Introducción al hardware

El hardware (pronunciado jard.wer) se refiere a las partes físicas de un sistema informático. Son los componentes eléctricos, electrónicos y mecánicos​ de un ordenador tales como cables, cajas, periféricos, etc.

Por el contrario los programas y datos de un ordenador, que son intangibles, se denominan software.

Hardware de un ordenador personal

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Gustavb, CC BY-SA 3.0 Unported, via Wikimedia Commons.

  1. Monitor.
  2. Placa base.
  3. Microprocesador (CPU) y zócalo.
  4. Módulo de RAM y ranuras.
  5. Tarjetas y ranuras de expansión.
  6. Fuente de alimentación.
  7. Unidad de disco óptico (CD, DVD, BD).
  8. Unidad de disco duro o unidad de estado sólido.
  9. Teclado.
  10. Ratón.

Clasificación de los ordenadores

Según sea la potencia y tamaño del hardware de un ordenador podemos clasificar a los ordenadores en alguno de los siguientes apartados.

Controladores programables

Son pequeños ordenadores de baja potencia, destinados a controlar de forma inteligente aparatos domésticos, elementos de un automóvil, etc. Estos controladores son los que permiten realizar programas a una lavadora, temporizar digitalmente un horno microondas, activar el freno ABS de un automóvil, realizar mediciones de consumo eléctrico a distancia, validar una tarjeta de transporte en el autobús, encender una bombilla mediante conexión wifi, etc.

En la industria se utilizan controladores programables especializados para mover máquinas de forma automática o para recoger datos y controlar procesos industriales. Estos controladores se denominan PLC y SCADA.

A medida que se abaratan los precios de la electrónica cada vez más aparatos incorporan pequeños ordenadores que les añaden inteligencia. Estos pequeños controladores añadidos a las cosas cotidianas y conectados a internet es lo que se denomina Internet de las cosas.

Uno de los controladores para uso doméstico y hobby más conocido es la placa Arduino UNO con arquitectura de 8 bits y 32kbytes de memoria RAM.

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Placa controladora Arduino UNO.

Wearables

Un wearable o tecnología vestible es un pequeño ordenador incorporado a prendas de vestir. Incluyen relojes inteligentes (smartwatch), gafas inteligentes, etc.

Esta tecnología puede ser utilizada para monitorizar la salud de los usuarios.

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Apple Watch Serie 6 Navy Blue.

Avia Husk, CC BY-SA 4.0 International, via Wikimedia Commons.
Ordenador de una sola placa (SBC)

Los ordenadores de una sola placa son ordenadores completos en una sola placa de circuito impreso de tamaño reducido que incluye CPU, RAM, periféricos, conectores y demás componentes típicos de un ordenador.

Uno de los SBC de bajo costo más conocidos es la placa Raspberry Pi

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Raspberry Pi 2 model B.

Evan-Amos, Public Domain, via Wikimedia Commons.
SmartTV

Son pequeños ordenadores pensados para dar inteligencia (smart) a una televisión tradicional. Permiten desde decodificar las señales digitales vía satélite hasta añadir capacidades como conectarse a internet y ver servicios de streaming como Netflix, HBO o Amazon Prime.

Algunos de los más conocidos son Google Chromecast, Amazon Fire TV y Apple TV,

Los televisores actuales (smartTV) ya llevan incorporados ordenadores que permiten realizar estas tareas, al igual que conectarse por internet a las empresas fabricantes. Esto ha ocasionado polémicas debido a que estos televisores pueden espiar lo que ocurre a su alrededor.

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Amazon Fire TV 4K.

PAG DEV, CC BY-SA 4.0 International, via Wikimedia Commons.
Videoconsolas

Las videoconsolas son ordenadores orientados a ejecutar videojuegos. Pueden tener una potencia relativamente elevada.

Su uso se reduce exclusivamente a jugar y la disponibilidad de muchos juegos está limitada a una sola plataforma, por lo que muchos usuarios de videojuegos prefieren usar un ordenador personal (PC) de altas características en su lugar. La diferencia entre los dos tipos de ordenadores reside en el precio. Para una misma potencia de cálculo, un PC puede costar el doble que una videoconsola de última generación equivalente.

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Sony PlayStation 4 de 2014.

Evan-Amos, Public Domain, via Wikimedia Commons.
Ordenadores dedicados
Existen más tipos de ordenadores dedicados realizar una sola función de forma especializada. Por ejemplo los servidores de datos NAS que permiten compartir archivos de datos en una red de ordenadores, fotocopiadoras, routers, impresoras, escáner, cajeros automáticos, máquinas expendedoras y un largo etcétera.
Teléfono inteligente

Un teléfono inteligente o smartphone es un dispositivo que combina las funciones de un teléfono móvil con el de un ordenador de bolsillo.

Actualmente son los ordenadores de uso más habitual para la mayoría de las personas.

Su sistema operativo suele ser Android (de Google) o iOS (de Apple).

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Apple iPhone 13.

SimonWaldherr, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.
Tableta

Una tableta o tablet es un pequeño ordenador basado en una pantalla táctil que generalmente funciona con los mismos sistemas operativos que los teléfonos móviles (Android y

En ciertos casos pueden incluir periféricos como un teclado o ratón, aunque la mayoría de las veces solo se manejan mediante la pantalla táctil.

Hay teléfonos inteligentes con un tamaño mayor del habitual (mayor de 6 pulgadas de diagonal) se les llama tabléfonos o phablet.

Ordenador portátil

Un ordenador portátil es un ordenador personal (PC) capaz de realizar todas las tareas de un ordenador de escritorio, pero con un pequeño tamaño y batería incluida por lo que puede usarse en cualquier lugar y desplazarle fácilmente.

Los portátiles Netbooks son ordenadores pensados para conectarse a internet y con menos capacidades que un portátil habitual. Suelen llevar un sistema operativo ligero basado en Linux y tienen un precio reducido, aunque no disponen de todas las capacidades de otros portátiles. Los modelos más conocidos son los Chromebook de Google.

Ordenador personal de escritorio

Con ordenador personal o PC se suele denominar a un microordenador de escritorio, de uso general, para ser usado por una persona. Los ordenadores personales actuales comenzaron a venderse en 1981 por parte de IBM y pronto aparecieron ordenadores con un funcionamiento semejante (clónicos) fabricados por otras empresas.

Su sistema operativo suele ser Windows, MacOS o Linux.

Los ordenadores personales de altas prestaciones también se denominan estación de trabajo. Tienen mucha más potencia de cálculo y capacidad de almacenamiento que un ordenador personal habitual.

Mainframe

Un mainframe o unidad central es un ordenador utilizado principalmente por grandes organizaciones para aplicaciones críticas donde el ordenador debe ser muy fiable y tener gran capacidad de almacenamiento.

Estos ordenadores se utilizan para realizar operaciones bancarias, censos, servidores de internet, etc.

Clúster de ordenadores

Un clúster de ordenadores es un gran ordenador compuesto por un conjunto de ordenadores unidos entre sí por una red de alta velocidad y sincronizados por el sistema operativo, que suele ser Linux, para que se comporten como un solo ordenador.

Actualmente este tipo de ordenadores está sustituyendo poco a poco a los mainframes en sus funciones.

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Hindermath, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons.

Superordenador

Un superordenador es un gran ordenador utilizado para grandes cálculos tales como predecir el tiempo atmosférico, investigaciones sobre el genoma, nuevos medicamentos, etc.

En un principio eran mainframes dedicados a cálculo intensivo, pero actualmente están basados en la tecnología de clúster de ordenadores.

En España el superordenador más famoso es el MareNostrum , compuesto por un clúster de 48 896 procesadores Intel Xeon.

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Supercomputador MareNostrum 4 en el centro de supercomputación de Barcelona.

Vcarceler, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.

Esquema simplificado de un ordenador

En el gráfico adjunto se pueden ver los elementos principales de cualquier ordenador.

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Estos elementos son los siguientes:

  • La memoria ROM, que es la encargada de almacenar a largo plazo los programas y los datos, aunque el ordenador esté apagado.

  • La memoria RAM, que es la encargada de almacenar los programas y los datos para que el procesador pueda trabajar con ellos.

  • La CPU o unidad central de proceso que es el cerebro del ordenador, el elemento que procesa los programas y los datos.

  • El bus de procesador que se encarga de transportar los datos entre la CPU, la memoria y el sistema de entrada/salida.

  • El sistema de entrada/salida que conecta al ordenador con el exterior y se encarga de transportar información entre el bus de procesador y varios buses de conexión secundarios, que suelen ser estándar, como USB, HDMI o Ethernet.

  • Los periféricos, que se encargan de realizar 3 tareas fundamentales.

    • Entrada de datos al ordenador (por ejemplo un teclado)
    • Salida de datos del ordenador (por ejemplo una pantalla)
    • Almacenamiento externo (por ejemplo una memoria USB)

En un ordenador personal, el esquema quedaría como se puede ver en la siguiente figura.

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En este caso la memoria ROM es sustituida por una unidad de almacenamiento externa que se comporta como un periférico de entrada/salida de datos.

Unidades de medida

Medida de cantidad de información o capacidad de almacenamiento.
  • Bit. Es la unidad mínima de información y equivale a un dígito binario que puede valer 0 ó 1.
  • Byte. Es un conjunto de 8 bits. Puede contener un carácter y puede tomar valores entre 0 y 255.
  • Word. Una palabra puede tener un número variable de bits dependiendo del sistema informático con el que estemos tratando. En los ordenadores actuales varía desde 16 bits hasta 128 bits.
Medida de velocidad de transporte o caudal.
  • Bit/s. Un bit transmitido cada segundo.
  • Byte/s. Un byte transmitido cada segundo.
Múltiplos

Tabla de Prefijos del Sistema Internacional.

Prefijo Letra Cantidad 10^n
kilo- k 1 000 10^3
Mega- M 1 000 000 10^6
Giga- G 1 000 000 000 10^9
Tera- T 1 000 000 000 000 10^12
Peta- P 1 000 000 000 000 000 10^15
Exa- E 1 000 000 000 000 000 000 10^18
Capacidades y velocidades típicas

Un mensaje de texto apenas ocupará pocos bytes (alguno más que el número de caracteres).

Una conexión de audio a través de Whatsapp necesita unos 64 kbit/s para funcionar.

Una fotografía o una canción mp3 ocupan unos cientos de kilobytes o pocos megabytes dependiendo de su calidad o tamaño.

Una conexión a internet por fibra óptica tiene alrededor de 100 Mbit/s de velocidad de conexión (equivalente a unos 12 Mbyte/s).

Una conexión por Ethernet con el router suele tener 1Gbit/s de velocidad de conexión (equivalente a 125 Mbyte/s).

Una película en DVD ocupará de 4 a 8 Gigabytes de espacio.

Un disco duro típico tiene una capacidad de varios Terabytes.

Un Cluster de ordenadores puede alcanzar varios Petabytes de capacidad.

Se calcula que en 2020 la capacidad de almacenamiento total de internet era de unos 2000 Exabytes

Ley de Moore

La ley de Moore fue formulada en el año 1965 por Gordon Moore, cofundador de Intel, y expresa que cada 2 años se duplica el número de transistores de un microprocesador.

Esta ley también es válida para otros dispositivos basados en transistores como pueden ser la memoria RAM o la memoria Flash.

Gracias a esta tendencia a aumentar el número de transistores, la potencia y capacidad de cálculo ha aumentado de forma exponencial desde el año 1965 hasta la actualidad y se espera que todavía siga aumentando unos años más, hasta que la tecnología se tope con los efectos cuánticos, que no permitirán seguir fabricando transistores más pequeños.

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Max Roser, Hannah Ritchie, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons.

Relación capacidad-precio

Los dispositivos de hardware informáticos sufren una fuerte deflación de precios con el tiempo que provoca que un dispositivo muy caro de tope de gama pase en pocos años a ser un dispositivo obsoleto, dentro del rango de precios más barato.

Una buena pauta a la hora de comprar hardware es no comprar lo más barato del mercado, puesto que suele tener una baja relación capacidad-precio.

Por otro lado los dispositivos más nuevos en el mercado se suelen lanzar con unos precios muy altos dado que son productos de la mayor capacidad o rendimiento y eso les hace ser más atractivos. El resultado es que estos dispositivos altos de gama suelen tener también una pobre relación capacidad-precio o rendimiento-precio.

En las tablas que se muestran a continuación se puede ver en la práctica estos conceptos.

Tabla de precios de memorias USB de marca SanDisk en Amazon en 2022.

Capacidad [Gbyte] Precio [€] Capacidad/precio [Gbyte/€]
16 6 2,67
32 8 4,00
64 10 6,40
128 17,70 7,23
256 30,90 8,28
512 87,80 5,83

Como puede observarse, los dispositivos de precios más bajos se pueden mejorar duplicando su capacidad por poco dinero más.

La relación de precio por Gbyte mejora constantemente hasta que llegamos al dispositivo más nuevo y alto de gama que tiene un precio muy superior al resto durante el periodo de lanzamiento, por lo que no merece la pena comprarlo por su menor relación capacidad-precio.

Tabla de precios de procesadores Intel en Amazon en 2022. La capacidad de calculo se ha obtenido de la página de PassMark Software.

Modelo Rendimiento [PCMark] Precio [€] Rendimiento/precio
i5-3470 3,2GHz 4666 65,82 71
i5-11400F 2,6GHz 17191 150,45 114
i5-12400 2,5GHz 19500 200,00 98
i5-12600KF 27052 270,00 100
i9-12900KS 2,4GHz 44482 795,00 56

Los modelos de procesadores con menor capacidad no están a la venta como procesadores independientes, pero se siguen vendiendo en equipos ya montados, a pesar de ser obsoletos y tener una baja relación rendimiento/precio.

Podemos observar de nuevo que los equipos más baratos tienen una pobre relación rendimiento/precio, al igual que los más caros y altos de gama. La mejor compra está en un equipo intermedio con la mejor relación rendimiento/precio.