¿COMO FUNCIONA UNA PC?
Un ordenador
es una máquina electrónica que toma información
(input), la procesa durante un tiempo para elaborar un resultado, la
almacena y produce una salida o resultado (output).
Hoy en día el funcionamiento del ordenador se centra en esas
acciones, en la entrada, el procesamiento, el almacenaje y la salida.
También cuenta con varios
software, que son los programas variables y un
hardware fijo, que puede ser actualizado cada cierto tiempo.
En el año 1970
cada uno de los ordenadores funcionaba con un programa determinado,
por lo que cada persona tenía que diseñar, de manera individual, los
programas que necesitaba. No eran válidos para otros. Además, se añadía
el valor de estos dispositivos, muy elevado.
En la actualidad,
el software común de todos los
programas ha sido extraído para facilitarnos la vida. Ya no tenemos que
preocuparnos por los programas de cada ordenador, prácticamente todos
utilizan el mismo, con alguna variación.
El encargado de hacer esto posible fue Microsoft Windows, de la mano de Bill Gates.
La computadora
es sola una herramienta, pero puede hacer cosas mágicas. Hoy en día,
computadoras calculan millones de números por segundo, predice el
tiempo, y simulan bombas nucleares. Además, computadoras son casi
humanas en su habilidad de hablar, ver, pintar, cantar, y decidir. ¿Cómo
puede una caja de plástico, metal, y silicona crear tanta magia?
Adentro esta caja, podemos ver sólo un revoltijo de placas, chips,
alambre, cables, y más cajitas. Cuando la computadora está funcionado,
no podemos ver nada moviendo adentro excepto un ventilador o un disco
girando. Algo que produje tantas maravillas en el mundo moderno tiene
que hacer algo interesante adentro. No necesitamos buscar varillas de
brujas o pociones secretos para explicar el funcionamiento de la
computadora. Aunque no podemos ver lo que está pasando adentro, la
computadora no es inexplicable ni difícil de entender. Aunque produje
maravillas complicadas, la computadora es muy sencilla cuando llega al
fondo. Es sola una herramienta construida de partes lógicas. Para
entender la computadora, hay que entender cada componente y su papel en
el conjunto de la computadora.
La parte más importante es la procesador central, un chip
de silicona que recibe, procesa, y emite casi toda la información de la
computadora. La procesador central es como el cerebro. No solo maneja la
información, pero también dirige todos los otros componentes. Sin un
procesador central, nada funciona. Asimismo, el cuerpo humano necesita
una cabeza para mover los abrazos y piernas.
Cuando se pregunta acerca el tipo de computadora,
normalmente se refiere al tipo de procesador central. No se interesa
mucho la marca o modelo de la computadora. Hay miles de fabricantes y
nombres de computadoras. Por el contrario, el cerebro adentro es lo que
cuenta. La mayoría de los PCs usa una procesador Pentium de Intel, a la
vez los Macintosh contienen un procesador PowerPC.
Aunque el procesador es el cerebro, no domina su mismo, ni
el cuerpo entero de la computadora. El reloj es el pulso de sangre que
da vida al cuerpo. El procesador depende del pulso del reloj para
empezar y terminar cada tarea, no importa tan pequeña sea. No solo los
procesos adentro, pero la mayoría afuera del procesador es sincronizado
con el pulso del reloj. Como el corazón que emite el sangre, todo
depende del reloj que emite la señal eléctrica.
El origen de esta señal es una de las maravillas de
electrónica. Cuando un corriente directo pasa por algunos tipos de
cristal, el corriente emerge en un pulso electrónico. Este pulso tiene
una frecuencia tan exacta que puede usarla para medir la hora. Relojes
electrónicos cuentan el número de pulsos para determinar cuanto tiempo
está pasando.
Adentro la computadora un reloj emite un pulso que rige la
rapidez del procesador central. Cuando la procesador recibe un pulso,
empieza hacer un proceso como añadir o substraer dos números. El tiempo
que gasta para hacer un proceso simple se llama un ciclo. Algunos
procesos complicados como multiplicación y división requieren 2 o más
ciclos. Se mide la rapidez de procesador con hertz o el numero de ciclos
por segundo. Hoy en día los procesadores funcionan en megahertz
(millones de ciclos por segundo) y en gigahertz (miles de millones de
ciclos por segundo).
La tarea principal del procesador es tratar con
información. Sin embargo, la computadora no puede ver información como
nosotros. La computadora es sólo una maquina. Aunque es muy compleja, no
puede pensar como nosotros, ni entender cosas como sonidos, vistas, y
lenguaje. Por eso, tiene que convertir toda la información en la forma
que trata la computadora. La única cosa que la computadora reconoce es
electricidad. Cuando mira a algo, la computadora pregunta ¿Tiene poder? o
¿No tiene poder? Sólo hay dos opciones en el mundo de la computadora.
Cuando hay poder, el computadora asigna uno. Cuando no hay poder, asigna
cero. Así la computadora convierte todo en ceros y unos.
Esto tipo de numeración se llama binario. Es posible de
representar números y letras, aun música y video en ceros y unos. Por
ejemplo, según la computadora, el número 26 es 0001 1010. Asimismo, la
computadora tiene una forma de representar letras en binario conocido
como ASCII. En esta forma, la letra A es 0100 0001. A nuestros ojos,
binario es largo y incómodo, pero la computadora moderna puede procesar
millones de estos números en un segundo.
La computadora no sólo representa los números en binario,
pero también cuenta su capacidad en binario. Cada cero o uno es un bit;
ocho bits forma un byte. Un byte es el espacio necesario de guardar una
letra o un número menos de 256. Computadores cuenta números con una base
de 2, y guardan los numeros en unidades con base de 2. Un kilobyte (KB)
es 210 bytes o 1024 bytes. Un megabyte (MB) es 220 bytes o 1.048.576
bytes. Hoy en día muchas computadoras trata con cantidades de gigabytes
(GB) que son 230 bytes o 1.073.741.824 bytes. Porque estas sumas son
cercas de un mil (103), un millón (106), y un mil millón (109)
respectivamente, es común de confundir las cantidades de computadora con
base de 2 con nuestra forma de contar con base de 10.
Un montón de kilobytes y megabytes de información llega al
procesador central para ser procesado. El procesador no trata con esta
información binaria como una mente humana. La computadora no puede
añadir, dibujar, ni cantar en una manera normal. En lugar de procesar
información en conjunto como la mente humana, la computadora quiebra
todo en partes más básicas. Toda información es separada en sus bits y
es procesada en esta forma pequeña.
Aunque la computadora puede hacer cálculos muy complicados,
sus operaciones básicas son increíblemente sencillas. Con un bit, hay
sólo dos operaciones posibles. Puede dejar el bit el mismo o puede tomar
el complemento. El complemento de un bit es el opuesto del su valor
actual. Cero es el complemento de uno, a la vez que uno es el
complemento de cero.
Dos operaciones posibles con un bit solo
No cambia el bit
Toma el complemento
1 –> 1
1 –> 0
0 –> 1
0 –> 1
Cuando hay que procesar junto pedazos múltiples de
información, la computadora reduce todo a operaciones que trata con solo
dos bits a la vez. Por ejemplo, para añadir dos números, cada numero es
separado en su bits individuos. Los bits en primer número es añadido a
los bits correspondidos en el segundo número.
Sin embargo, adición en la computadora es totalmente
diferente de adición normal. Porque la computadora trata con solo ceros y
unos, hay diferentes reglas o lógica en la computadora porque las
acciones son muy limitadas.
Con dos bits, hay sólo tres operaciones posibles: Y, O, y O
Exclusivo. En una operación de Y, el resulto es uno si ambos bits son
unos, a la vez que el resulto es uno si algún bit es uno en una
operación de O. La operación de O Exclusivo requiere que solo un bit es
uno para un resulto de uno. Si ambos son unos, el resulto es cero.
Tres operaciones posibles con 2 bits
Y (&
O (|)
O Exclusivo (^)
1 & 1 = 1
1 | 1 = 1
1 ^ 1 = 0
1 & 0 = 0
1 | 0 = 1
1 ^ 0 = 1
0 & 1 = 0
0 | 1 = 1
0 ^ 1 = 1
0 & 0 = 0
0 | 0 = 0
0 ^ 0 = 0
Con solo Y, O, O Exclusivo, y el complemento, la
computadora forma toda su lógica. Estas operaciones aparece muy inútiles
y solas no pueden calcular casi nada. Sin embargo, en combinaciones
estas operaciones pueden hacer matemáticas, sonido, video, y mucho más.
El secreto del poder de una computadora es su habilidad de hacer
millones de estas operaciones sencillas en un segundo.
Millones de operaciones requieren millones de pedazos de
información para procesar. Esta información viene de muchas fuentes cómo
el teclado, el ratón, y el CD. Por lo general, la información está
guardado en la memoria antes que llega al procesador. Hay muchos niveles
y tipos de memoria en la computadora y cada tipo tiene una función
propia.
El procesador central tiene una poca memoria adentro para
guardar las valores que necesita cuando hace cálculos. Esta memoria se
llama los registros y es muy temporal porque puede cambiar con cada
operación nueva. Cuando el procesador necesita más información, busca
primero en la memoria pegado al procesador que se llama el cache. Esta
memoria es muy rápida y contiene lo que el procesador usa próximamente o
con mucha frecuencia. Por ejemplo, el cache puede guardar los próximos
líneas de instrucciones del programa y la información sobre los gráficos
en la pantalla. Hoy en dia, computadoras suelen usar dos niveles de
cache. L1 es cache chico adentro el chip de procesador, a la vez que L2
es cache afuera del procesador.
Muchas veces, el cache no es suficiente para surtir toda la
información necesaria. En este caso, información viene por medio de una
conexión que se llama el bus. Como el transporte publico para todo el
sistema, el bus lleva mucho a la vez con rapidez. El bus forma la médula
espinal de la computadora. Toda la información que viene del cuerpo de
la computadora fluye por el bus. Todos los otro componentes de la
computadora conectan al procesador central por el bus. Información fluye
por el bus con una rapidez que también es controlado por el reloj. La
rapidez del bus es generalmente 2 o 3 veces más lenta de la rapidez del
procesador. Esta medida es importante porque indica tan rápido el
procesador puede comunicar con los otro componentes y últimamente con el
mundo afuera.
En la médula espinal, información pasa en ambas
direcciones, desde y hacia el cerebro. El cerebro puede originar el
mensaje, pero otro partes del sistema nerviosa inician mensajes también.
Por ejemplo, cuando se empieza pisar en un clavo, los nervios del pie
manda un mensaje de dolor por el médula espinal al cerebro. Igualmente,
componentes conectado al bus puede mandar mensajes al procesador o
interrupciones. Estos mensajes interrumpen el procesamiento normal del
procesador. Cuando el cerebro recibe el mensaje de dolor del pie, deja
todo para concentrar en el este problema. Igualmente, el procesador para
cuando recibe un interrupción y trata con esta información nueva.
En el caso del clavo, el cerebro inmediatamente manda un
mensaje de levantar el pie, y después sigue caminando y concentrando en
sus pensamientos previos. El procesador también vuelve a su
procesamiento normal después de tratar con la interrupción. Sin embargo,
algunas interrupciones requiere mucho tiempo para procesar. Como la
persona que para caminando después de pisar en un clavo, la interrupción
puede atrasar, aun parar el procesamiento. Cuando todo se congela en la
pantalla de una computadora, muchas veces la causa fue una interrupción
con que la procesador no puede tratar.
El bus conecta el procesador con lo demás del torso del
computadora o la placa matriz. Esta placa contiene las partes vitales de
la computadora como chips que procesan video y sonido y controlan
comunicaciones con los puertos y las ranuras de expansión y memoria. La
placa matriz se forma de muchas laminas que contiene traces o alambres
minúsculos para conectar los chips diferentes. Los traces son los
nervios que llevan información y los vasos sanguíneos que lleva poder
eléctrico y el pulso del reloj. Los traces tuercen y entrelazan en
carreteras tridimensionales adentro la placa matriz. Los niveles de
laminas permiten los traces de cruzar y solapar sin tocar hasta llegan a
los chips soldados encima y abajo la placa matriz.
Cuando el procesador sigue procurando información en en
bus, va principalmente a la memoria RAM. Como el cache, RAM es memoria
temporal, sino es más grande y puede guardar más. RAM es Memoria de
Acceso Aleatorio que quiere decir que la computadora pueda obtener
información en cualquiera parte de la memoria. Ahora este nombre no
significa mucho, pero en los principios de computadoras mucha memoria no
fue muy accesible. Por ejemplo, para sacar información grabado en
cintas magnéticas tenía que mover secuencialmente por toda la cinta
hasta llega a la parte deseada.
El vocabulario de RAM es muy confuso porque había muchos
avances en la tecnología. Hoy puede encontrar muchas variedades como
Fast Page, EDO RAM, SDRAM, y RAMBus. A pesar de los muchos nombres, toda
esta memoria es dinámica que significa su información puede desaparecer
fácilmente. Dinámica RAM (DRAM) necesita un pulso de electricidad
periódicamente para renovar la memoria. En cambio, la memoria del cache
es estática porque no necesita ser renovada periódicamente. DRAM gasta
tiempo renovando su información y por eso es más lenta del la memoria
del cache
