Tema 1 HW

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Presentación
Fundamentos de la Informática
Curso de Acceso
Dictino Chaos García
dchaos@dia.uned.es
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Temario
• Primer Cuatrimestre examen parcial en Febrero:
– Tema 1: Hardware
– Tema 2: Puertos de conexión y periféricos
– Tema 3: Sistemas operativos
– Tema 4: Programación y desarrollo de Software
• Segundo cuatrimestre examen parcial en Junio:
– Tema 5: Bases de datos y sistemas de información
– Tema 6: Software de usuario
– Tema 7: Redes y conectividad
– Tema 8: Internet y seguridad informática
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Texto Base
• "Introducción a la Informática 
Básica", Editorial UNED, 
• ISBN: 9788436271997
• Conviene leer cada tema antes
de venir a la tutoría
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Evaluación
• Pruebas de evaluación a distancia PED:
– Opcionales
– Dos en el primer cuatrimestre (PED1 y PED2)
– Dos en el segundo cuatrimestre (PED3 y PED4)
• Exámenes:
– Evaluación continua:
• Primer parcial (Febrero, temas 1,2,3 y 4)
• Segundo parcial (Junio, temas 5,6,7 y 8)
– Examen final de Junio (si no se aprueba el parcial)
– Examen total en Septiembre (recuperación)
• Nota:
– Nota final = 0.1*Media PEDs + 0.9 *Media Exámenes.
– Las PED no perjudican (si no mejora la nota con la fórmula 
se deja la nota del examen)
Tema 1
Hardware
Dictino Chaos García
dchaos@dia.uned.es
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
¿Qué es el Hardware?
• Cuando un ordenador no funciona:
– El hardware es aquello que puedes golpear.
– El software aquello que tan solo puedes maldecir.
• El hardware es la parte “física” o tangible del 
computador, esto es, los circuitos, el soporte, 
la pantalla…
• ¿Cómo se organizan los circuitos?
– Arquitectura  Von-Neumann es la más usada
– Hay diversas partes, CPU, memoria, periféricos…
– Todas ellas se conectan con buses
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Arquitectura Von-Neumann
Dispositivo de 
entrada
CPU
ALU CU
Memoria 
principal
Memoria 
masiva
Dispositivo de 
salida
Unidad central
Información
Control
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Componentes
• Unidad de entrada (sirve para meter datos)
• Unidad de salida (sirve para ver los resultados)
• Memorias
– Principal: Es rápida y acelera la ejecución de los programas 
(RAM), pero tiene menos capacidad y se pierde al apagar el 
ordenador (volátil).
– Secundaria: Es más lenta (Disco) y se usa para guardar los datos 
de forma definitiva (permanente), además tiene más memoria.
• ALU: Unidad Aritmético Lógica (+-*/ AND OR…) Es la parte 
que “calcula”
• UC: Unidad de control: coordina el funcionamiento de 
todas las partes
• Reloj: Sincroniza la actividad de cada parte (MHZ a GhZ)
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¿Qué hace el computador?
• Cómputos (cálculos)
• Un conjunto de operaciones 
consecutivas (instrucciones) se 
llama programa
• Ciclo de instrucción:
– 1) Se busca (en la memoria) una 
instrucción
– 2) Se ejecuta (se hace lo indicado 
en la instrucción)
– 3) Se vuelve al paso 1 hasta acabar 
el programa
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Diseño lógico
• ¿Lógico?  lógica matemática
• Hay dos estados (binario) 1/0, verdadero/falso, 0 
voltios/5 voltios… Todos los datos en el ordenador se 
transforman al binario
• Las operaciones se realizan mediante circuitos con 
transistores (puertas lógicas)
– Si solo usa puertas es un circuito combinacional (la salida 
solo depende de la combinación de las entradas)
– Si usa memoria es secuencial (depende de la secuencia de 
entradas)
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Codificación
• Un bit es un uno o un cero
– Con un bit se codifica poca cosa…
– Pero uniendo varios se forman cifras
– Con N bits se pueden codificar 2n símbolos
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Recordemos el decimal
• Para entender el binario pensemos primero en 
base 10 (la de “toda la vida”),
• ¿qué es 125?
– 100+20+5
– Osea 1*100+2*10+5*1
– Es decir 1*102 + 2*101 +5*100
– Cada dígito tiene un valor según su posición 
(notación posicional)
• Este fue el invento árabe que nos permite calcular 
fácilmente
Menos significativo
Más significativo
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Binario
• El binario es igual que el sistema decimal pero con 
dos cifras 0 y 1 en vez de 10 (0-9)
• Por ejemplo 1010 en binario es:
– 1*23 + 0*22 +1*21 +0*20
– 1*8 + 0*4 +1*2 +0*1
– 8+2=10 
• Todas las operaciones son iguales, por ejemplo 
contar: después del 0 viene el uno, a continuación el 
“cero y me llevo uno” (igual que pasa en decimal al 
llegar al 9) 
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Hexadecimal
• Usa 16 símbolos 0-9,A,B,C,D,E,F
• Cada cuatro bits (24=16) hacen un símbolo en 
hexadecimal
– Fácil de convertir “por bloques”
– Ejemplo 110010011101 C9D
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Codificar texto
• Todo lo numerable se puede codificar en binario (y en 
cualquier otra base…)
• No hay una forma única de hacerlo
– ASCII: 7 bits128 caracteres, no tiene ñ por ejemplo
– ASCII extendido (Latín 1 (ISO-8859-1) O ANSI): 8 bits256 
caracteres
– Unicode: (realmente Unicode sólo numera los caracteres, 
hay varios formatos asociados UTF8, 16 y 32) con 32 bits 
más de 4000 millones de caracteres (permite codificar 
sobradamente todos los idiomas conocidos) por el 
momento se han definido más de 100000 caracteres
• También se codifica lo que “no se ve”
– Espacio, tabulación, salto de línea…
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Otras codificaciones
• El ordenador solo usa binario, cualquier cosa que 
maneje ha de convertirse a binario, por ejemplo 
una imagen en RGB:
– Una imagen son varios puntos (píxeles)
– Cada punto tiene un color
– Una forma de codificar el color es RGB (red green
blue)
• El audio también se puede convertir en una 
secuencia de números se puede “digitalizar”
3 números de 8 bits cada uno
Total 24 bits por punto
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CPU (el cerebro del ordenador)
• Central Processing Unit = microprocesador
• Complejo (millones de transistores) y cada vez 
más (ley de Moore)
– “la potencia se dobla cada año y medio”
• Estructura
– Registros: memoria interna 
• Tamaños de registro (16, 32 o 64 bit)
• + tamaño mejor
– ALU: hace las operaciones
– CU: controla al resto, el tiempo que emplea en cada 
paso es controlado por un reloj (GHz)
• + rápido mejor
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Instrucción
• Una “instrucción” simple puede requerir 
muchos pasos ejemplo, suma dos números de 
la memoria:
– 1) Lee el primer número de la memoria
– 2) Guárdalo en un registro
– 3) Lee el segundo número de la memoria
– 4) Suma el número con el del registro y guarda el 
resultado en otro registro
– 5) Copia el resultado a la memoria
• La CPU puede tener circuitos especializados
– EJ: Coprocesador aritmético
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Procesador: RISC vs CISC
• CISC (Complex Instruction Set Computer)
– Muchas instrucciones
– Cada instrucción puede tener muchos pasos (hace muchas 
cosas) Ejemplo en la suma de antes una instrucción puede 
hacer todos los pasos 1-5
• RISC (reduced Instruction Set Computer)
– Menos instrucciones
– Cada instrucción es más simple. Ejemplo instrucciones 
separadas para los pasos 1, 2, 3, 4 y 5.
• RISC “se lleva el gato al agua” al ser más simple:
– Es más fácil de fabricar
– Permite tener más espacio para registros
– Procesadores clásicos CISC (x86 de los PCs)por dentro 
transforma sus instrucciones a RISC.
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Procesamiento paralelo
• Los procesadores actuales hacen varias operaciones a 
la vez
– Cada operación se divide (segmentación) en partes más 
simples que pueden ejecutarse simultáneamente
– La UC coordina (y reordena) la ejecución de cada parte
– El resultado es el mismo que si se ejecutasen en secuencia 
pero es más rápido
– Parecido a la “cadena de montaje” de un coche, mientras 
se suelda el chasis a uno se ponen las puertas al otro y se 
va pintando otro… Al final el coche sale entero 
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Memoria
• Es la encargada de guardar los datos en el 
computador
• Si hubiese una memoria que fuese permanente, 
la más rápida, barata y grande solo haría falta esa 
… Lo malo es que: 
– las rápidas no tienen mucha capacidad y/o son caras 

– Y las baratas y con mucha capacidad son lentas
• No hay “una memoria para todo” así que en el 
computador se usan muchas memorias 
– Jerarquía de memoria
– Hay un compromiso entre capacidad y velocidad
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Jerarquía de memoria
Registros (dentro de la CPU)
Caché L1 (dentro de la CPU)
Caché L2 (dentro de la CPU)
Disco
RAM
Cuanto más usemos lo de arriba y menos 
lo de abajo más rápido será el ordenador
Caché L3 (dentro de la CPU)
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Truco (muy usado en informática)
• La idea principal es copiar en la memoria rápida los datos 
más usados y en la lenta los menos usados.
– Esto hacen las memorias caché
• Es como ir a la biblioteca (RAM) y memorizar lo más importante 
(registros)
• Cuando es mucho para recordarlo se apunta en un post-it (cache L1)
• Si no cabe en el post-it se apunta en un folio (L2)
• Si no cabe más en el folio se mete en una carpeta (L3)
• Cuando no hay dónde meterlo se deja en un armario de la biblioteca 
(RAM)
• Cada paso es más lento pero tiene más capacidad
– Al ir a buscar los datos se hace por el mismo orden primero 
registros , luego L1, L2, L3 y finalmente RAM
• Si se encuentra es un ACIERTO
• Si NO se encuentra es un FALLO y se busca en la siguiente
• Tasa de aciertos= número de aciertos/número de accesos
– Más tasa de aciertos mejor (se usa más la memoria rápida)
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Tipos de memoria
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Tipos de memoria
• Volátil: La que se borra al apagar el ordenador
– Registros: Cableados en la CPU, es lo más rápido (está muy cerca 
de donde se necesitan los datos)
– Cachés: Sucesivamente más grandes y lentas (suelen estar 
dentro de la CPU pero no al lado de la ALU)
– Memoria principal: RAM o principal, está fuera del procesador 
(ampliable) se conecta a través del bus. Aquí se almacenan los 
programas en ejecución.
• No volátil o permanente 
– Tienen una estructura y organización llamada formato y guardan 
datos en forma de archivos (se verá cómo en el tema 3)
– Memoria secundaria (disco)
• Guarda la mayoría de los datos, sistema operativo y programas.
– Memoria terciaria (dispositivos conectables, pendrives, discos 
externos…) es la más lenta de todas
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Formatos de memoria permanente
• FAT32: el más moderno de los FAT
– Originario de Windows, muy usado y compatible
– Limita el tamaño de archivos a 4GiB
• NTFS: 
– Usado mayoritariamente en Windows
– Más moderno y capaz de recuperar errores
– Mantiene permisos de acceso a los archivos
– Archivos más grandes (hasta 16 TiB)
• EXT4: 
– Usado en Linux
– Permite reservar memoria en el momento de escritura
– Repara errores (transacional)
– Gran tamaño de fichero (16 TiB)
• HFS+:
– Formato de Mac OS
– Formato moderno con gran capacidad (tamaño de archivo 8EiB)
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Memoria virtual
• El “truco” de la caché se puede usar también entre la RAM 
y el Disco
– La memoria se divide en páginas
– Cada proceso tiene asignadas unas páginas que pueden estar en 
memoria o en el disco
– Si se necesita una página que no está en memoria se lee del 
disco y si hay que liberar memoria se escribe en el disco
• Funciona bien si hay muchos aciertos
– Localidad temporal: las páginas que acabo de usar es probable 
que se usen en el futuromantenerlas
– Localidad espacial: Si uso una página seguramente necesitaré la 
próxima o la anterior traerlas a la memoria
• Cuando hay muchos fallos de página (típicamente cuando 
la memoria RAM está muy llena) el ordenador se vuelve 
muy muy lento (se queda “colgado” ya que el disco es del 
orden de 1000 veces más lento que la RAM)
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Tipo de acceso a memoria
• Secuencial (SAM) 
– Para leer un dato hay que pasar por los anteriores
– Memorias secundarias como la cinta
• Directo (DAM)
– Se salta rápido a una posición y luego se lee secuencialmente
– Por ejemplo los discos duros
• Aleatorio: RAM y ROM (solo lectura)
– Se puede leer cualquier posición rápidamente
– Cada “palabra” de memoria se accede indicando su dirección 
(dame el dato 100110: aquí está es 10110010)
• Asociativo
– Se busca un dato por el contenido
– Por ejemplo se usa para mantener la tabla de páginas de la 
memoria virtual (TLB)
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Memorias de Semiconductor (circuitos)
• RAM
– Volátil
– Rápida
– Dos tipos
• Estática (usa circuitos) + rápida caché
• Dinámica (usa condensadores que recarga periódicamente)
• ROM
– Solo lectura
– También hay borrable con luz (reescribible) EPROM y eléctricamente borrable 
EEPROM
• Flash
– Usada en discos de estado sólido SSD
– Mucho más rápidos que los discos normales HDD
– Muy duradero
– Poco ruidoso
– Menos consumo
– Menos espacio
– Más caro
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Memoria magnética
• Muy usada en memoria secundaria
– Disquetes (en desuso pero con 
importancia histórica al ser el primer 
almacenamiento extraíble y rápido DAM)
– Cinta: Más capacidad pero no es de acceso 
secuencial y por lo tanto es lenta si no se 
lee en secuencia (acordaros cuando se 
rebobinaba una cinta). Barata
– Discos duros: Son “duros” por que no son 
flexibles como la cinta. Más densidad de 
datos. 
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Discos duros…
• Al igual que las cintas usan un electroimán para 
leer/escribir en una superficie. Cada zona magnetizada 
(norte/sur) almacena un bit es una celda.
• Lo diferente es cómo se organizan los datos:
– Pistas: circulo concéntrico en una superficie del disco
– Sector: Un cierto ángulo (como un trozo de tarta)
– Cilindro: todas las pistas una sobre otra
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Memoria Óptica
• Parecido a los discos 
magnéticos pero con luz en 
vez de imanes.
• Usa un laser que se refleja o 
no sobre el disco.
• Crea orificios en el disco con 
el mismo laser.
– Cada orificio es un 1 o un 0
• Más lenta y menos 
capacidad que un disco duro
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
BIOS
• Arranca el computador
• Se guarda en una memoria que también se 
suele llamar BIOS
– Es permanente, Flash o ROM
• Comprueba los dispositivos y busca el SO para 
arrancar.
• Tiene muchas opciones de 
Configuración
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Bus del sistema
• Un bus son simplemente “cables” para transmitir la información.
– Serie: Los bits se transmiten de uno en uno (ejemplo USB)
– Paralelo: En cada ciclo se transmite un bit por cada cable (más cables= 
más bits) (ejemplo bus de direcciones)
• Hay muchos tipos de buses dependiendo de las necesidades de 
transmisión:
– Datos: Suelen ser cables paralelos por los que se envíanlos datos, el 
número de cables es la “anchura” del bus (+ cables +rápido)
– Direcciones: Indican la dirección (de memoria, del disco, etc) que se 
desea leer/escribir
– Control: envía señales para coordinar los dispositivos (quien transmite 
o cuando hay una interrupción)
• Ya veremos en SO que la interrupción es un aviso a la CPU para que deje lo que 
está haciendo y la atienda.
• El bus que conecta los dispositivos básicos (CPU, memoria RAM y 
discos…) es el bus del sistema.
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Funcionamiento del bus
• Ejemplo: leer un dato de memoria
– Fase 1: Pido el dato
La CPU solicita por el bus de control el 
acceso a memoria (“quiero leer”)
La CPU escribe en el bus de direcciones lo que 
quiere leer dirección “1100100010001001”
La CPU espera recibir una señal
por el bus de control y entonces lee el bus de datos
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Funcionamiento del bus
• Ejemplo: leer un dato de memoria
– Fase 2: La memoria contesta
La RAM solicita el uso del
bus “voy a escribir”
La RAM escribe el dato en
el bus de datos “1100110001001010”
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Tipos de bus
• Internos:
– Local o “trasero”: conecta CPU y caché (normalmente dentro de 
la CPU)
– De sistema o “frontal”: Conecta la CPU con la memoria RAM y el 
bus de expansión
• Externos (bus de expansión) permiten conectar periféricos 
(más detalles en el siguiente tema)
• S100 o Altair: primer estándar de 16 bits
• ISA: Paralelo de 8 o 16 bits, hasta 6 dispositivos 16Mb/s
– De ellas deriva ATA y SATA y es usado en PCs
• SCSI: Bus paralelo en desuso, de él hereda FCP (fibra en 
supercomputadores)
• PCI: Reemplazo de ISA 32/64bits 400Mb/s
• AGP: PCI de las tarjetas gráficas
• Firewire: Bus de expansión de los MAC 400Mb/s 64 dispositivos
• Futurebus: Altas prestaciones 3,2Gb/s
• USB: Bus serie muy usado, hasta 256 dispositivos
• PCIe: Es un puerto serie que reemplaza a PCI.
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Control del bus
• Hay varias formas de hacerlo:
– Programada: la CPU controla todo (mediante un 
programa)
– Interrupciones: El dispositivo puede pedir a la CPU 
la transmisión lanzando una “interrupción”
– DMA: Acceso directo a memoria. La CPU le dice al 
controlador DMA de que posiciones de memoria 
RAM ha de leer o escribir los datos y se 
despreocupa.
Fundamentos de la Informática Dictino Chaos GarcíaTema 1: Hardware
Estado actual
• Memoria principal: RAM dinámica DDR4 
25Gb/s
• Discos: SDD o híbridos 300Mb/s
• Buses:
– Interno particular de cada chip (HyperTransport, 
Direct Media I3…) gana el serie al paralelo
– Externo 
• PCIe 4 30Gb/s
• USB 3,1 1,2Gb/s
– Para discos duros internos SATAIII 600Mb/s