilizar una computadora. La figura ofrece detalles sobre ellos.

Al contrario de la ROM, la RAM es una memoria volátil, lo cual significa que el contenido se borra cuando la computadora se apaga.

Nota: La ROM es una memoria no volátil, lo cual significa que los contenidos no se borran cuando la computadora se apaga.

Agregar más RAM en una computadora mejora el rendimiento del sistema. Por ejemplo, más RAM aumenta la capacidad de memoria de la computadora para mantener y procesar programas y archivos. Con menos memoria RAM, una computadora debe intercambiar datos entre la RAM y la unidad de disco duro, que es mucho más lenta. La cantidad máxima de RAM que se puede instalar depende de la placa madre.

Audio Memoria Ram

Audio Memoria Ram

ROM

Una computadora posee diferentes tipos de chips de memoria. Sin embargo, todos los chips de memoria almacenan los datos en forma de bytes. Un byte es una agrupación de información digital y representa la información como letras, números y símbolos. Específicamente, un byte es un bloque de ocho bits almacenados como un 0 o un 1 en el chip de memoria.

Un chip de computación esencial es el chip de memoria de solo lectura (Read-Only Memory, ROM). Los chips de ROM se ubican en la placa madre y otras placas de circuitos, y contienen instrucciones a las que la CPU puede acceder de forma directa. Las instrucciones almacenadas en la ROM incluyen instrucciones de operaciones básicas como arrancar la computadora y cargar el sistema operativo.


Es importante destacar que los chips de ROM conservan el contenido aun cuando la computadora está apagada. Los contenidos no se pueden eliminar o cambiar fácilmente.

Nota: En ocasiones, la ROM se denomina firmware. Esto es engañoso, ya que el firmware, en realidad, es el software que se almacena en un chip de ROM.

Memoria Rom

Sistemas de refrigeración

El flujo de corriente entre los componentes electrónicos genera calor. Los componentes de la PC funcionan mejor cuando se los mantiene refrigerados. Si no se elimina el calor, es posible que la computadora funcione más lentamente. Si se genera mucho calor, la computadora puede bloquearse o pueden dañarse los componentes. Por lo tanto, es fundamental que las computadoras se mantengan ventiladas.

Nota: Las computadoras se mantienen ventiladas mediante soluciones de refrigeración activas y pasivas. Las soluciones activas requieren alimentación; las soluciones pasivas no.

Aumentar la circulación de aire en el gabinete de la PC permite que se elimine el calor. Una solución de refrigeración activa utiliza ventiladores dentro del gabinete de la computadora para eliminar el aire caliente, como se muestra en la Figura 1. Para aumentar el flujo de aire, algunos gabinetes tienen ventiladores múltiples que incorporan aire frío mientras otro ventilador expulsa el aire caliente.

Dentro del gabinete, la CPU genera mucho calor. Para eliminar el calor del núcleo de la CPU, se instala un disipador térmico sobre este, como se muestra en la Figura 2. El disipador térmico tiene una superficie grande con aletas de metal para disipar el calor en el aire circundante. Esto se conoce como refrigeración pasiva. Entre el disipador térmico y la CPU, existe una pasta térmica especial. La pasta térmica aumenta la eficacia de la transferencia de calor de la CPU al disipador térmico llenando cualquier brecha minúscula entre los dos.

Las CPU que se encuentran aceleradas con overclocking o que ejecutan núcleos múltiples tienden a generar calor excesivo. Es una práctica común instalar un ventilador sobre el disipador térmico, como se muestra en la Figura 3. El ventilador aleja el calor de las aletas de metal del disipador térmico. Esto se conoce como refrigeración activa.

Existen otros componentes que también son vulnerables al daño que causa el calor y que a menudo cuentan con ventiladores. Muchas tarjetas de adaptador de video tienen su propio procesador, que se conoce como unidad de procesamiento de gráficos (Graphics-Processing Unit, GPU), y este genera calor excesivo. Algunas tarjetas de adaptador de video vienen equipadas con uno o más ventiladores, como se muestra en la Figura 4.

Las computadoras que poseen CPU y GPU extremadamente rápidas pueden usar un sistema de refrigeración con agua, como se muestra en la Figura 5. Se coloca una placa metálica sobre el procesador y se bombea agua por encima de la parte superior para que absorba el calor que genera el procesador. El agua se bombea a un radiador para liberar el calor en el aire y, a continuación, hace que vuelva a circular.

Los ventiladores de la CPU hacen ruido y pueden ser molestos cuando trabajan a altas velocidades. Una alternativa para refrigerar una CPU con un ventilador es un método que utiliza conductos térmicos. El conducto térmico contiene líquido que se sella de forma permanente en la fábrica y utiliza un sistema cíclico de evaporación y de condensación.

Audio Sistema de Refrigeración

Audio Sistema de Refrigeración 2

Audio Cooler

Placa de Vídeo

Sistema De Refrigeración Con Agua

Mejora del funcionamiento de la CPU

Los distintos fabricantes de CPU complementan sus CPU con características de mejora del rendimiento. Por ejemplo, Intel incorpora hyperthreading para mejorar el rendimiento de algunas de sus CPU. Con la tecnología hyperthreading, se ejecutan varias porciones de código (subprocesos) simultáneamente en la CPU. Para un sistema operativo, una única CPU con tecnología hyperthreading opera como si hubiera dos CPU cuando se procesan varios subprocesos. Los procesadores AMD usan la tecnología HyperTransport para mejorar el rendimiento de la CPU. La tecnología HyperTransport es una conexión de alta velocidad y baja latencia entre la CPU y el chip de puente norte.

La potencia de una CPU se mide según la velocidad y la cantidad de datos que puede procesar. La velocidad de una CPU se clasifica en ciclos por segundo, como millones de ciclos por segundo, denominados “megahercios” (MHz), o miles de millones de ciclos por segundo, denominados “gigahercios” (GHz). La cantidad de datos que una CPU puede procesar a la vez depende del tamaño del bus en la parte delantera (FSB, front side bus). Este también se denomina “bus de la CPU” o “bus de datos del procesador”. Se puede aumentar el rendimiento si se aumenta el ancho del FSB. El ancho del FSB se mide en bits. Un bit es la unidad de datos más pequeña en una computadora. Los procesadores actuales usan un FSB de 32 bits o de 64 bits.

La técnica de overclocking se utiliza para hacer que un procesador funcione a una velocidad mayor a la que se le especificó originalmente. Esta técnica no es un método recomendable para mejorar el rendimiento de la PC y puede provocar daños a la CPU. Lo opuesto a la técnica de overclocking es la moderación de velocidad de la CPU. La moderación de velocidad de la CPU es una técnica que se usa cuando el procesador funciona a una velocidad inferior a la nominal para conservar la energía o producir menos calor. La moderación de velocidad se suele utilizar en las computadoras portátiles y en otros dispositivos móviles.

Las tecnologías de procesador más modernas ayudaron a que los fabricantes de CPU encontraran formas de incorporar más de un núcleo de CPU en un único chip. Los procesadores de varios núcleos poseen dos o más procesadores en el mismo circuito integrado. La tabla de la figura describe varios tipos de procesadores de varios núcleos.

La integración de procesadores en el mismo chip genera una conexión de gran velocidad entre ellos. Los procesadores de varios núcleos ejecutan instrucciones más rápidamente que los procesadores de núcleo único. Las instrucciones se pueden distribuir a todos los procesadores al mismo tiempo. La RAM se comparte entre los procesadores, dado que los núcleos están ubicados en el mismo chip. Se recomiendan procesadores multinúcleo para aplicaciones como edición de video, videojuegos y manipulación de fotos.

El alto consumo de energía produce mayor calor en el gabinete de la PC. Los procesadores multinúcleo conservan la energía y producen menos calor que varios procesadores de núcleo único, lo que mejora el rendimiento y la eficacia.

Las CPU también se han mejorado gracias al uso del bit de NX, también llamado bit de deshabilitación de ejecución. Esta función, cuando es compatible y está habilitada en el sistema operativo, puede proteger las áreas de la memoria que contienen archivos del sistema operativo contra ataques malintencionados con malware.

Audío Mejora del Funcionamiento del CPU 1

Audio Mejora del Funcionamiento del CPU 2

Arquitecturas de CPU

Audio del Profe

En tanto la placa madre se considera la médula de la computadora, la unidad de procesamiento central (CPU) se considera el cerebro. En términos de capacidad de computación, la CPU, a veces llamada procesador, es el elemento más importante de un sistema de computación. La mayoría de los cálculos se realizan en la CPU.

Las CPU tienen distintos factores de forma, y cada estilo requiere una ranura o un socket en particular en la placa madre. Entre los fabricantes de CPU más conocidos se incluyen Intel y AMD.

El socket o la ranura de la CPU es la conexión entre la placa madre y el procesador. Los procesadores y los sockets de CPU modernos se basan en las siguientes arquitecturas:

Matriz de pines en cuadrícula (PGA, Pin Grid Array): (Figura 1) En la arquitectura de PGA, los pines se encuentran en la parte inferior del procesador, que se inserta en el socket de la CPU de la placa madre mediante fuerza de inserción cero (ZIF). La ZIF se refiere a la cantidad de fuerza que se necesita para instalar una CPU en el socket o la ranura de la placa madre.
Matriz de contactos en cuadrícula (LGA, Land Grid Array): (Figura 2) En una arquitectura de LGA, los pines se encuentran en el socket y no en el procesador.

Audio 1 21/03

Audio 2 22-03

Placa Madre

La placa madre, también conocida como la placa del sistema o la placa principal, es la médula de la computadora. Como se muestra en la Figura 1, una placa madre es una placa de circuito impreso (PCB) que contiene los buses, o las rutas eléctricas, que interconectan los componentes electrónicos. Estos componentes se pueden soldar directamente a la placa madre o se pueden agregar mediante sockets, ranuras de expansión y puertos.

Las siguientes son algunas de las conexiones en la placa madre en las que pueden agregarse componentes de computación, como se muestra en la Figura 2:

Unidad de procesamiento central (CPU): Se considera el cerebro de la computadora.

Memoria de acceso aleatorio (RAM, Random Access Memory): Esta es una ubicación temporal para almacenar datos y aplicaciones.

Ranuras de expansión: Brindan las ubicaciones para conectar componentes adicionales.

Conjunto de chips: Consta de los circuitos integrados en la placa madre que controlan la manera en que el hardware del sistema interactúa con la CPU y la placa madre. Además, establece cuánta memoria se puede agregar a una placa madre y el tipo de conectores de esta placa.

Chip de sistema básico de entrada y salida (BIOS) y chip de Unified Extensible Firmware Interface (UEFI): El BIOS se usa para ayudar a arrancar la computadora y administrar el flujo de datos entre la unidad de disco duro, la tarjeta de video, el teclado, el mouse y otros componentes. Recientemente, por UEFI ha mejorado el BIOS. UEFI especifica una interfaz de software diferente para los servicios de arranque y de tiempo de ejecución, pero aún depende del BIOS tradicional para la configuración del sistema, la prueba automática de encendido (POST) y la configuración.

La Figura 3 muestra una placa madre con algunos componentes adicionales instalados.

La mayoría de los conjuntos de chips corresponden a uno de los dos tipos siguientes:

Puente norte: Controla el acceso de alta velocidad a la RAM y a la tarjeta de video. También controla la velocidad a la que la CPU se comunica con todos los demás componentes de la computadora. A veces, la tarjeta de video está integrada en el puente norte.

Puente sur: Permite la comunicación de la CPU con dispositivos de menor velocidad, entre ellos, discos duros, puertos de bus serial universal (USB) y ranuras de expansión.

En la Figura 4, se muestra cómo una placa madre conecta distintos componentes.

El factor de forma de las placas madre se refiere al tamaño y la forma de la placa. También describe la disposición física de los distintos componentes y dispositivos en la placa madre.

Hubo muchas variaciones en las placas madre desarrolladas a lo largo de los años. Existen tres factores de forma comunes para las placas madre:

La tecnología avanzada extendida (ATX): Este es el factor de forma más común de las placas madre. El gabinete ATX alberga los puertos integrados de E/S en la placa madre ATX estándar. La fuente de alimentación ATX se conecta a la placa madre mediante un conector único de 20 pines.

Micro-ATX: Es un factor de forma más pequeño que está diseñado para proporcionar compatibilidad con versiones anteriores de ATX. Las placas Micro-ATX a menudo utilizan el mismo conjunto de chips de puente norte y puente sur, y los mismos conectores de energía que las placas ATX de tamaño normal; por lo tanto, pueden utilizar muchos de los mismos componentes. Generalmente, las placas Micro-ATX pueden admitir los gabinetes ATX estándar. Sin embargo, las placas Micro-ATX son mucho más pequeñas que las ATX y poseen menos ranuras de expansión.

ITX: El factor de forma ITX adquirió popularidad debido a que es muy pequeño. Existen muchos tipos de placas base ITX; sin embargo, la Mini-ITX es una de las más populares. El factor de forma Mini-ITX utiliza muy poca potencia, por lo que no se necesitan ventiladores para mantenerlo refrigerado. Las placas base Mini-ITX solo tienen una ranura PCI para las tarjetas de expansión. Una PC basada en un factor de forma Mini-ITX se puede usar en lugares en los que no es conveniente tener una PC de gran tamaño o un ambiente en el cual la PC debe hacer poco ruido.

En la tabla de la Figura 5 se destacan estas y otras variaciones de factores de forma.

Nota: Es importante distinguir entre los factores de forma. La opción de factor de forma de la placa madre determina cómo se conectan los componentes individuales a ella, el tipo de fuentes de alimentación necesarias y la forma del gabinete de la computadora. Algunos fabricantes también tienen factores de forma exclusivos basados en el diseño ATX. Como consecuencia, algunas placas madre, fuentes de alimentación y otros componentes no son compatibles con los gabinetes ATX estándar.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5

Audio 1

Audio 2

Audio 3

Audio 4

Bloques de placas de vídeo para minería de bitcoins

Puertos