En ingeniería, la arquitectura de hardware se refiere a la identificación de los componentes físicos de un sistema y sus interrelaciones. Esta descripción, a menudo denominada modelo de diseño de hardware , permite a los diseñadores de hardware comprender cómo encajan sus componentes en la arquitectura de un sistema y proporciona a los diseñadores de componentes de software información importante necesaria para el desarrollo y la integración del software. Una definición clara de una arquitectura de hardware permite que las diversas disciplinas de ingeniería tradicionales (por ejemplo, ingeniería eléctrica y mecánica) trabajen juntas de manera más efectiva para desarrollar y fabricar nuevas máquinas, dispositivos y componentes. [1]
Hardware también es una expresión utilizada dentro de la industria de la ingeniería informática para distinguir explícitamente el hardware ( computador electrónico ) del software que se ejecuta en él. Pero el hardware, dentro de las disciplinas de automatización e ingeniería de software , no tiene por qué ser simplemente una computadora de algún tipo. Un automóvil moderno ejecuta muchísimo más software que la nave espacial Apolo. Además, los aviones modernos no pueden funcionar sin ejecutar decenas de millones de instrucciones informáticas integradas y distribuidas por todo el avión y residentes tanto en hardware informático estándar como en componentes de hardware especializados, como puertas lógicas cableadas de circuitos integrados, dispositivos analógicos e híbridos y otros componentes digitales. La necesidad de modelar eficazmente cómo se combinan los componentes físicos separados para formar sistemas complejos es importante en una amplia gama de aplicaciones, incluidas computadoras, asistentes digitales personales (PDA), teléfonos celulares, instrumentación quirúrgica, satélites y submarinos.
La arquitectura de hardware es la representación de un sistema de hardware electrónico o electromecánico diseñado (o por diseñar ), y el proceso y la disciplina para implementar de manera efectiva los diseños de dicho sistema. Generalmente forma parte de un sistema integrado más amplio que abarca información , software y creación de prototipos de dispositivos . [2]
Es una representación porque se utiliza para transmitir información sobre los elementos relacionados que componen un sistema de hardware, las relaciones entre esos elementos y las reglas que gobiernan esas relaciones.
Es un proceso porque se prescribe una secuencia de pasos para producir o cambiar la arquitectura, y/o un diseño a partir de esa arquitectura, de un sistema de hardware dentro de un conjunto de restricciones.
Es una disciplina porque se utiliza un conjunto de conocimientos para informar a los profesionales sobre la forma más eficaz de diseñar el sistema dentro de un conjunto de limitaciones.
Una arquitectura de hardware se ocupa principalmente de las interfaces eléctricas internas (y, más raramente, mecánicas ) entre los componentes o subsistemas del sistema , y de la interfaz entre el sistema y su entorno externo, especialmente los dispositivos operados o las pantallas electrónicas vistas por un usuario . (Esta última interfaz especial se conoce como interfaz hombre-computadora , también conocida como interfaz hombre-computadora o HCI ; anteriormente llamada interfaz hombre-máquina). [3] Los diseñadores de circuitos integrados (CI) están impulsando las tecnologías actuales hacia enfoques innovadores para nuevas productos. Por lo tanto, se están proponiendo múltiples capas de dispositivos activos como un solo chip, lo que abre oportunidades para la implementación disruptiva de hardware microelectrónico, optoelectrónico y nuevo microelectromecánico. [4] [5]
Antes de la llegada de las computadoras digitales, la electrónica y otras disciplinas de la ingeniería usaban los términos sistema y hardware como todavía se usan comúnmente en la actualidad. Sin embargo, con la llegada de las computadoras digitales a la escena y el desarrollo de la ingeniería de software como una disciplina separada, a menudo fue necesario distinguir entre artefactos de hardware de ingeniería, artefactos de software y artefactos combinados.
Un artefacto o máquina de hardware programable que carece de su programa informático es impotente; Incluso como artefacto de software, o programa, es igualmente impotente a menos que pueda usarse para alterar los estados secuenciales de una máquina (hardware) adecuada. Sin embargo, una máquina hardware y su programación pueden diseñarse para realizar un número casi ilimitado de tareas físicas y abstractas. Dentro de las disciplinas de ingeniería informática y de software (y, a menudo, de otras disciplinas de ingeniería, como las comunicaciones), los términos hardware, software y sistema llegaron a distinguir entre el hardware que ejecuta un programa de computadora , el software y el dispositivo de hardware. completo con su programa.
Un hardware se puede controlar desde un software con la ayuda de un dispositivo intermedio llamado controlador de hardware, este controlador de hardware se puede usar para realizar diversas tareas automatizadas desde el hardware, generalmente el controlador de hardware consta de pines GPIO (entrada y salida de propósito general), estos pines comportamiento controlado por el fragmento de código. [6]
El ingeniero o arquitecto de hardware se ocupa (más o menos) exclusivamente del dispositivo de hardware; el ingeniero o arquitecto de software se ocupa (más o menos) exclusivamente del programa; y el ingeniero de sistemas o arquitecto de sistemas es responsable de ver que la programación sea capaz de ejecutarse adecuadamente dentro del dispositivo de hardware, y que el sistema compuesto por las dos entidades sea capaz de interactuar adecuadamente con su entorno externo, especialmente el usuario, y realizar su función prevista.
Una arquitectura de hardware, entonces, es una representación abstracta de un dispositivo electrónico o electromecánico capaz de ejecutar un programa fijo o modificable. [7] [8]
Una arquitectura de hardware generalmente incluye algún tipo de computadora electrónica analógica, digital o híbrida , junto con sensores y actuadores electrónicos y mecánicos. El diseño de hardware puede verse como un " esquema de partición " o algoritmo , que considera todos los requisitos presentes y previsibles del sistema y organiza los componentes de hardware necesarios en un conjunto viable de subsistemas claramente delimitados sin más piezas de las necesarias. Es decir, se trata de un esquema de partición excluyente, inclusivo y exhaustivo . Un objetivo principal de la partición es disponer los elementos en los subsistemas de hardware de modo que haya un mínimo de conexiones eléctricas y comunicaciones electrónicas necesarias entre ellos. Tanto en software como en hardware, un buen subsistema tiende a verse como un " objeto " significativo. Además, una asignación clara de los requisitos del usuario a la arquitectura (hardware y software) proporciona una base eficaz para las pruebas de validación de los requisitos del usuario en el sistema construido.
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