Hardware (pronunciación AFI: /ˈhɑːdˌwɛə/ ó /ˈhɑɹdˌwɛɚ/) corresponde a todas las partes físicas y tangibles1 de una computadora: sus componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos;2 sus cables, gabinetes o cajas, periféricos de todo tipo y cualquier otro elemento físico involucrado; contrariamente al soporte lógico e intangible que es llamado software. El término proviene del inglés3 y es definido por la RAE como el "Conjunto de los componentes que integran la parte material de una computadora".4 Sin embargo, el término, aunque es lo más común, no necesariamente se aplica a una computadora tal como se la conoce, así por ejemplo, un robot también posee hardware (y software).
Tipos de hardware
Microcontrolador Motorola 68HC11 y chips de soporte que podrían constituir el hardware de un equipo electrónico industrial.
Una de las formas de clasificar el Hardware es en dos categorías: por un lado, el "básico", que abarca el conjunto de componentes indispensables necesarios para otorgar la funcionalidad mínima a una computadora, y por otro lado, el "Hardware complementario", que, como su nombre indica, es el utilizado para realizar funciones específicas (más allá de las básicas), no estrictamente necesarias para el funcionamiento de la computadora.
Así es que: Un medio de entrada de datos, la unidad de procesamiento y memoria y un medio de salida de datos constituye el "hardware básico".
Los medios de entrada y salida de datos estrictamente indispensables dependen de la aplicación: desde un punto de vista de un usuario común, se debería disponer, al menos, de un teclado y un monitor para entrada y salida de información, respectivamente; pero ello no implica que no pueda haber una computadora (por ejemplo controlando un proceso) en la que no sea necesario teclado ni monitor, bien puede ingresar información y sacar sus datos procesados, por ejemplo, a través de una placa de adquisición/salida de datos.
Las computadoras son aparatos electrónicos capaces de interpretar y ejecutar instrucciones programadas y almacenadas en su memoria, ellas consisten básicamente en operaciones aritmético-lógicas y de entrada/salida.11 Se reciben las entradas (datos), se las procesa y almacena (procesamiento), y finalmente se producen las salidas (resultados del procesamiento). Por ende todo sistema informático tiene, al menos, componentes y dispositivos hardware dedicados a alguna de las funciones antedichas;12 a saber:
1. Procesamiento: Unidad Central de Proceso o CPU
2. Almacenamiento: Memorias
3. Entrada: Periféricos de Entrada (E)
4. Salida: Periféricos de salida (S)
5. Entrada/Salida: Periféricos mixtos (E/S)
Desde un punto de vista básico y general, un dispositivo de entrada es el que provee el medio para permitir el ingreso de información, datos y programas (lectura); un dispositivo de salida brinda el medio para registrar la información y datos de salida (escritura); la memoria otorga la capacidad de almacenamiento, temporal o permanente (almacenamiento); y la CPU provee la capacidad de cálculo y procesamiento de la información ingresada (transformación).13
Un periférico mixto es aquél que puede cumplir funciones tanto de entrada como de salida, el ejemplo más típico es el disco rígido (ya que en él se lee y se graba información y datos).
Unidad Central de Procesamiento
Artículo principal: CPU
Microprocesador de 64 bits doble núcleo, el AMD Athlon 64 X2 3600.
La CPU, siglas en inglés de Unidad Central de Procesamiento, es la componente fundamental del computador, encargada de interpretar y ejecutar instrucciones y de procesar datos.14 En los computadores modernos, la función de la CPU la realiza uno o más microprocesadores. Se conoce como microprocesador a un CPU que es manufacturado como un único circuito integrado.
Un servidor de red o una máquina de cálculo de alto rendimiento (supercomputación), puede tener varios, incluso miles de microprocesadores trabajando simultáneamente o en paralelo (multiprocesamiento); en este caso, todo ese conjunto conforma la CPU de la máquina.
Las unidades centrales de proceso (CPU) en la forma de un único microprocesador no sólo están presentes en las computadoras personales (PC), sino también en otros tipos de dispositivos que incorporan una cierta capacidad de proceso o "inteligencia electrónica"; como pueden ser: controladores de procesos industriales , televisores, automóviles, calculadores, aviones, teléfonos móviles, electrodomésticos, juguetes y muchos más.
Placa base formato µATX.
El microprocesador se monta en la llamada placa madre, sobre el un zócalo conocido como Socket de CPU, que permite además las conexiones eléctricas entre los circuitos de la placa y el procesador. Sobre el procesador y ajustado a la tarjeta madre se fija un disipador de calor, que por lo general es de aluminio, en algunos casos de cobre; éste es indispensable en los microprocesadores que consumen bastante energía, la cual, en gran parte, es emitida en forma de calor: En algunos casos pueden consumir tanta energía como una lámpara incandescente (de 40 a 130 vatios).
Adicionalmente, sobre el disipador se acopla un ventilador, que está destinado a forzar la circulación de aire para extraer más rápidamente el calor emitido por el disipador. Complementariamente, para evitar daños por efectos térmicos, también se suelen instalar sensores de temperatura del microprocesador y sensores de revoluciones del ventilador.
La gran mayoría de los circuitos electrónicos e integrados que componen el hardware del computador van montados en la placa madre.
La placa madre, también conocida como placa base o con el anglicismo "board",15 es un gran circuito impreso sobre el que se suelda el chipset, las ranuras de expansión (slots), los zócalos, conectores, diversos integrados, etc. Es el soporte fundamental que aloja y comunica a todos los demás componentes por medio de: Procesador, módulos de memoria RAM, tarjetas gráficas, tarjetas de expansión, periféricos de entrada y salida. Para comunicar esos componentes, la placa base posee una serie de buses con los cuales se trasmiten los datos dentro y hacia afuera del sistema.
La tendencia de integración ha hecho que la placa base se convierta en un elemento que incluye también la mayoría de las funciones básicas (vídeo, audio, red, puertos de varios tipos), funciones que antes se realizaban con tarjetas de expansión. Aunque ello no excluye la capacidad de instalar otras tarjetas adicionales específicas, tales como capturadoras de vídeo, tarjetas de adquisición de datos, etc.
Memoria RAM
Modulos de memoria RAM instalados.
Artículo principal: Memoria RAM
Del inglés Random Access Memory, literalmente significa "memoria de acceso aleatorio". El término tiene relación con la característica de presentar iguales tiempos de acceso a cualquiera de sus posiciones (ya sea para lectura o para escritura). Esta particularidad también se conoce como "acceso directo".
La RAM es la memoria utilizada en una computadora para el almacenamiento transitorio y de trabajo (no masivo). En la RAM se almacena temporalmente la información, datos y programas que la Unidad de Procesamiento (CPU) lee, procesa y ejecuta. La memoria RAM es conocida como Memoria principal de la computadora, también como "Central o de Trabajo"; 16 a diferencia de las llamadas memorias auxiliares y de almacenamiento masivo (como discos duros, cintas magnéticas u otras memorias).
Las memorias RAM son, comúnmente, volátiles; lo cual significa que pierden rápidamente su contenido al interrumpir su alimentación eléctrica.
Las más comunes y utilizadas como memoria central son "dinámicas" (DRAM), lo cual significa que tienden a perder sus datos almacenados en breve tiempo (por descarga, aún estando con alimentación eléctrica), por ello necesitan un circuito electrónico específico que se encarga de proveerle el llamado "refresco" (de energía) para mantener su información.
La memoria RAM de un computador se provee de fábrica e instala en lo que se conoce como “módulos”. Ellos albergan varios circuitos integrados de memoria DRAM que, conjuntamente, conforman toda la memoria principal.
Módulo de memoria RAM dinámica
Es la presentación más común en computadores modernos (computador personal, servidor); son tarjetas de circuito impreso que tienen soldados circuitos integrados de memoria por una o ambas caras, además de otros elementos, tales como resistencias y capacitores. Esta tarjeta posee una serie de contactos metálicos (con un recubrimiento de oro) que permite hacer la conexión eléctrica con el bus de memoria del controlador de memoria en la placa base.
Los integrados son de tipo DRAM, memoria denominada "dinámica", en la cual las celdas de memoria son muy sencillas (un transistor y un condensador), permitiendo la fabricación de memorias con gran capacidad (algunos cientos de Megabytes) a un costo relativamente bajo. Las posiciones de memoria o celdas, están organizadas en matrices y almacenan cada una un bit. Para acceder a ellas se han ideado varios métodos y protocolos cada uno mejorado con el objetivo de acceder a las celdas requeridas de la manera más veloz posible.
Memorias RAM con tecnologías usadas en la actualidad.
Entre las tecnologías recientes para integrados de memoria DRAM usados en los módulos RAM se encuentran:
• SDR SDRAM Memoria con un ciclo sencillo de acceso por ciclo de reloj. Actualmente en desuso, fue popular en los equipos basados en el Pentium III y los primeros Pentium 4.
• DDR SDRAM Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a dos posiciones de memoria consecutivas. Fue popular en equipos basados en los procesadores Pentium 4 y Athlon 64.
• DDR2 SDRAM Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a cuatro posiciones de memoria consecutivas. Es la memoria más usada actualmente.
• DDR3 SDRAM Memoria con un ciclo doble y acceso anticipado a ocho posiciones de memoria consecutivas. Es un tipo de memoria en auge, pero por su costo sólo es utilizada en equipos de gama alta.
Los estándares JEDEC, establecen las características eléctricas y las físicas de los módulos, incluyendo las dimensiones del circuito impreso.
Los estándares usados actualmente son:
• DIMM Con presentaciones de 168 pines (usadas con SDR y otras tecnologías antiguas), 184 pines (usadas con DDR y el obsoleto SIMM) y 240 (para las tecnologías de memoria DDR2 y DDR3).
• SO-DIMM Para computadores portátiles, es una miniaturización de la versión DIMM en cada tecnología. Existen de 144 pines (usadas con SDR), 200 pines (usadas con DDR y DDR2) y 240 pines (para DDR3).
Memorias RAM especiales
Hay memorias RAM con características que las hacen particulares, y que normalmente no se utilizan como memoria central de la computadora; entre ellas se puede mencionar:
• SRAM: Siglas de Static Random Access Memory. Es un tipo de memoria más rápida que la DRAM (Dynamic RAM). El término "estática" se deriva del hecho que no necesita el refresco de sus datos. La RAM estática no necesita circuito de refresco, pero ocupa más espacio y utiliza más energía que la DRAM. Este tipo de memoria, debido a su alta velocidad, es usada como memoria caché.
• NVRAM: Siglas de Non-Volatile Random Access Memory. Memoria RAM no volátil (mantiene la información en ausencia de alimentación eléctrica). Hoy en día, la mayoría de memorias NVRAM son memorias flash, muy usadas para teléfonos móviles y reproductores portátiles de MP3.
• VRAM: Siglas de Video Random Access Memory. Es un tipo de memoria RAM que se utiliza en las tarjetas gráficas del computador. La característica particular de esta clase de memoria es que es accesible de forma simultánea por dos dispositivos. Así, es posible que la CPU grabe información en ella, al tiempo que se leen los datos que serán visualizados en el Monitor de computadora.
De las anteriores a su vez, hay otros subtipos más.
Periféricos
Artículo principal: Periféricos
Se entiende por periférico a las unidades o dispositivos que permiten a la computadora comunicarse con el exterior, esto es, tanto ingresar como exteriorizar información y datos.12 Los periféricos son los que permiten realizar las operaciones conocidas como de entrada/salida (E/S).13
Aunque son estrictamente considerados “accesorios” o no esenciales, muchos de ellos son fundamentales para el funcionamiento adecuado de la computadora moderna; por ejemplo, el teclado, el disco duro y el monitor son elementos actualmente imprescindibles; pero no lo son un scanner o un plotter. Para ilustrar este punto: en los años 80, muchas de las primeras computadoras personales no utilizaban disco duro ni mouse (o ratón), tenían sólo una o dos disqueteras, el teclado y el monitor como únicos periféricos.
Periféricos de entrada (E)
Teclado para PC .
Ratón (Mouse) común alámbrico.
De esta categoría son aquellos que permiten el ingreso de información, en general desde alguna fuente externa o por parte del usuario. Los dispositivos de entrada proveen el medio fundamental para transferir hacia la computadora (más propiamente al procesador) información desde alguna fuente, sea local o remota. También permiten cumplir la esencial tarea de leer y cargar en memoria el sistema operativo y las aplicaciones o programas informáticos, los que a su vez ponen operativa la computadora y hacen posible realizar las más diversas tareas.13
Entre los periféricos de entrada se puede mencionar: 12 teclado, mouse o ratón, escáner, micrófono, cámara web , lectores ópticos de código de barras, Joystick, lectora de CD o DVD (sólo lectoras), placas de adquisición/conversión de datos, etc.
Pueden considerarse como imprescindibles para el funcionamiento, al teclado, mouse y algún tipo de lectora de discos; ya que tan sólo con ellos el hardware puede ponerse operativo para un usuario. Los otros son bastante accesorios, aunque en la actualidad pueden resultar de tanta necesidad que son considerados parte esencial de todo el sistema.
Impresora de inyección de tinta.
Periféricos de salida (S)
Son aquellos que permiten emitir o dar salida a la información resultante de las operaciones realizadas por la CPU (procesamiento).
Los dispositivos de salida aportan el medio fundamental para exteriorizar y comunicar la información y datos procesados; ya sea al usuario o bien a otra fuente externa, local o remota.13
Los dispositivos más comunes de este grupo son los monitores clásicos (no de pantalla táctil), las impresoras, y los altavoces. 12
Entre los periféricos de salida puede considerarse como imprescindible para el funcionamiento del sistema al monitor. Otros, aunque accesorios, son sumamente necesarios para un usuario que opere un computador moderno.
Periféricos mixtos (E/S)
Son aquellos dispositivos que pueden operar de ambas formas: tanto de entrada como de salida.13 Típicamente, se puede mencionar como periféricos mixtos o de Entrada/Salida a: discos rígidos, disquetes, unidades de cinta magnética, lecto-grabadoras de CD/DVD, discos ZIP, etc. También entran en este rango, con sutil diferencia, otras unidades, tales como: Memoria flash, tarjetas de red, módems, placas de captura/salida de vídeo, etc. 12
Si bien se puede clasificar al pendrive (lápiz de memoria), memoria flash o memoria USB en la categoría de memorias, normalmente se los utiliza como dispositivos de almacenamiento masivo; siendo todos de categoría Entrada/Salida.17
Los dispositivos de almacenamiento masivo12 también son conocidos como "Memorias Secundarias o Auxiliares". Entre ellos, sin duda, el disco duro ocupa un lugar especial, ya que es el de mayor importancia en la actualidad, en él se aloja el sistema operativo, todas las aplicaciones, utilitarios, etc. que utiliza el usuario; además de tener la suficiente capacidad para albergar información y datos en grandes volúmenes por tiempo prácticamente indefinido. Los servidores Web, de correo electrónico y de redes con bases de datos, utilizan discos rígidos de grandes capacidades y con una tecnología que les permite trabajar a altas velocidades.
La pantalla táctil (no el monitor clásico) es un dispositivo que se considera mixto, ya que además de mostrar información y datos (salida) puede actuar como un dispositivo de entrada, reemplazando, por ejemplo, a algunas funciones del ratón y/o del teclado.
Hardware Gráfico
Artículo principal: Unidad de procesamiento gráfico
El hardware gráfico lo constituyen básicamente las tarjetas de video que actualmente poseen su propia memoria y unidad de procesamiento, llamada unidad de procesamiento gráfico (o GPU, siglas en inglés de Graphics Processing Unit). El objetivo básico de la GPU es realizar exclusivamente procesamiento gráfico, 18 liberando al procesador principal (CPU) de esa costosa tarea (en tiempo) para que pueda así efectuar otras funciones más eficientemente. Antes de las tarjetas de video con aceleradores, era el procesador principal el encargado de construir la imagen mientras la sección de video (sea tarjeta o de la placa base) era simplemente un traductor de las señales binarias a las señales requeridas por el monitor; y buena parte de la memoria principal (RAM) de la computadora también era utilizada para estos fines.
La Ley de Moore establece que cada 18 a 24 meses la cantidad de transistores que puede contener un circuito integrado se logra duplicar; en el caso de los GPU esta tendencia es bastante más notable, duplicando o aún más de lo indicado en la ley de Moore.19
Desde la década de 1990, la evolución en el procesamiento gráfico ha tenido un crecimiento vertiginoso; las actuales animaciones por computadoras y videojuegos eran impensables veinte años atrás.
