Hardware para niños
El hardware (se pronuncia "jard-wer") se refiere a todas las partes físicas y tangibles de una computadora o de cualquier otro sistema electrónico. Imagina que es como el cuerpo de un robot: puedes tocarlo, verlo y está hecho de componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos. Lo contrario al hardware es el software, que son los programas y las instrucciones que hacen que el hardware funcione, como el cerebro y los pensamientos de ese robot.
La palabra "hardware" viene del inglés y se ha adoptado así en español porque no hay una traducción exacta que capture su significado completo. La Real Academia Española lo define como el «Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora». Pero no solo se usa para computadoras; también se aplica a herramientas, máquinas, teléfonos móviles, cámaras, reproductores de música y otros dispositivos electrónicos.
La historia del hardware de las computadoras se divide en varias etapas, cada una marcada por un gran avance tecnológico. Al principio, los cambios eran muy grandes, pero ahora son más graduales.
El hardware principal de una computadora es lo que necesita para funcionar. Incluye:
- Una unidad central de procesamiento (CPU), que es como el cerebro que procesa la información.
- Una memoria rápida para guardar datos temporalmente (RAM).
- Una unidad de almacenamiento para guardar programas y archivos de forma permanente (como un disco duro o SSD).
- Dispositivos de entrada, para meter información (como el teclado o el ratón).
- Dispositivos de salida, para mostrar los resultados (como el monitor o la impresora).
Historia del Hardware
La evolución del hardware de las computadoras se ha clasificado en generaciones, cada una con un cambio tecnológico importante.
Primeras Generaciones de Computadoras
- 1.ª generación (1945-1956): Usaban tubos de vacío. Eran máquinas muy grandes y las primeras en dejar de usar componentes mecánicos.
- 2.ª generación (1957-1963): Se desarrollaron con transistores. Eran mucho más pequeñas que las anteriores y reducían el tamaño de las computadoras.
- 3.ª generación (1964-hoy): Se basaron en circuitos integrados. Esta tecnología permitió poner cientos de transistores y otros componentes en un solo chip de silicio. Esto hizo que las computadoras fueran más baratas, pequeñas, rápidas y confiables.
Avances Clave en el Hardware
La aparición del microprocesador en 1971 fue un momento muy importante. Para muchos, marcó el inicio de la cuarta generación. A diferencia de otros cambios, no hizo que las computadoras antiguas desaparecieran de inmediato, sino que el cambio fue gradual.
Otro avance importante fue la llegada de los circuitos integrados VLSI (que significa "integración a muy gran escala") a principios de los años ochenta. Estos permitieron poner aún más componentes en un solo chip, haciendo las computadoras más potentes.
Clasificación del Hardware
Podemos clasificar el hardware en dos grupos principales:
- Hardware principal: Son los componentes esenciales que una computadora necesita para funcionar.
- Hardware complementario: Son los componentes que añaden funciones especiales, pero que no son estrictamente necesarios para que la computadora encienda y haga sus tareas básicas.
El hardware principal incluye:
- Un medio para introducir datos.
- La unidad central de procesamiento (CPU).
- La memoria RAM.
- Un medio para mostrar datos.
- Un medio para guardar datos.
Las computadoras son aparatos electrónicos que pueden seguir instrucciones. Reciben información (entradas), la procesan y guardan, y luego muestran los resultados (salidas). Por eso, todo sistema informático tiene componentes dedicados a estas funciones:
- Procesamiento: unidad central de procesamiento (CPU).
- Almacenamiento: Memorias.
- Entrada: Periféricos de entrada.
- Salida: Periféricos de salida.
- Entrada/Salida: Periféricos mixtos.
Un dispositivo de entrada permite que la información, los datos y los programas entren a la computadora. Un dispositivo de salida muestra la información y los datos procesados. La memoria guarda la información, y la CPU la calcula y procesa. Un periférico mixto puede hacer ambas cosas, como un disco duro.
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
La Unidad Central de Procesamiento, o CPU por sus siglas en inglés, es el componente más importante de la computadora. Se encarga de entender y ejecutar las instrucciones, y de procesar los datos. En las computadoras modernas, la CPU es uno o varios microprocesadores. Un microprocesador es una CPU que está fabricada en un solo circuito integrado.
Algunas computadoras muy potentes, como los servidores o las supercomputadoras, pueden tener muchos microprocesadores trabajando al mismo tiempo.
Las CPU no solo están en las computadoras personales, sino también en muchos otros dispositivos que tienen "inteligencia electrónica", como televisores, automóviles, calculadoras, teléfonos móviles y electrodomésticos. Las empresas más conocidas que fabrican microprocesadores para PC son Intel y AMD.
El microprocesador se coloca en la placa base, en un lugar llamado zócalo de CPU. Encima del procesador se pone un disipador de calor, que suele ser de aluminio o cobre, para ayudar a que el calor que produce el procesador se disipe. A veces, también se le añaden ventiladores para enfriarlo aún más, ya que los procesadores pueden calentarse mucho.
La mayoría de los circuitos electrónicos que forman el hardware de una computadora se montan en la placa madre.
Placa Base
La placa base, también conocida como placa madre o principal, es una gran placa de circuito impreso donde se conectan todos los demás componentes de la computadora: el microprocesador, los módulos de memoria RAM, las tarjetas gráficas, otras tarjetas de expansión y los periféricos. Es como la columna vertebral que une y permite la comunicación entre todas las partes.
Hoy en día, muchas placas base ya incluyen funciones básicas como vídeo, audio y red, que antes necesitaban tarjetas separadas. También, la tendencia es integrar cada vez más elementos directamente en el microprocesador, creando sistemas llamados System on a Chip, donde varios módulos electrónicos (procesador, controlador de memoria, tarjeta gráfica, Wi-Fi, Bluetooth) están en un solo chip. Esto ayuda a reducir el tamaño de los dispositivos.
Las funciones principales de una placa base son:
- Conectar físicamente los componentes.
- Administrar y distribuir la energía eléctrica.
- Permitir la comunicación de datos.
- Controlar el tiempo y la sincronización de las operaciones.
- Monitorear el funcionamiento de los componentes.
Memoria RAM
La sigla RAM significa Random Access Memory, o memoria de acceso aleatorio. Esto quiere decir que la computadora puede acceder a cualquier parte de esta memoria muy rápidamente y en el mismo tiempo, sin importar dónde esté la información.
La RAM es la memoria que usa la computadora para trabajar de forma temporal. Aquí se guarda la información, los datos y los programas que la CPU necesita leer, procesar y ejecutar en ese momento. Es la memoria principal de la computadora, a diferencia de las memorias de almacenamiento masivo como los discos duros.
Las memorias RAM suelen ser "volátiles", lo que significa que pierden su contenido cuando se apaga la computadora o se interrumpe la electricidad.
Las RAM más comunes son las "dinámicas" (DRAM), que necesitan un "refresco" constante de energía para mantener la información. La memoria RAM se instala en la computadora en forma de "módulos", que son pequeñas tarjetas con varios chips de memoria.
Memoria RAM Dinámica (DRAM)
Los módulos de memoria RAM dinámica son tarjetas con chips de memoria soldados. Se conectan a la placa base a través de contactos metálicos. Los chips DRAM son sencillos, lo que permite fabricar memorias de gran capacidad (como 2, 4, 8 o 16 Gigabytes por módulo) a un costo bajo.
Las celdas de memoria guardan bits de información. Se han desarrollado diferentes tecnologías para acceder a ellas de la forma más eficiente posible. Algunas de las tecnologías más recientes para módulos RAM son:
- SDR SDRAM: Accedía a una posición de memoria por ciclo de reloj. Ya no se usa mucho.
- DDR SDRAM: Podía hacer dos operaciones por cada ciclo de reloj. Fue popular en computadoras antiguas.
- DDR2 SDRAM: Mejoró la DDR, pero también está en desuso.
- DDR3 SDRAM: Accedía a ocho posiciones de memoria consecutivas. Todavía se usa, pero está siendo reemplazada.
- DDR4 SDRAM: Es una evolución de la DDR3, con mayor velocidad y menor consumo de energía. Tiene 288 pines.
- DDR5 SDRAM: La última generación, busca reducir el consumo de energía y duplicar el ancho de banda y la capacidad de las DDR4.
Los estándares JEDEC definen las características físicas y eléctricas de estos módulos. Los formatos más comunes son:
- DIMM: Para computadoras de escritorio, con diferentes números de pines según la tecnología (168, 184, 240, 288 pines).
- SO-DIMM: Una versión más pequeña de los DIMM, usada en computadoras portátiles.
Memorias RAM Especiales
Existen otros tipos de memoria RAM que no se usan como memoria principal de la computadora:
- SRAM (Static Random Access Memory): Es más rápida que la DRAM y no necesita "refresco" para mantener sus datos. Se usa como memoria caché en los procesadores, que es una memoria muy rápida para datos que se usan con frecuencia.
- NVRAM (Non-Volatile Random Access Memory): Es una memoria RAM que no pierde la información cuando se apaga la electricidad. Las memorias flash son un tipo de NVRAM, muy usadas en teléfonos móviles, reproductores de MP3 y pendrives.
- VRAM (Video Random Access Memory): Se usa en las tarjetas gráficas de la computadora. Su característica especial es que dos dispositivos pueden acceder a ella al mismo tiempo: la CPU puede escribir información mientras la tarjeta gráfica lee los datos para mostrarlos en el Monitor de computadora.
Periféricos
Se llama periféricos a los dispositivos que permiten a la computadora comunicarse con el mundo exterior, es decir, introducir y sacar información y datos. Son los que hacen posibles las operaciones de entrada/salida (E/S).
Aunque se consideran "accesorios", muchos son esenciales para que una computadora moderna funcione bien. Por ejemplo, el teclado, el ratón, el disco duro y el monitor son casi imprescindibles hoy en día.
Dispositivos de Entrada (E)
Estos dispositivos permiten que la información entre a la computadora, ya sea desde una fuente externa o por parte del usuario. Son fundamentales para cargar el sistema operativo y los programas que hacen que la computadora funcione.
Algunos ejemplos de periféricos de entrada son:
- Teclado
- Ratón
- Escáner
- Micrófono
- Cámara web
- Lectores de código de barras
- Joystick
- Lectoras de CD, DVD o BluRay (solo las que leen).
El teclado, el ratón y algún lector de discos son considerados "imprescindibles" para que un usuario pueda operar una computadora hoy en día.
Dispositivos de Salida (S)
Estos dispositivos muestran o emiten la información que la CPU ha procesado. Permiten que la computadora comunique los resultados al usuario o a otro dispositivo.
Los dispositivos de salida más comunes son:
- Monitores (los que no son táctiles)
- Impresoras
- Consolas
- Altavoces
El monitor es esencial para el funcionamiento del sistema. Otros, como la impresora o los altavoces, son muy necesarios para la mayoría de los usuarios.
Dispositivos Mixtos (E/S)
Estos dispositivos pueden funcionar tanto como entrada como salida. Los ejemplos más comunes son:
- Discos rígidos
- Disquetes
- Unidades de cinta magnética
- Grabadoras de CD/DVD
- Discos ZIP
- Tarjetas de Memoria flash o unidad de estado sólido (SSD)
- Tarjetas de red
- Módems
- Tarjetas de captura/salida de vídeo
Los dispositivos de almacenamiento masivo, como los pendrives o las unidades de estado sólido (SSD), también son de categoría Entrada/Salida.
El disco duro es muy importante hoy en día, ya que guarda el sistema operativo, todos los programas y una gran cantidad de información del usuario. Los servidores de internet y de redes usan discos duros de gran capacidad y alta velocidad.
La pantalla táctil es un dispositivo mixto, porque muestra información (salida) y también permite introducir datos (entrada), reemplazando algunas funciones del ratón o el teclado.
Hardware Gráfico
El hardware gráfico está formado principalmente por las tarjetas gráficas. Estos componentes tienen su propia memoria y una unidad de procesamiento especial llamada unidad de procesamiento gráfico (GPU). La GPU se encarga de hacer los cálculos relacionados con los gráficos, liberando a la CPU de esta tarea para que pueda hacer otras cosas de forma más eficiente.
Antes, la CPU era la que creaba las imágenes, pero ahora las tarjetas gráficas con GPU hacen este trabajo mucho más rápido.
También existen los sistemas gráficos integrados (IGP), que suelen estar en computadoras portátiles o prefabricadas. Estos no tienen una memoria dedicada, sino que usan la memoria principal del sistema. La tendencia actual es integrar los sistemas gráficos directamente en el procesador central. Aunque los IGP son menos potentes que las GPU de las tarjetas gráficas dedicadas, son suficientes para la mayoría de los usuarios.
Hoy en día, las tarjetas gráficas se están usando para más cosas además de los gráficos, porque sus GPU son muy potentes para ciertos cálculos. Esto se llama GPGPU (Computación de Propósito General en Unidades de Procesamiento Gráfico).
La ley de Moore dice que la cantidad de transistores en un chip se duplica cada 18 a 24 meses. En el caso de las GPU, este crecimiento es aún más rápido. Gracias a esto, las animaciones por computadora y los videojuegos actuales son mucho más avanzados de lo que se podía imaginar hace unos años.
Galería de imágenes
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Componentes principales de una computadora personal:
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Microcontrolador Motorola 68HC11 y chips de soporte que podrían constituir el hardware de un equipo electrónico industrial.
Véase también
En inglés: Computer hardware Facts for Kids
- Historia del hardware
- Arquitectura de computadoras
- Arquitectura de von Neumann
- Hardware libre
- Hardware de red
- Software
- Humanware
