Hardware

El hardware de la 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.

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 con solo hardware.

Arquitectura Von Neumann

La plantilla para todas las computadoras modernas es la arquitectura de Von Neumann, detallada en un artículo de 1945 del matemático húngaro John von Neumann. Describe una arquitectura de diseño para una computadora digital electrónica con subdivisiones de una unidad de procesamiento que consta de una unidad lógica aritmética y registros del procesador, una unidad de control que contiene un registro de instrucciones y un contador de programa, una memoria para almacenar datos e instrucciones, almacenamiento masivo externo, y mecanismos de entrada y salida. El significado del término ha evolucionado para referirse a una computadora con un programa almacenado en el que no se puede obtener una instrucción y una operación de datos al mismo tiempo porque comparten un bus común. Esto se conoce como el cuello de botella de Von Neumann y, a menudo, limita el rendimiento del sistema.

Tipos de sistemas informaticos

Computadora personal

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 caja de computadora. La carcasa 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 computadoras de escritorio integraron el monitor y el teclado en la misma caja que el procesador y la fuente de alimentación. La separación de los elementos permite al usuario disponer los componentes en una matriz 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 computadoras de escritorio. Pueden utilizar componentes de menor potencia o tamaño reducido, con un rendimiento inferior al de una computadora de escritorio de precio similar. 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 transportarlo, para proteger la pantalla y el teclado. En lugar de un mouse, las computadoras portátiles pueden tener un panel táctil o un dispositivo de puntero.

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 independientes. Algunos modelos de computadoras portátiles tienen un teclado desmontable, lo que permite configurar el sistema como una tableta con pantalla táctil. A veces se denominan "computadoras portátiles desmontables 2 en 1" o "híbridos de tableta y computadora portátil".

Caso

La caja de la computadora encierra la mayoría de los componentes del sistema. Proporciona soporte mecánico y protección para los elementos internos, como la placa base, las unidades de disco y las fuentes de alimentación, y controla y dirige el flujo de aire de refrigeración sobre los componentes internos. La carcasa también forma parte del sistema de control de las interferencias electromagnéticas radiadas por el ordenador y protege las partes internas de descargas electrostáticas. Los gabinetes de torre grandes brindan espacio para varias unidades de disco u otros periféricos y, por lo general, se colocan en el piso, mientras que los gabinetes 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 para la unidad. Los aficionados pueden decorar las cajas con luces de colores, pintura u otras características,

Fuente de alimentación

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. La fuente de alimentación generalmente usa una fuente de alimentación conmutada (SMPS), con MOSFET de potencia (transistores de efecto de campo de semiconductores de óxido de metal de potencia) utilizados en los convertidores y circuitos reguladores de la SMPS.

Tarjeta madre

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 otro), así como cualquier periférico conectado a través de los puertos o las ranuras de expansión.. Los chips de circuito integrado (IC) en una computadora generalmente contienen miles de millones de diminutos transistores de efecto de campo (MOSFET) semiconductores de óxido de metal.

Los componentes conectados directamente o a parte de la placa base incluyen:

• La CPU (unidad central de procesamiento), que realiza la mayoría de los cálculos que permiten el funcionamiento de una computadora, se conoce como el cerebro de la computadora. Toma las instrucciones del programa de la memoria de acceso aleatorio (RAM), las interpreta y las procesa y luego envía los resultados para que los componentes relevantes puedan llevar a cabo las instrucciones. La CPU es un microprocesador, que se fabrica en un chip de circuito integrado (IC) de metal-óxido-semiconductor (MOS). Por lo general, se enfría mediante un disipador de calor y un ventilador, o un sistema de refrigeración por agua. Muchas CPU más nuevas incluyen una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) integrada. La velocidad del reloj de la CPU determina qué tan rápido ejecuta las instrucciones y se mide en GHz; los valores típicos se encuentran entre 1 GHz y 5 GHz.
• El conjunto de chips, que incluye el puente norte, media la comunicación entre la CPU y los demás componentes del sistema, incluida la memoria principal; así como el puente sur, que está conectado con el puente norte y admite interfaces auxiliares y buses; y, finalmente, un chip Super I/O, conectado a través del puente sur, que admite los componentes más lentos y heredados, como puertos seriales, monitoreo de hardware y control de ventiladores.
• Memoria de acceso aleatorio (RAM), que almacena el código y los datos a los que la CPU accede activamente. Por ejemplo, cuando se abre un navegador web en la computadora, ocupa memoria; esto se almacena en la memoria RAM hasta que se cierra el navegador web. Por lo general, es un tipo de RAM dinámica (DRAM), como la DRAM síncrona (SDRAM), donde los chips de memoria MOS almacenan datos en celdas de memoria que consisten en MOSFET y condensadores MOS. La memoria RAM generalmente viene en módulos de memoria dual en línea (DIMM) en tamaños de 2 GB, 4 GB y 8 GB, pero puede ser mucho más grande.
• Memoria de solo lectura (ROM), que almacena el BIOS que se ejecuta cuando la computadora se enciende o comienza a ejecutarse, un proceso conocido como Bootstrapping, o "arranque" o "arranque". La ROM suele ser un chip de memoria BIOS no volátil, que almacena datos en celdas de memoria MOSFET de puerta flotante.
  • El BIOS (Sistema básico de entrada y salida) incluye firmware de arranque y firmware de administración de energía. Las placas base más nuevas usan la interfaz de firmware extensible unificada (UEFI) en lugar del BIOS.
• Buses que conectan la CPU a varios componentes internos y para expandir tarjetas para gráficos y sonido.
• La batería CMOS (MOS complementaria), que alimenta la memoria CMOS para la fecha y la hora en el chip BIOS. Esta batería es generalmente una batería de reloj.
• La tarjeta de video (también conocida como tarjeta gráfica), que procesa gráficos de computadora. Las tarjetas gráficas más potentes son más adecuadas para manejar tareas extenuantes, como jugar juegos de video intensivos o ejecutar software de gráficos de computadora. Una tarjeta de video contiene una unidad de procesamiento de gráficos (GPU) y una memoria de video (típicamente un tipo de SDRAM), ambas fabricadas en chips de circuito integrado MOS (MOS IC).
• Los MOSFET de potencia forman el módulo regulador de voltaje (VRM), que controla la cantidad de voltaje que reciben otros componentes de hardware.

Tarjetas de expansión

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.

Dispositivos de almacenamiento

Un dispositivo de almacenamiento es cualquier hardware informático y medio digital que se utiliza para almacenar, transferir y extraer archivos de datos y objetos. Puede contener y almacenar información tanto de manera 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.

Medios fijos

Los datos son almacenados por una computadora usando una variedad de medios. Las unidades de disco duro (HDD) se encuentran en prácticamente todas las computadoras más 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, por lo que a menudo se encuentran en computadoras personales construidas después de 2007. Los SSD usan memoria flash, que almacena datos en chips de memoria MOS que consisten en celdas de memoria MOSFET de puerta flotante. Algunos sistemas pueden usar un controlador de matriz de discos para lograr un mayor rendimiento o confiabilidad.

Media removible

Para transferir datos entre computadoras, se puede usar 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 sean legibles por otros sistemas; 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.

Periféricos de entrada y salida

Los dispositivos de entrada y salida generalmente se alojan en el exterior del chasis de la computadora principal. Los siguientes son estándar o muy comunes a muchos sistemas informáticos.

Dispositivo de entrada

Los dispositivos de entrada permiten al usuario introducir 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.

Dispositivo de salida

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 altavoces producen un sonido que se puede escuchar. Dichos dispositivos también podrían incluir impresoras o una impresora Braille.

Computadora central

Una computadora central es una computadora mucho más grande que normalmente ocupa 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.

Informática departamental

En las décadas de 1960 y 1970, cada vez más departamentos comenzaron a utilizar sistemas dedicados y más económicos para fines específicos, como el control de procesos y la automatización de laboratorios. Una minicomputadora, o coloquialmente mini, es una clase de computadoras más pequeñas que se desarrolló a mediados de la década de 1960 y se vendió por mucho menos que las computadoras centrales y medianas de IBM y sus competidores directos.

Supercomputadora

Una supercomputadora es superficialmente similar a un mainframe, pero en cambio está diseñada para tareas computacionales extremadamente exigentes. A partir de noviembre de 2021, la supercomputadora más rápida en la lista de supercomputadoras TOP500 es Fugaku, en Japón, con un puntaje 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 tenían velocidades superiores a un petaflop, o 1 billón (10^15 o 1000 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 rendimientos de diversas estrategias de inversión,

Actualización de hardware

Cuando se usa hardware de computadora, una actualización significa agregar hardware nuevo o adicional a una computadora que mejora su rendimiento, aumenta su capacidad o agrega nuevas características. 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 mejorar 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 usar 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.

Ventas

Los ingresos globales por hardware informático en 2016 alcanzaron los 408.000 millones de euros.

Reciclaje

Debido a que las piezas de la computadora contienen materiales peligrosos, existe un movimiento creciente para reciclar las piezas viejas y obsoletas. El hardware de las computadoras contiene químicos peligrosos como: plomo, mercurio, níquel y cadmio. Según la EPA, estos desechos electrónicos tienen un efecto nocivo sobre el medio ambiente a menos que se eliminen adecuadamente. La fabricación de hardware requiere energía, y el reciclaje de piezas reducirá la contaminación del aire, la contaminación del agua y las emisiones de gases de efecto invernadero. La eliminación de equipos informáticos no autorizados es, de hecho, ilegal. La legislación obliga a reciclar las computadoras a través de las instalaciones aprobadas por el gobierno. El reciclaje de una computadora puede ser más fácil si se eliminan ciertas partes reutilizables. Por ejemplo, la memoria RAM, la unidad de DVD, la tarjeta gráfica, el disco duro o SSD y otras partes extraíbles similares se pueden reutilizar.

Muchos materiales utilizados en el hardware de la computadora se pueden recuperar mediante el reciclaje para su uso en la producción futura. La reutilización de estaño, silicio, hierro, aluminio y una variedad de plásticos que están presentes a granel en las computadoras u otros dispositivos electrónicos puede reducir los costos de construcción de nuevos sistemas. Los componentes suelen contener cobre, oro, tantalio, plata, platino, paladio y plomo, así como otros materiales valiosos aptos para la recuperación.

Componentes tóxicos de la computadora

La unidad central de procesamiento contiene muchos materiales tóxicos. Contiene plomo y cromo en las placas de metal. Las resistencias, los semiconductores, los detectores de infrarrojos, los estabilizadores, los cables y los alambres contienen cadmio. Las placas de circuito de una computadora contienen mercurio y cromo. Cuando estos tipos de materiales y productos químicos se eliminan de manera incorrecta, se vuelven peligrosos para el medio ambiente.

Efectos ambientales

‹Ver TfM›

Según la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos, solo se recicla alrededor del 15% de los desechos electrónicos. Cuando los subproductos de desechos electrónicos se filtran en las aguas subterráneas, se queman o se manipulan de manera incorrecta durante el reciclaje, causan daños. Los problemas de salud asociados con tales toxinas incluyen deterioro del desarrollo mental, cáncer y daño a los pulmones, el hígado y los riñones. Es por eso que incluso los cables deben reciclarse. Diferentes empresas tienen diferentes técnicas para reciclar un alambre. El más popular es el molinillo que separa los hilos de cobre de la carcasa de plástico/goma. Cuando se hacen los procesos quedan dos montones diferentes; uno que contiene el polvo de cobre y el otro que contiene piezas de plástico/caucho.Los monitores de computadora, los ratones y los teclados tienen una forma similar de reciclarse. Por ejemplo, primero, cada una de las partes se desmonta y luego todas las partes internas se separan y se colocan en su propio contenedor.

Los componentes de la computadora contienen muchas sustancias tóxicas, como dioxinas, bifenilos policlorados (PCB), cadmio, cromo, isótopos radiactivos y mercurio. Un monitor de computadora típico puede contener más del 6% de plomo por peso, gran parte del cual se encuentra en el vidrio de plomo del tubo de rayos catódicos (CRT). Un monitor de computadora típico de 15 pulgadas (38 cm) puede contener 1,5 libras (1 kg) de plomo, pero se ha estimado que otros monitores tienen hasta 8 libras (4 kg) de plomo. Los tableros de circuitos contienen cantidades considerables de soldaduras de plomo y estaño que tienen más probabilidades de filtrarse a las aguas subterráneas o crear contaminación del aire debido a la incineración. En los vertederos de EE. UU., alrededor del 40 % de los niveles de contenido de plomo provienen de desechos electrónicos.El procesamiento (por ejemplo, incineración y tratamientos con ácido) 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 los residuos peligrosos, incluidos los metales pesados ​​y los carcinógenos, entren en la atmósfera, los vertederos o las vías fluviales. Si bien los productos electrónicos constituyen 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 equipos eléctricos y electrónicos de la Unión Europea y la Ley Nacional de Reciclaje de Computadoras de los Estados Unidos.

Esfuerzos para minimizar el desperdicio de hardware de computadora

Dado que 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 recolección general de productos electrónicos usados. De forma genérica, 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 "ciclables electrónicamente" incluyen, pero no se limitan a: televisores, computadoras, hornos de microondas, aspiradoras, teléfonos y teléfonos celulares, estéreos, VCR y DVD, casi cualquier cosa que tenga un cable, una luz o use algún tipo de batería..

Algunos de los servicios nacionales, como Dell y Apple, facilitan el reciclaje de una computadora. Ambas compañías recuperarán la computadora de su marca o de cualquier otra marca. 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.