El hardware de una computadora incluye las partes físicas de una computadora , como la carcasa , la unidad central de procesamiento (CPU), la memoria de acceso aleatorio (RAM) , el monitor , el mouse , el teclado , el almacenamiento de datos de la computadora , la tarjeta gráfica , la tarjeta de sonido , los parlantes y la placa base . [1] [2]
Por el contrario, el software es el conjunto de instrucciones que el hardware puede almacenar y ejecutar. El hardware se denomina así porque es duro o rígido con respecto a los cambios, mientras que el software es blando porque es fácil de cambiar.
El hardware normalmente es dirigido por el software para ejecutar cualquier comando o instrucción . Una combinación de hardware y software forma un sistema informático utilizable , aunque existen otros sistemas que solo cuentan con hardware.
El modelo para todas las computadoras modernas es la arquitectura Von Neumann , detallada en un artículo de 1945 del matemático húngaro John von Neumann . Esto describe una arquitectura de diseño para una computadora digital electrónica con subdivisiones de una unidad de procesamiento que consiste en una unidad lógica aritmética y registros de procesador , una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programas , una memoria para almacenar datos e instrucciones , almacenamiento masivo externo , y mecanismos de entrada y salida . [3] El significado del término ha evolucionado hasta significar una computadora con programa almacenado en la que una búsqueda de instrucciones y una operación de datos no pueden ocurrir al mismo tiempo porque comparten un bus común . Esto se conoce como cuello de botella de Von Neumann y, a menudo, limita el rendimiento del sistema. [4]
La computadora personal es uno de los tipos de computadora más comunes debido a su versatilidad y precio relativamente bajo. Las computadoras personales de escritorio tienen un monitor , un teclado , un mouse y una carcasa de computadora . La caja de la computadora contiene la placa base , las unidades de disco fijas o extraíbles para el almacenamiento de datos, la fuente de alimentación y puede contener otros dispositivos periféricos como módems o interfaces de red. Algunos modelos de ordenadores de sobremesa integraban el monitor y el teclado en la misma carcasa que el procesador y la fuente de alimentación. La separación de los elementos permite al usuario organizar los componentes en una disposición agradable y cómoda, a costa de gestionar los cables de alimentación y datos entre ellos.
Las computadoras portátiles están diseñadas para ser portátiles, pero funcionan de manera similar a las PC de escritorio. [5] Pueden utilizar componentes de menor consumo o tamaño reducido, con menor rendimiento que una computadora de escritorio de precio similar. [6] Las computadoras portátiles contienen el teclado, la pantalla y el procesador en un solo estuche. El monitor en la cubierta superior plegable del estuche se puede cerrar para el transporte, para proteger la pantalla y el teclado. En lugar de un mouse, las computadoras portátiles pueden tener un panel táctil o un dispositivo señalador .
Las tabletas son computadoras portátiles que utilizan una pantalla táctil como dispositivo de entrada principal. Las tabletas generalmente pesan menos y son más pequeñas que las computadoras portátiles.
Algunas tabletas incluyen teclados desplegables u ofrecen conexiones para teclados externos separados. Algunos modelos de computadoras portátiles tienen un teclado desmontable, lo que permite configurar el sistema como una tableta con pantalla táctil. A veces se les llama "portátiles desmontables 2 en 1" o "híbridos de tableta y portátil". [7]
La caja de la computadora encierra la mayoría de los componentes del sistema. Proporciona soporte mecánico y protección para elementos internos como la placa base, unidades de disco y fuentes de alimentación, y controla y dirige el flujo de aire de refrigeración sobre los componentes internos. El estuche también forma parte del sistema para controlar las interferencias electromagnéticas radiadas por la computadora y protege las partes internas de descargas electrostáticas. Las cajas de torre grandes brindan espacio para múltiples unidades de disco u otros periféricos y generalmente se ubican en el piso, mientras que las cajas de escritorio brindan menos espacio de expansión. Los diseños de estilo todo en uno incluyen una pantalla de video integrada en el mismo estuche. Las computadoras portátiles y portátiles requieren estuches que brinden protección contra impactos a la unidad. Los aficionados pueden decorar las cajas con luces de colores, pintura u otras características, en una actividad llamada modificación de cajas .
Una unidad de fuente de alimentación (PSU) convierte la energía eléctrica de corriente alterna (CA) en energía de corriente continua (CC) de bajo voltaje para la computadora. Las computadoras portátiles pueden funcionar con una batería recargable incorporada. [8] La fuente de alimentación normalmente utiliza una fuente de alimentación de modo conmutado (SMPS), con MOSFET de potencia ( transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico de potencia ) utilizados en los convertidores y circuitos reguladores del SMPS. [9]
La placa base es el componente principal de una computadora. Es una placa con circuitos integrados que conecta las otras partes de la computadora, incluida la CPU , la RAM , las unidades de disco ( CD , DVD , disco duro o cualquier otra), así como cualquier periférico conectado a través de los puertos o ranuras de expansión. . Los chips de circuito integrado (CI) de una computadora suelen contener miles de millones de pequeños transistores de efecto de campo semiconductores de óxido metálico (MOSFET). [10]
Los componentes conectados directamente a la placa base o a parte de ella incluyen:
Una tarjeta de expansión en informática es una placa de circuito impreso que se puede insertar en una ranura de expansión de la placa base o placa posterior de una computadora para agregar funcionalidad a un sistema informático a través del bus de expansión. Las tarjetas de expansión se pueden utilizar para obtener o ampliar funciones que no ofrece la placa base.
Un dispositivo de almacenamiento es cualquier hardware informático y medio digital que se utiliza para almacenar, transferir y extraer archivos y objetos de datos. Puede contener y almacenar información tanto de forma temporal como permanente y puede ser interno o externo a una computadora, servidor o cualquier dispositivo informático similar. El almacenamiento de datos es una función central y un componente fundamental de las computadoras. Los dispositivos de almacenamiento dedicados incluyen RAID y bibliotecas de cintas .
Los datos son almacenados por una computadora utilizando una variedad de medios. Las unidades de disco duro (HDD) se encuentran prácticamente en todas las computadoras antiguas, debido a su alta capacidad y bajo costo, pero las unidades de estado sólido (SSD) son más rápidas y más eficientes energéticamente, aunque actualmente son más caras que las unidades de disco duro en términos de dólar por dólar. gigabyte, [11] por lo que se encuentran a menudo en computadoras personales construidas después de 2007. [12] Los SSD utilizan memoria flash , que almacena datos en chips de memoria MOS que consisten en celdas de memoria MOSFET de puerta flotante . Algunos sistemas pueden utilizar un controlador de matriz de discos para lograr un mayor rendimiento o confiabilidad.
Para transferir datos entre computadoras, se puede utilizar un dispositivo de memoria flash externo (como una tarjeta de memoria o una unidad flash USB ) o un disco óptico (como un CD-ROM , DVD-ROM o BD-ROM ). Su utilidad depende de que otros sistemas puedan leerlos; la mayoría de las máquinas tienen una unidad de disco óptico (ODD) y prácticamente todas tienen al menos un puerto de bus serie universal (USB). Además, las memorias USB suelen estar preformateadas con el sistema de archivos FAT32 , que es ampliamente compatible con todos los sistemas operativos .
Los dispositivos de entrada y salida suelen estar alojados externamente al chasis principal de la computadora. Los siguientes son estándar o muy comunes en muchos sistemas informáticos.
Los dispositivos de entrada permiten al usuario ingresar información en el sistema o controlar su funcionamiento. La mayoría de las computadoras personales tienen un mouse y un teclado , pero los sistemas portátiles generalmente usan un panel táctil en lugar de un mouse. Otros dispositivos de entrada incluyen cámaras web , micrófonos , joysticks y escáneres de imágenes .
Los dispositivos de salida están diseñados en torno a los sentidos de los seres humanos. Por ejemplo, los monitores muestran texto que se puede leer, los parlantes producen un sonido que se puede escuchar. [13] Dichos dispositivos también podrían incluir impresoras o una impresora Braille .
Una computadora central es una computadora mucho más grande que normalmente llena una habitación y puede costar cientos o miles de veces más que una computadora personal. Están diseñados para realizar una gran cantidad de cálculos para gobiernos y grandes empresas.
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En las décadas de 1960 y 1970, cada vez más departamentos comenzaron a utilizar sistemas más baratos y dedicados para propósitos específicos como control de procesos y automatización de laboratorio . Una minicomputadora , o coloquialmente mini , es una clase de computadoras más pequeñas que se desarrolló a mediados de la década de 1960 [14] [15] y se vendió por mucho menos que las mainframe [16] y las computadoras de tamaño mediano de IBM y sus competidores directos.
Una supercomputadora es superficialmente similar a una computadora central, pero está diseñada para tareas computacionales extremadamente exigentes. En noviembre de 2021 [actualizar], la supercomputadora más rápida en la lista de supercomputadoras TOP500 es Fugaku , en Japón, con una puntuación de referencia LINPACK de 415 PFLOPS, reemplazando a la segunda más rápida, Summit , en los Estados Unidos, por alrededor de 294 PFLOPS.
El término supercomputadora no se refiere a una tecnología específica. Más bien indica los cálculos más rápidos disponibles en un momento dado. A mediados de 2011, las supercomputadoras más rápidas contaban con velocidades superiores a un petaflop, o 1 cuatrillón (10^15 o 1.000 billones) de operaciones de punto flotante por segundo. Las supercomputadoras son rápidas pero extremadamente costosas, por lo que generalmente las grandes organizaciones las utilizan para ejecutar tareas computacionalmente exigentes que involucran grandes conjuntos de datos. Las supercomputadoras suelen ejecutar aplicaciones militares y científicas. Aunque son costosos, también se utilizan para aplicaciones comerciales en las que se deben analizar grandes cantidades de datos. Por ejemplo, los grandes bancos emplean supercomputadoras para calcular los riesgos y retornos de diversas estrategias de inversión, y las organizaciones de atención médica las utilizan para analizar bases de datos gigantes de datos de pacientes para determinar tratamientos óptimos para diversas enfermedades y problemas que enfrenta el país.
Cuando se utiliza hardware de computadora, una actualización significa agregar hardware nuevo o adicional a una computadora que mejora su rendimiento, aumenta su capacidad o agrega nuevas funciones. Por ejemplo, un usuario podría realizar una actualización de hardware para reemplazar el disco duro por uno más rápido o una unidad de estado sólido (SSD) para aumentar el rendimiento. El usuario también puede instalar más memoria de acceso aleatorio (RAM) para que la computadora pueda almacenar datos temporales adicionales o recuperar dichos datos a un ritmo más rápido. El usuario puede agregar una tarjeta de expansión USB 3.0 para utilizar completamente los dispositivos USB 3.0, o puede actualizar la Unidad de procesamiento de gráficos (GPU) para obtener gráficos más limpios y avanzados o más monitores . Es posible que sea necesario realizar dichas actualizaciones de hardware para que las computadoras antiguas cumplan con los requisitos del sistema de un programa nuevo o actualizado.
En las organizaciones grandes, las actualizaciones de hardware están a cargo de administradores que también están a cargo de mantener las redes funcionando sin problemas. Reemplazan dispositivos de red como servidores , enrutadores y dispositivos de almacenamiento en función de nuevas demandas y capacidades.
Los ingresos globales por hardware informático en 2023 alcanzaron los 705.170 millones de dólares. [17]
Debido a que las piezas de computadora contienen materiales peligrosos , existe un movimiento creciente para reciclar piezas viejas y obsoletas. [18] El hardware de la computadora contiene sustancias químicas peligrosas como plomo, mercurio, níquel y cadmio. Según la EPA, estos desechos electrónicos tienen un efecto nocivo para el medio ambiente a menos que se eliminen adecuadamente. Fabricar hardware requiere energía y reciclar piezas reducirá la contaminación del aire , la contaminación del agua y las emisiones de gases de efecto invernadero. [19] Desechar equipos informáticos no autorizados es, de hecho, ilegal. La legislación obliga a reciclar computadoras a través de instalaciones aprobadas por el gobierno . El reciclaje de una computadora puede resultar más fácil eliminando ciertas piezas reutilizables. Por ejemplo, se pueden reutilizar la RAM , la unidad de DVD, la tarjeta gráfica , el disco duro o SSD y otras piezas extraíbles similares.
Muchos materiales utilizados en el hardware de las computadoras se pueden recuperar mediante el reciclaje para su uso en producciones futuras. La reutilización de estaño , silicio , hierro , aluminio y una variedad de plásticos que están presentes a granel en computadoras u otros dispositivos electrónicos puede reducir los costos de construcción de nuevos sistemas. Los componentes contienen frecuentemente cobre , oro , tantalio , [20] [21] plata , platino , paladio y plomo , así como otros materiales valiosos aptos para la recuperación. [22] [23]
La unidad central de procesamiento contiene muchos materiales tóxicos. Contiene plomo y cromo en las placas de metal. Las resistencias, semiconductores, detectores de infrarrojos, estabilizadores, cables y alambres contienen cadmio. Las placas de circuito de una computadora contienen mercurio y cromo. [24] Cuando este tipo de materiales y productos químicos se eliminan de forma inadecuada, se volverán peligrosos para el medio ambiente.
Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, sólo alrededor del 15% de los desechos electrónicos se reciclan. Cuando los subproductos de los desechos electrónicos se filtran a las aguas subterráneas, se queman o se manejan mal durante el reciclaje, causan daños. Los problemas de salud asociados con dichas toxinas incluyen deterioro del desarrollo mental, cáncer y daños a los pulmones, el hígado y los riñones. [25] Por eso es necesario reciclar incluso los cables. Diferentes empresas tienen diferentes técnicas para reciclar un cable. El más popular es el molinillo que separa los cables de cobre de la carcasa de plástico/goma. Cuando terminan los procesos quedan dos montones diferentes; uno que contiene polvo de cobre y el otro que contiene piezas de plástico/goma. [26] Los monitores de computadora, ratones y teclados tienen una forma similar de ser reciclados. Por ejemplo, primero, se desmonta cada una de las piezas y luego se separan todas las piezas internas y se colocan en su propio contenedor. [27]
Los componentes de las computadoras contienen muchas sustancias tóxicas, como dioxinas , bifenilos policlorados (PCB), cadmio , cromo , isótopos radiactivos y mercurio . Las placas de circuito contienen cantidades considerables de soldaduras de plomo y estaño que tienen más probabilidades de filtrarse al agua subterránea o generar contaminación del aire debido a la incineración. En los vertederos estadounidenses, alrededor del 40% de los niveles de contenido de plomo provienen de desechos electrónicos. [28] El procesamiento (por ejemplo, incineración y tratamientos ácidos) requerido para recuperar estas preciosas sustancias puede liberar, generar o sintetizar subproductos tóxicos.
El reciclaje de hardware informático se considera respetuoso con el medio ambiente porque evita que residuos peligrosos, incluidos metales pesados y carcinógenos, entren a la atmósfera, los vertederos o las vías fluviales. Si bien los productos electrónicos representan una pequeña fracción del total de desechos generados, son mucho más peligrosos. Existe una legislación estricta diseñada para hacer cumplir y fomentar la eliminación sostenible de electrodomésticos, siendo la más notable la Directiva sobre residuos de aparatos eléctricos y electrónicos de la Unión Europea y la Ley Nacional de Reciclaje de Computadoras de los Estados Unidos. [29]
Como el hardware de la computadora contiene una gran cantidad de metales en su interior, la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) fomenta la recolección y el reciclaje del hardware de la computadora. " E-cycling ", el reciclaje de hardware informático, se refiere a la donación, reutilización, trituración y recogida general de productos electrónicos usados. Genéricamente, el término se refiere al proceso de recolección, intermediación, desmontaje, reparación y reciclaje de los componentes o metales contenidos en equipos electrónicos usados o desechados, también conocidos como desechos electrónicos (e-waste). Los artículos "reciclables electrónicamente" incluyen, entre otros: televisores, computadoras, hornos microondas, aspiradoras, teléfonos y teléfonos celulares, estéreos y videograbadoras y DVD, casi cualquier cosa que tenga cable, luz o requiera algún tipo de batería. . [30]
Algunas empresas, como Dell y Apple , reciclarán computadoras de su marca o de cualquier otra. De lo contrario, se puede donar una computadora a Computer Aid International , que es una organización que recicla y restaura computadoras viejas para hospitales, escuelas, universidades, etc. [31]
Medios relacionados con hardware informático en Wikimedia Commons
Hardware informático en Wikilibros
Materiales de aprendizaje relacionados con el hardware informático en Wikiversity