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Memoria y almacenamiento

Memoria es la facultad psíquica por medio de la cual se retiene y recuerda un acontecimiento. En un sentido más amplio, también se llama memoria a los medios, métodos, dispositivos o circuitos que permiten almacenar o guardar información para uso posterior, tal como los cuadernos con apuntes, libros con anécdotas de alguien, películas con documentales históricos, grabaciones de sonido en cinta magnética, discos y chips semiconductores. La memoria principal en las computadoras se denomina RAM y se usa para retener temporalmente documentos, datos o porciones de programa que el microprocesador (processor) o el usuario de la computadora están utilizando en ese momento de la sesión de trabajo. La memoria secundaria, también llamada de almacenamiento, se usa para guardar programas e información que debe permanecer aunque el sistema se apague. En este campo encontramos la memoria ROM y las unidades de disco.

Memoria ROM

(Read-Only Memory)

La ROM es un tipo de memoria que se puede comparar con un libro: su información es grabada durante el proceso de fabricación y no se puede modificar posteriormente; por eso se dice que es memoria de sólo lectura. Los datos permanecen almacenados aunque falle la energía eléctrica, razón por la cual se le denomina memoria no-volátil, memoria residente, memoria permanente o inalterable. En las computadoras se utilizan circuitos integrados (chips) de memoria ROM para contener datos y códigos de programas, así como tablas de conversión y de generación de caracteres. Uno o dos de esos chips de memoria ROM vienen grabados de fábrica con las rutinas básicas para gestionar el inicio del sistema (el arranque) y las operaciones de los dispositivos de entrada y salida de datos (módem, impresora, ratón, tarjeta de red), lo que en inglés se llama BIOS (Basic Input Output System). Por esa razón dicho chip de memoria también se llama ROM-BIOS. Otra de las funciones de la ROM BIOS, es cargar el sistema operativo en memoria RAM, para lo cual, lo primero que hace el microprocesador al arrancar la computadora, es ejecutar las instrucciones de un programa contenido en dicha ROM, el cual permite extraer los archivos básicos del sistema operativo de un dispositivo de almacenamiento permanente (disco duro, CD o disquete de inicio) para alojarlos en la memoria RAM. Una vez que se ha hecho esto, el sistema operativo toma el comando de la computadora. Como complemento a la memoria ROM-BIOS, se encuentra el chip de CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) donde se almacenan los valores que determinan la configuración (setup) del sistema, como cantidad de memoria, parámetros del disco duro, fecha (date) y hora (time) del sistema, contraseña de entrada, etc. Para que esta información no se pierda al apagar la computadora, el chip permanece alimentado con la energía de una pequeña batería eléctrica, usualmente con forma de botón. La memoria ROM constituye lo que se ha venido llamando firmware, es decir, el software incluido físicamente en hardware. Un tipo de memoria ROM muy popular son los discos compactos de música, cuyo nombre técnico es CDROM, pero existen otras memorias ROM en las cuales la información no ha sido grabada durante el proceso de fabricación, tales como la PROM, la EPROM y la EEPROM.

PROM (Programmable ROM), o memoria ROM programable, se suministra virgen para que el usuario programe su contenido en función del trabajo que le interese desarrollar en su equipo. Una vez grabada se convierte en ROM. Se usa mucho para grabar constantes que dependen de cada usuario particular pero que son totalmente permanentes una vez definidos sus valores, tal como la programación de manejo de una máquina, una secuencia de luces o de texto en un aviso, etc.

EPROM (Erasable PROM) es una memoria PROM cuyo contenido se puede borrar en un momento determinado para reutilizarla con otro programa o información diferente. Para ello dispone de una ventana de cuarzo a través de la cual, mediante un fuerte rayo de luz ultravioleta, se puede borrar el contenido y proceder como si se tratara de una PROM virgen.

EEPROM (Electrically EPROM) es un tipo de memoria ROM que se puede borrar mediante instrucciones de software, y se utiliza para mantener la configuración del BIOS para los programas de la computadora (fecha, hora, dispositivos y puertos activos, tipo de discos conectados, cantidad de memoria RAM, etc.). A la reprogramación de la memoria EEPROM se le denomina "fl ashing".


Memoria RAM (Random Access Memory) De manera similar a un cuaderno de notas en el que se puede escribir, borrar y reescribir en cualquier página o renglón, cada celda en el chip (pastilla) de memoria se puede escribir o leer en cualquier orden, a diferencia de un dispositivo de memoria secuencial, en el que los datos se deben escribir o leer en cierto orden. Por ejemplo, un disco emplea acceso aleatorio (random access), mientras que un casete de cinta utiliza acceso secuencial (sequential access). La memoria RAM, o memoria principal, es volátil; esto quiere decir que la información almacenada en ella se pierde al desconectarle la energía. Cuando se desea usar un programa o un archivo de datos, las instrucciones y la información se cargan previamente en la RAM desde la unidad de almacenamiento, como el disco duro, disquete o CD, para que la unidad de procesamiento (CPU) pueda ejecutar más rápido las tareas, ya que trabajar directamente en el disco sería sumamente lento. Las modificaciones de los datos existentes, el ingreso de más información, los cálculos y búsquedas, se hacen en la RAM y el resultado se graba en la unidad de almacenamiento. Por regla general, entre más memoria RAM tenga la computadora, tanto mejor. El sistema operativo Linux funciona bien desde 32MB de memoria principal, mientras que Windows 95 requiere mínimo 32MB. Para Windows 98 y Milennium, lo mínimo sería 128MB (con menos funciona muy lento). Para Windows 2000 y Windows XP recomendamos más de 256MB. La RAM es uno de los elementos más críticos de la computadora. Se puede dañar si tocamos sus contactos eléctricos sin haber descargado preeviamente la electricidad estática tocando algo metálico grande, como el chasis de la computadora. Además, puede generar bloqueos, pitos y mensajes de error sin causa clara, por lo que es recomendable, para descartar esta posibilidad, intercambiar sus módulos por otros de distinto fabricante.


Módulos de memoria Los circuitos integrados (chips) de memoria RAM usualmente se disponen en módulos para facilitar su inserción en las ranuras del bus de memoria de la placa madre.

El módulo SIMM (Single In-line MemoryModule), hoy descontinuado, consta de una pequeña placa de circuito impreso con conectores (pins) por ambos lados de un borde. Inicialmente se fabricó de 30 contactos (30-pin), manejaba sólo 8 bits de datos en cada dirección de almacenamiento, medía unos 8,5 cms de largo y se debía insertar un número par de módulos en la placa madre (2, 4 ú 8). Venía con capacidad para 4Mb, 8Mb y 16Mb, y con diferentes velocidades de acceso, medida en nanosegundos. Posteriormente se fabricó de 72 contactos, con capacidades mayores que los módulos de 30 contactos, unos 10,5 cms de longitud y manejaba bus de 32 bits.


El módulo DIMM (Dual In-line Memory Module) tiene 168 contactos (pines) a lado y lado del borde de inserción. Mide unos 13 cm de longitud, y puede almacenar palabras binarias de 64 bits en cada dirección. El manejo de los datos se optimiza alternando los ciclos de acceso a los bancos de memoria. En la mayoría de los casos no es necesario instalar en el sistema los módulos por parejas. El DIMM es el módulo más utilizado para la memoria SDR y DDR SDRAM.


El módulo SO-DIMM (Small Outline DIMM) es una versión compacta del módulo DIMM convencional. Viene en dos tamaños, 72 y 44 pines. Se utiliza en computadoras portátiles.Tipos de memoria RAM Veamos a continuación algunos de los tantos formatos de memoria RAM, fruto de la incesante evolución tecnológica:


DRAM (Dynamic Random Access Memory) o Memoria RAM dinámica. Consta de un bloque de celdas de memoria dispuestas a manera de fi las y columnas, con un circuito lógico que controla la escritura y lectura en cada dirección de celda. Cada celda consiste de un condensador que almacena a modo de carga eléctrica el nivel del bit de información (un 1 ó un 0) por un corto periodo de tiempo. Puesto que el condensador va perdiendo su carga con el tiempo, son necesarios ciclos continuos de refresco en los que se recargan nuevamente las celdas al nivel que les corresponde para el bit de señal que almacenan, para que la información se mantenga. Es por esta razón que se llama "dinámica" a este tipo de memoria. Consecuentemente, cuando se desconecta la energía a una DRAM se pierden los datos. EDO RAM, llamada también EDO DRAM o Standard EDO, es un tipo particular de RAM que fue diseñada para superar la velocidad de acceso de la memoria DRAM. BEDO RAM, algunas veces llamada Burst EDO RAM, fue un tipo de EDO RAM capaz de trabajar con CPUs que tenían una velocidad de bus de 66 MHz, o menor.


SDRAM (Synchronous DRAM) es un nombre genérico para los tipos de memoria DRAM que opera sincronizada con los pulsos del reloj de la CPU (microprocesador). Esto permite extremar la velocidad y hacer lecturas y escrituras consecutivas, lo cual incrementa el número de instrucciones que la CPU puede ejecutar en un tiempo dado. La velocidad de la SDRAM se mide en MHz y no en nanosegundos (ns), lo que hace fácil comparar la memoria con la velocidad del bus del microprocesador: PC66 SDRAM para motherboard (placa base) de bus de 66MHz, PC100 SDRAM para motherboard con bus de 100MHz, PC400 para motherboard con bus de 400MHz, y así sucesivamente. Para permitir la operación hasta velocidades de reloj de 100 MHz, las memorias SDRAM se diseñan con dos bancos internos. Esto permite alistar un banco para el acceso mientras se está accediendo al otro.


SDR SDRAM (Single Data Rate SDRAM) maneja palabras binarias de 64 bits y el acceso opera sincronizadamente con el flanco ascendente de cada pulso del reloj del microprocesador. Funciona con 3.3 voltios. El módulo tiene 168 contactos y dos muescas en el borde, de modo que no se pueda insertar en sentido equivocado ni en otra ranura que no le corresponda.

DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) es similar a la memoria SDRAM, pero transfiere el doble de datos por cada ciclo de operación; para ello funciona tanto con el flanco ascendente como con el descendente del pulso del reloj del microprocesador. Funciona con 2.5 voltios, maneja palabras de datos de 64 bits y viene en un módulo DIMM de 184 contactos, el cual tiene una muesca en el borde, ligeramente desplazada del centro para impedir una mala colocación.

DRDRAM (Direct Rambus Dynamic Random Access Memory) es una memoria de bus de 16 bits que opera a velocidades de reloj de 400 MHz y funciona con ambos flancos ascendente y descendente del pulso del reloj del microprocesador. Aunque el canal es de sólo 16 bits de ancho (comparado con el bus de memoria de 64 bits de la mayoría de los módulos estándar), gracias a que transfiere dos palabras de datos por cada ciclo del reloj del sistema, tiene un ancho de banda teórico de 1.6 Gbytes/segundo. Esta memoria viene encapsulada en un diseño especial de módulo llamado RIMM (Rambus Inline Memory Module).


SLDRAM (Synchronous-Link Dynamic Random Access Memory) es el directo competidor de DRDRAM. El diseño de la memoria SLDRAM mejora el 69 Guía práctica para manejar y reparar la computadora rendimiento corriendo con un bus de 64 bits a velocidad de reloj de 200 MHz y con transferencia de datos con el flanco de subida y el fl anco de bajada del reloj del sistema, lo cual genera una velocidad efectiva de 400 MHz. Esto le permite a la memoria SLDRAM tener un ancho de banda (bandwidth) teórico de 3.2 Gbytes/segundo, el doble de la memoria DRDRAM.


FPM DRAM (Fast Page Mode DRAM). Actualmente no se utiliza. SRAM (Static Random Access Memory), a diferencia de la memoria RAM dinámica estándar, no requiere ciclos de recarga de las celdas para datos, lo cual la hace mucho más rápida que ésta, pero requiere cuatro veces más espacio para guardar una misma cantidad de datos. Debido a su alto costo no se puede utilizar para reemplazar la RAM dinámica en las labores de almacenamiento, pero se usa como memoria caché.


EDRAM (Enhanced Dynamic Random Access Memory) es una memoria RAM que tiene incluida una poca cantidad de memoria SRAM (estática) dentro del conjunto de la mucha DRAM (dinámica) para mejorar el tiempo de respuesta a la memoria principal. Ocasionalmente se utiliza como memoria caché L1 y L2, y algunas veces se le conoce como DRAM cacheada.ESDRAM (Enhanced Synchronous Dynamic Random Access Memory) es un reemplazo económico para la SRAM. VRAM (Video Random Access Memory) es una memoria diseñada específicamente para ser utilizada en tarjetas de vídeo SGRAM (Synchronous Graphic Random Access Memory) es un tipo de DRAM usado originalmente en tarjetas de vídeo y aceleradoras gráficas. WRAM (Windows Random Access Memory) es un diseño de memoria de vídeo que soporta dos puertos, lo que le permite a la tarjeta de vídeo dirigir el contenido de la memoria a la pantalla y al mismo tiempo recibir nuevos bytes. SO-RIMM (Small Outline Rambus Inline Memory Module) es un tipo de memoria para computadoras portátiles (laptop) diseñada por la compañía Rambus.


Caché y memoria caché


En el ámbito social, caché significa elegante, distinguido, prestigio o darse importancia, pero en el campo de la informática se refiere a un procedimiento para acceder más rápidamente a una información solicitada. Pongamos un ejemplo: Imagina que la profesora puso una tarea a un grupo de estudiantes, y que ellos van durante el transcurso del día a consultar el tema en la biblioteca. El procedimiento normal para quien llega de primero, consiste en conseguir hojas para hacer los apuntes, encontrar el libro en la estantería correspondiente, llevarlo a la mesa de lectura, consultar el índice y abrir el libro en la página que contiene la información que se estaba buscando. El procedimiento para quienes llegan después es más fácil y rápido: se ubican en la mesa que estaba el primer estudiante, toman el libro que allí se encuentra y lo leen en la página que estaba abierto. Y si están con suerte, hasta puede que encuentren allí algunas hojas para hacer los apuntes. Esto es un caché de mesa: aprovechar lo que ya se tenía en la mesa para no repetir accesos a la estantería de almacenamiento primario. Veamos otro ejemplo: Un encargado del aseo perdía mucho tiempo cada vez que tenía que ir hasta el tanque de agua principal para lavar las escobas y trapos, hasta que consiguió un balde caché con el cual llevar un poco de agua hasta el sitio que estaba limpiando. Sólo cuando el agua del balde estaba sucia o se había acabado, caminaba hasta el tanque de almacenamiento para renovarla. Aunque cada día hacen microprocesadores más veloces, la memoria RAM dinámica todavía es lenta para almacenar y entregar los datos. Sólo la memoria estática (SRAM), que no necesita períodos de refrescamiento de las celdas de datos, tiene tiempos de acceso aceptables para las nuevas tecnologías, pero resulta sumamente costoso implementar los bancos de memoria con ella, ya que es muy cara y difícil de producir. Es por ello que se utiliza sólo para ciertos procesos y como memoria caché, una técnica consistente en usar una poca cantidad de SRAM para los datos más usados. Cuando una computadora trabaja, el microprocesador usualmente opera con un número reducido de datos, pero tiene que traerlos y llevarlos a la memoria en cada operación. Si situamos en medio del camino de los datos una memoria intermedia (memoria caché) que almacene los datos más usados, los que casi seguro necesitará el microprocesador en la próxima operación que realice, se ahorrará mucho tiempo de tránsito y acceso a la lenta memoria RAM. Si vuelve a necesitar datos, los lee de la caché y no de la memoria principal. Al ser ésta unas 5 ó 6 veces más rápida que la RAM, la velocidad de los procesos se incrementa considerablemente. La caché a la que nos hemos referido hasta ahora es la llamada caché externa o de segundo nivel (L2). Existe otra que está incluida en el interior del microprocesador, pero cuyo principio básico es el 71 Guía práctica para manejar y reparar la computadora mismo. De ahí lo de caché interna, o de primer nivel (L1).


En los microprocesadores modernos, la caché L2 se ubica en un chip independiente lo más cerca posible del microprocesador, usualmente en su misma placa de montaje. Su función es intermediar entre la caché L1 del microprocesador y la memoria RAM principal. Cuando el microprocesador necesita un dato, lo busca primero en L1 y luego en L2. Si no lo encuentra, lo busca en la RAM (o en la memoria caché L3, si la hubiere). Se llama de nivel 3 (L3) a la caché adicional que algunas placa base (motherboard) tienen para intermediar entre la memoria principal y L2. La caché interna funciona como la externa, sólo que está más cerca del microprocesador, es más rápida y más cara, por lo que su tamaño se mide en pocas decenas de kilobytes. Se incorporó por primera vez en los micros 486, y por aquel entonces era de 8 KB (aunque algunos 486 de Cyrix tenían sólo 1 KB). El microprocesador Pentium 4 Extreme Edition corre a 3,2 GHz y maneja caché de nivel L3 hasta los 2 MB. El Pentiun 4 de 2.4 GHz de velocidad y bus de sistema de 533 MHz, sólo maneja 512 KB de caché L2. Siguiendo con el mismo principio, resulta fácil entender el caché de disco y caché de páginas de Internet. La memoria caché de disco es una porción de RAM configurada para retener temporalmente copia de las lecturas y escrituras, con el fin de reducir la cantidad de accesos físicos al disco duro o al lector de CD.


Flash memory


La memoria Flash (relámpago), algunas veces llama da Flash RAM, es un tipo de memoria electrónica no volátil que se puede borrar y re programar eléctricamente, lo cual permite actualizar con versiones ás nuevas los da tos o programas que contenga. Se utiliza ampliamente en teléfonos celulares digitales, impresoras, enrutadores de redes, cámaras digitales y con so las de juegos. En los computadores actuales se usa para mantener códigos de control tales como los coman dos básicos para manejo de dispositivos de entrada y salida del sistema (BIOS). Computadoras portátiles, agendas electrónicas y cámaras fotográficas digita les permiten expandir su memoria con tarjetas (memory card) de formas diversas que se insertan exteriormente.


Términos técnicos de memoria

Access Time (tiempo de acceso). Referido a memoria electrónica, es la medida de tiempo en nanosegundos (ns) desde el momento en que la memoria recibe una solicitud de datos hasta que finaliza su entrega. Un nanosegundo es igual a la billonésima parte de un segundo: 1/ 1.000.000.000.000. Cuanto más bajo es el número en nanosegundos, más rápida es la memoria. CAS latency corresponde al número de ciclos de reloj de CPU que se requieren para que los datos comiencen a fluir de la RAM, a partir del momento en que ésta recibe la solicitud de la CPU. Cuanto más bajo sea el número de CAS de un módulo de RAM, más rápido responde la memoria a la CPU. Non-parity y non-ECC se refieren a memoria que no tiene la capacidad de corregir errores. Las memorias tipo FPM (Fast Page Mode) y EDO (Extended Data Out) no tienen verificación de paridad (se defi nen como “non-parity”) y las memorias SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) y DDR (Double Data Rate) no ejecutan el código de corrección ECC (se definen como

“non-ECC”).


Buffer, memory buffer y data buffer

significan básicamente una cierta cantidad de memoria usada para mantener datos para el siguiente proceso que los necesite. Por su función intermediadora se le conoce como “memoria intermedia” o búfer. Permite que dispositivos del sistema y procesos operen independientemente uno del otro para evitar bloqueos o retardos debidos a funciones lentas. La memoria búfer en un quemador de CD, por ejemplo, recibe rápidamente la información que se ha de grabar y la va entregando al CD a medida que éste está listo para recibirla, lo cual permite que el usuario pueda continuar trabajando la computadora en otros procesos.


CRIMM (Continuity Rambus In-line Memory Module) no es memoria sino un módulo inerte para dar continuidad al sistema. Es una tarjeta de paso que se inserta en una ranura libre de memoria RIMM de la tarjeta madre para mantener la continuidad de la señal. Parity (paridad) es un método para verificar la integridad de los datos. Consiste en agregar un bit 1 ó 0 al final de cada byte de datos de modo que la suma sea par. Si al leer un byte la suma no es par, es porque hubo alguna modificación en sus datos. Este método sólo es útil para detectar errores de un solo bit.

ECC (Error Correcting Code) es un procedimiento que utiliza un método electrónico de verificación de paridad para comprobar la integridad de los datos almacenados en la memoria. Es un método de detección y corrección de errores más sofisticado que el estándar de paridad porque permite detectar errores de múltiples bits y puede localizar y corregir errores de un solo bit.


Interleaving (intercalación, interpolación) tiene muchas definiciones de uso. Específicamente para memoria, se usa para optimizar el proceso de acceso a la memoria mediante bancos de memoria independientes para direcciones pares (even) e impares (odd), lo que permite acceder al siguiente byte de datos mientras se está refrescando el byte actual. Memory bus (bus de memoria) es el conjunto de conductores eléctricos que comunica a la CPU con los conectores de ranura para inserción de los módulos de memoria (memory expansion slots).


RAMDAC (Random Access Memory Digital-to-Analog Converter) es un circuito integrado (chip) utilizado en tarjetas de vídeo para convertir imágenes con código digital en señales analógicas que se puedan ver en el monitor.

Dispositivos de almacenamiento permanente

Para almacenar grandes volúmenes (mass storage) de datos de modo permanente, anteriormente se usaban aparatos de cinta magnética, pero actualmente han sido reemplazados por unidades de discos magnéticos y ópticos. En general, se les llama drives. El microprocesador (CPU) lee del disco los programas o datos que necesita y los carga total o parcialmente en la memoria RAM. No los ejecuta directamente desde el disco por ser éste un medio muy lento, comparado con la RAM. Los bits se escriben y leen a manera de minúsculos dominios magnéticos orientados en uno u otro sentido, o de puntos reflectivos de luz láser, según se trate de discos magnéticos o de CDs, distribuidos según un formato de sectores y pistas (tracks) cir cu la res. En los primeros se usa para ello unos pequeños electroimanes o cabezas de lectura/escritura (read/write head), ubicados en el extremo de un brazo (head actuator) que los desplaza del borde al centro del plato, y en los segundos un fotodiodo emisor/captador de luz láser.


Disquete


El disquete (floppy) es un disco magnético flexible que mide 3½ pulgadas de diámetro, viene inserto en una funda cuadrada y tiene capacidad para 1,44 MB de datos distribuidos en 80 pistas por cara, subdivididas en 18 sectores para 512 bytes (80 x 18 x 512 x 2 = 1.474.560 bytes). El primer sector se utiliza para información básica del arranque (BOOT). Se usan 4 sectores Para la tabla de localización de archivos (FAT) y 7 para el DIRECTORIO. Los restantes son para el almacenamiento de datos. Por seguridad, la FAT se encuentra repetida dos veces. Hay unidades para más de 200 MB, como el SuperDisk o el ZIP Drive de 750 MB de I omega, para uso externo y conexión por puerto USB, pero son más populares los CDs reescribibles (RW), que permiten hasta más de 700 MB.

Disco duro

El disco duro (hard disk) es un dispositivo para almacenar grandes volúmenes de datos en uno o más platos (platters) de aluminio rígido recubiertos de una fina película de óxido magnetizable, superpuestos en un eje común y con un motor eléctrico que los hace girar a alta velocidad, por lo general a más de 7.000 revoluciones por minuto. Se instala internamente en la computadora.

Formateo

Un disco sin formato se puede comparar con una biblioteca donde las páginas están desparramadas en los estantes, mesas y piso del lugar, en vez de estar organizadas en libros. O con una ciudad sin calles para asignar direcciones a las casas. Sería casi que imposible consultar un tema completo o encontrar a alguien. Para disponer de un formato o estructura de direcciones que le permita al sistema operativo de la computadora ubicar cada dato, todo disco duro debe ser previamente particionado y formateado. Esto se hace en dos etapas: el formateo físico o de bajo nivel (Low Level Format) y el lógico o de alto nivel (High Level Format). Antes de iniciar el formateo es necesario informarle al sistema algunas características del disco, como cantidad de cabezas, de cilindros y de sectores en que se habrá de dividir cada pista. Esto se hace automáticamente al elegir en el menú CMOS Setup la detección automática de disco. Tal menú se abre al oprimir la tecla Supr (Del) cuando el sistema está haciendo las comprobaciones de inicio. En algunas máquinas se debe oprimir F1 o F2.


Interfaz IDE


La interfaz IDE (más correctamente denominada ATA, por el estándar de normas en que se basa) es la más usada, debido a que tiene un balance aceptable entre precio y prestaciones. Originalmente disponía de un solo canal para conectar hasta dos dispositivos. Este estándar fue ampliado por la norma ATA-2 y se denominó EIDE (Enhanced IDE o IDE mejorado). Las controladoras EIDE disponen de dos canales IDE independientes en los que se pueden instalar hasta cuatro dispositivos, dos por canal. El canal principal se denomina Primario o IDE-0, y el otro se llama Secundario o IDE-1. El primer dispositivo de cada canal se conoce como Master (maestro) y el segundo como Slave (esclavo). Los dispositivos IDE maestros o esclavos pueden ser discos duros, unidades de cinta, Zip Drive y/o lectores/grabadores de CD, mientras cumplan las normas de conectores ATAPI. El Master se suele conectar al final del cable, y el sistema operativo le asigna generalmente la letra C. El Slave normalmente se conecta en el centro del cable, entre el Master y la controladora, la cual muchas veces está integrada en la propia placa madre de la computadora. Usualmente se le asigna la letra D. Los dispositivos IDE o EIDE disponen de unos pequeños puentes eléctricos removibles (jumpers), situados generalmente en la parte posterior o inferior de los mismos, que permiten seleccionar su carácter de maestro o esclavo. Las posiciones de los jumpers vienen indica das en una pegatina en la superficie del disco o serigrafiadas en la placa de circuito del disco duro, con las letras MA para designar

Maestro y SL para Esclavo. En un mismo canal no pueden estar ambos dispositivos configurados para lo mismo. Los estándares IDE y SCSI han tenido distintas implementaciones para intentar seguir el ritmo marcado por otros componentes cada vez más rápidos, como los procesadores, y por ello vemos aparecer cada día nuevas siglas, tales como Ultra2 SCSI, Ultra DMA/33 (UltraATA), etc. Veamos algunas:


ATA (Advanced Technology Attachment). Es un estándar en el que se basa la tecnología IDE. La interfaz utiliza conectores de 40 pines y cable de 80 alambres, por el que los datos viajan en paralelo; por eso se le llama también Parallel ATA (PATA).ATA-2 es una extensión del estándar ATA. Añadió los modos PIO (Programmable IO: Modo Programado de Entrada y Salida de datos) y la definición del modo de acceso LBA (Logical Block Addressing) para manejar los discos mayores de 528 MB en placas madre antiguas. PIO-0 velocidad 3,3 MB/s, modo usado en discos muy antiguos, de 100 MB o menos. PIO-1 para 5,2 MB/s, en discos antiguos, de capacidad menor de unos 400 MB. PIO-2 de 8,3 MB/s. PIO-3 para11,1 MB/s, típico en discos de capacidad entre unos 400 MB y 2 GB. PIO-4 para16,6 MB/s de velocidad. ATA-3 es una revisión que añadió mayor fiabilidad en los modos PIO y DMA (acceso directo a la memoria RAM) avanzados, así como la función SMART (Self- Monitoring Analysis and Reporting Technology) para análisis y detección temprana de fallos en discos duros. Los modos PIO se habilitan generalmente mediante la función BIOS de la computadora y dan pocos problemas, aunque en discos duros no actuales a veces la autodetección del modo PIO da un modo un grado superior al que realmente puede soportar confiabilidad. DMA (Direct Memory Access) es una tecnología que permite a un dispositivo acceder directamente a la memoria RAM sin pasar por la CPU. Antes de la implementación de esta tecnología, el microprocesador (CPU) tenía que supervisar la transferencia de datos entre la memoria RAM y el disco duro, lo cual consumía mucho tiempo de procesado que podría emplearse en otras tareas.


Los modos DMA liberan al microprocesador de gran parte del trabajo de la transferencia de datos, encargándoselo al chipset (conjunto de circuitos integrados básicos) de la placa madre. Sin embargo, la activación de esta característica (conocida como bus mastering) requiere utilizar los drivers (programas de manejo) adecuados y puede dar problemas con el CD-ROM, por lo que en realidad es más recomendable el modo UltraDMA. DMA-1 multiword para 13,3 MB/s, de utilidad dudosa, ya que su velocidad no es mayor que en el modo PIO-4. DMA-2 multiword o DMA/16 para 16,6 MB/s. UltraDMA (DMA33 o UltraDMA modo 2) para 33,3 MB/s. UltraDMA66 (ATA66 o UltraDMA modo 4) de 66,6 MB/s. ATAPI (Advanced Technology Attachment Packet Interface) es una interfaz estándar para dispositivos que pueden conectarse a controladoras ATA (IDE), tal como unidades lectoras de CD-ROM.

Para instalar más de un dispositivo IDE, tal como un disco duro y un lector/ quemador de CD, por ejemplo, es bueno tener en cuenta algunos detalles importantes. En un canal IDE-0 ó IDE-1 sólo un dispositivo controla en un momento dado el bus de datos. Esto significa que, a diferencia de los canales SCSI, si hay dos dispositivos conectados a un mismo canal no pueden utilizar el bus concurrentemente (de manera simultánea). Por ejemplo, si ponemos dos discos en un mismo cable de conexión, cuando uno esté usando el canal, el otro tendrá que esperar su turno, lo cual reduce el rendimiento de ambos discos. En el caso de tener sólo dos dispositivos, se deberán poner ambos como Master, uno para cada canal. Se debe conectar un cable a cada disco, y cada cable a un conector en la placa madre de la computadora. Es aconsejable que el disco más rápido sea colocado en el primer canal (IDE-0 ó Primario), pués además de ser el disco que arranca el sistema operativo, es donde normalmente está ubicado el archivo de intercambio de la memoria virtual, con lo que el rendimiento general del equipo aumentará. Si además de los dos discos duros tenemos una unidad CD-ROM (lectora de CDs), un DVD-reescribible o una unidad CD-RW (lector/quemador de CDs), ésta se colocará como Slave en el segundo canal (IDE-2 ó Secundario). Esto se puede hacer así porque normalmente el segundo disco tiene menos actividad que

el primero. Si en el canal secundario hubiere dos unidades de CD, la de grabación (CD-RW) se deberá colocar como Master.

Interfaz Serial ATA

En la interfaz ATA paralela usada hasta ahora, los datos se transfieren simultáneamente en paralelo por varias vías de un cable de 80 alambres terminado con conectores de 40 pines. En contraste, en

la nueva interfaz Serial ATA (SATA) los datos se transfieren a alta velocidad por un cable delgado de 7 alambres. Esta interfaz utiliza un esquema de comunicación serie al estilo de USB o FireWire (IEEE 1394), los buses más utilizados en la interconexión de dispositivos periféricos externos. Sin embargo, a diferencia de estos, Serial ATA está previsto que se utilice únicamente con dispositivos internos y su uso es prácticamente el mismo que el que le damos a la interfaz paralela, es decir, principalmente la interconexión de discos duros y unidades ópticas tales como unidades de CD y DVD y las distintas grabadoras para estos soportes, así como otros tipos de unidades de almacenamiento. La especificación actual ofrece un ancho de banda de 1,2 Gbps lo que supone unos 150 MB/seg (recordemos que un byte son 8 bits) lo que comparado con la actual especifi cación ATA-133 (a 133 MB/seg) representa una importante mejora. Además, la especificación SATA-1500 a 1,5 Gbps (unos 187,5 MB/seg) está ya plenamente definida y no tardaremos mucho en ver sus primeros frutos. Se estima que esta tecnología llegue hasta los 6 Gbps por el año 2007. Los cables delgados que utilizan los discos Serial ATA también permiten que el aire circule con más libertad dentro del chasis de la computadora, y como sólo se puede conectar un disco SATA por cada conector, no hay puentes de qué preocuparse. Para agregar un disco SATA a una tarjeta madre que no dispone de conector SATA, se necesita una tarjeta controladora auxiliar, y Windows 98 SE o una versión más moderna. Las versiones anteriores de Windows son incompatibles con SATA. Sin embargo, los discos Serial ATA que se usan con tarjetas auxiliares, o con tarjetas madres que tienen un chip controlador SATA separado, están limitados a la velocidad de 133 MBps del bus PCI. La tecnología SATA de alta velocidad requiere una tarjeta madre con capacidad para SATA en su lógica central. Todos los discos SATA tienen un nuevo tipo de conector de energía que proporciona 3,3 voltios, un voltaje que hasta ahora sólo se utilizaba en la placa base, y algunos también incluyen el antiguo conector estándar. Si su unidad de disco sólo tiene el nuevo tipo de conector, y la placa madre es de estilo antiguo, tendrá que usar un adaptador, que por ahora viene incluido con la mayoría de los discos y tarjetas auxiliares de SATA.

La placa madre (motherboard), o placa base, es la tarjeta principal del sistema (systemboard). Contiene la CPU, el BIOS, la memoria, el chipset (circuitos integrados de soporte para la CPU), el reloj (clock), los buses de conexión, conectores para las unidades de disco, conectores para tarjetas de expansión (audio, módem, red, vídeo, televisión, etc.) y puertos para teclado, ratón, palanca de juegos. Microprocesador (CPU) En los años 1950 se usó el término CPU (Cen tral Processing Unit) para referirse a una caja que contenía circuitos con válvulas electrónicas para procesar datos. Actualmente esta función se ha implementado en un chip o pastilla de ma te rial semiconductor, denominado procesador (processor) o microprocesador.

El microprocesador es el componente crítico que determina la capacidad de proceso de la computadora: coordina las operaciones de los dispositivos del hardware y las instrucciones del software según la lógica prevista por el programador. Lee las instrucciones de los programas que han sido cargados de la unidad de disco en la memoria RAM y las va procesando de una en una a muy alta velocidad, haciendo las operaciones aritméticas (sumas, divisiones, etc.) y lógicas (comparaciones para mayor que, menor que, igual a, diferente de, etc.) que se re quieran. Puesto que permanentemente se le hacen mejoras tecnológicas, es imposible indicar en un resumen sus diferentes formas, tamaños y características. Cada caso específico se deberá consultar en Internet o en el catálogo con las especificaciones del fabricante.

Chipset


Después del microprocesador, el chipset es el conjunto (set) de chips que determinan la calidad y eficiencia de una placa madre, pues se encargan de controlar la forma como interacciona el microprocesador con la memoria, con los puertos de entrada y salida, con el vídeo, con los buses PCI, AGP, USB, etc. El chipset se identifica usualmente por las iniciales de la compañía fabricante. Los más conocidos son VIA, SIS, Intel, ALI, VLSI y ETEQ.


Bus del sistema


Se llama bus al medio utilizado para transportar personas, a las barras de cobre que conducen electricidad en una subestación eléctrica, y a los alambres que comunican los datos y señales de control entre dispositivos de una computadora. Cuando se trata de las delgadas pistas o cintas de cobre impresas en la placa madre, se les denomina bus del sistema (system bus). El bus del sistema está formado básicamente por el bus de datos (data bus), el bus de direcciones (address bus) y el bus de control. Ancho de bus En un instante dado, una línea puede tener señal eléctrica o estar apagada, lo cual, en términos informáticos, quiere decir que tiene capacidad para representar 2 bits: el bit 0 (apagado o bajo nivel) y el bit 1 (encendido o nivel alto). Con dos líneas se pueden indicar hasta 4 bits: 00, 01, 10 y 11. Con tres líneas se logran 8 bits (la cantidad se duplica con respecto a dos líneas). Con cuatro, las combinaciones de unos y ceros pueden ser hasta16, y así sucesivamente, multiplicando por 2 cada vez que agregamos otra línea o bit. Se llama ancho de bus a la cantidad máxima de bits que se pueden transmitir a la vez por cada ciclo de reloj. Así, por ejemplo, con un bus de 8 líneas se pueden enviar paralelamente 8 bits (esto permite hasta 256 combinaciones de unos y ceros). Pues to que la cantidad de los caracteres del alfabeto, los símbolos matemáticos y algunos elementos gráficos no superan esta cifra, se adoptó 8 bits como el ancho estándar para el bus de datos de los primeros computadores PC y XT, en los cuales se transmitía un carácter (8 bits) por cada pulsación del reloj lógico (bus clock). Algunos procesadores actuales manejan internamente un bus de 32 bits pero se comunican con los dispositivos externos mediante un bus de datos de 64 bits (envían o reciben 8 caracteres a la vez por cada pulsación del reloj). Los buses de datos, direcciones y control recorren todos los componentes alojados sobre la placa madre y llegan hasta el microprocesador. Tales buses se prolongan hasta el exterior de la placa madre mediante los denominados buses o slots de expansión.

Bus serie y bus paralelo


Bus serie (serial) quiere decir que los bits de datos se transmiten secuencialmente uno después del otro por un solo cable conductor en cada ciclo del reloj de transferencia, como las balas por el cañón de una metralleta.


Puertos


Puerto es un lugar en la costa, en las orillas de un río o en una ciudad, utilizado para realizar operaciones de carga, así como embarque y desembarco de pasajeros mediante embarcaciones o aviones. En las computadoras se llama puertos I/O (Input/Output - Entrada/Salida) a los conectores utilizados para la comunicación con el mundo exterior.


El puerto es serial si corresponde a un bus serial, y paralelo cuando comunica con un bus paralelo. Los puertos paralelo se conocen como LPTx y los serial como COMx (donde la x indica el número de puerto). Para enviar una palabra digital de 8 bits por un puerto serial, se enviará por un cable un bit tras otro en cada ciclo de reloj, mientras que para hacerlo por un puerto paralelo basta un solo ciclo de transferencia para enviar los mismos 8 bits simultáneamente por 8 cables, lo cual hace que el paralelo sea un puerto mucho más rápido que el serial. La mayoría de puertos serial COM son capaces de ofrecer relaciones de transferencia de hasta 115 kbps (kilobits por segundo), mientras que un puerto paralelo normal LPT alcanza velocidades entre 50 y 100 kilobytes por segundo. Es importante destacar que los puertos serie son bidireccionales (full-duplex), lo que les permite enviar y recibir información simultáneamente. Por ello, realmente tienen dos cables dedicados al intercambio de información: uno para enviar datos y otro para recibirlos. Los puertos paralelos actuales también son bidireccionales, lo cual los posibilita para recibir señales procedentes de la impresora, como alarma por atranque de papel o falta de tinta. Además del puerto paralelo estándar, existe también el puerto EPP (Enhanced Parallel Port), que permite enviar entre 500 KB y 2 MB de datos por segundo. Los conectores para puerto serial estándar se llamaron DB-9 (de 9 pines o terminales) y DB-25 (de 25 pines). El primero se configuraba usualmente como COM1, y se utilizaba para el ratón. El conector clásico para el puerto paralelo estándar, fue el llamado Centronics, de 36 terminales, usado para conexión de impresoras. Actualmente estos puertos han sido reemplazados por puertos USB.


Direcciones de entrada y salida

Las direcciones I/O (Entrada/Salida) son rangos de direcciones de memoria que la CPU tiene definidas para recibir y pasar información a los dispositivos o los puertos de comunicación. Así como la CPU puede leer y escribir en la direcciones de memoria RAM, también puede leer y escribir en las direcciones de I/O. A cada dispositivo se le asigna una determinada dirección comprendida dentro de un cierto rango. Haciendo una comparación con los apartados postales para el correo en una urbanización cerrada, es como si se le asignase una cierta cantidad de casillas consecutivas al conjunto residencial, quedando a elección del administrador elegir cuál casilla corresponde a cada casa. La dirección de puerto no puede ser utilizada por ningún otro dispositivo, así como las cartas dirigidas a alguien no pueden ser colocadas en un apartado postal ajeno. El microprocesador envía datos o información de control a un puerto determinado especificando su número, y éste responde pasando al bus de datos la información de su estado o el byte que tenga.


Los puertos I/O se parecen a las direcciones de memoria. Sin embargo, sus datos se pueden leer o escribir no sólo por la CPU sino también por dispositivos que se acoplan externamente al computador. Además de servir para entrada y salida de datos del sistema, los puertos también se usan para configurar, controlar y conseguir información acerca del estado de las partes de la máquina (hardware). Por ejemplo, un puerto serial tiene una dirección I/O que se usa para leer y escribir datos, y tiene otra que se utiliza para definir la velocidad de transferencia, la longitud de la palabra (word length), la paridad y otras características. Otras direcciones se pueden usar para averiguar si hay un dispositivo conectado en el otro extremo del cable, o si ha sido recibido un carácter que fue transmitido desde otro lugar. Normalmente, un programa de bajo nivel, tal como el BIOS del sistema, maneja la configuración de los puertos, los controla y administra su estado. Lo único que los usuarios deben hacer es escribir al dispositivo o leer datos de éste. La transferencia de datos hacia o desde los puertos I/O se parece bastante a la relacionada con la memoria RAM. Para la salida, la CPU coloca las direcciones en el bus de direcciones y el byte de datos en el bus de datos. A continuación activa con voltaje la línea IOW (I/O Write) del bus de control para indicar a todos los elementos de entrada y salida (I/O) unidos al bus que desea escribir (write) a un puerto. Los puertos I/O se parecen a las direcciones de memoria. Sin embargo, sus datos se pueden leer o escribir no sólo por la CPU sino también por dispositivos que se acoplan externamente al computador. Además de servir para entrada y salida de datos del sistema, los puertos también se usan para configurar, controlar y conseguir información acerca del estado de las partes de la máquina (hardware). Por ejemplo, un puerto serial tiene una dirección I/O que se usa para leer y escribir datos, y tiene otra que se utiliza para definir la velocidad de transferencia, la longitud de la palabra (word length), la paridad y otras características. Otras direcciones se pueden usar para averiguar si hay un dispositivo conectado en el otro extremo del cable, o si ha sido recibido un carácter que fue transmitido desde otro lugar. Normalmente, un programa de bajo nivel, tal como el BIOS del sistema, maneja la configuración de los puertos, los controla y administra su estado. Lo único que los usuarios deben hacer es escribir al dispositivo o leer datos de éste. La transferencia de datos hacia o desde los puertos I/O se parece bastante a la relacionada con la memoria RAM. Para la salida, la CPU coloca las direcciones en el bus de direcciones y el byte de datos en el bus de datos. A continuación activa con voltaje la línea IOW (I/O Write) del bus de control para indicar a todos los elementos de entrada y salida (I/O) unidos al bus que desea escribir (write) a un puerto en vez de a una ubicación de memoria RAM. El byte se graba en un registro de memoria del puerto destino, independiente de la memoria RAM del sistema. Para el proceso inverso, tal como leer el byte que está siendo enviado por el ratón al puerto COM1, por ejemplo, se activa la señal IOR (Input/Output Read) del bus de control y se coloca en el bus de direcciones el byte correspondiente a la dirección del puerto COM1. El puerto responde colocando el byte de su memoria en el bus de datos. Cuando la CPU desea comunicarse con la memoria RAM principal, en vez de la memoria de un puerto I/O, activa con voltaje la línea MEMW (escribir) o la línea MEMR (leer) del bus de control. El puerto serial COM1, el puerto paralelo LPT1 y la tarjeta controladora de discos tienen direcciones I/O estándar establecidas de fábrica. Para evitar que otros dispositivos entren en conflicto al operar, caso similar al que se presentaría si la compañía del correo asignase por error el mismo número de apartado a dos personas, las correspondientes tarjetas controladoras, denominadas adapters o controllers, se autoconfi guran automáticamente si son del tipo Plug and Play (conecte y trabaje). Anteriormente las interfaces controladoras tenían jumpers (puentes eléctricos removibles) o mini-interruptores (DIP Switches) para elegir una posible dirección.

Bus de expansión, bus externo (ISA, PCI, AGP, USB, FireWire)


Se llama bus de expansión al con junto de líneas eléctricas y circuitos electrónicos de control encargados de conectar los buses del sistema (datos, direcciones y control), líneas de IRQ, canales DMA, voltajes DC de alimentación y pulsos del reloj lógico, a las tarjetas electrónicas para dispositivos accesorios, tal como el de una tarjeta controladora SCSI, una tarjeta graficadora (de vídeo), un adaptador de red, una tarjeta para módem o una controladora de entrada y salida. Las tecnologías de buses externos más usadas son: PCI (Peripheral Component Interconnect), AGP (Acelerated Graphics Port) exclusivo para la conexión de la tarjeta de vídeo, USB (Universal Serial Bus) de mayor auge e implementación en los últimos años, IEEE 1394 (FireWire) y el ya obsoleto bus ISA (Industry Standard Architecture). Bus USB El USB es un bus externo desarrollado por Compaq, Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC y Phillips, el cual permite la conexión simultánea de hasta 127 dispositivos. Cuando se llenen los puertos del computador (tomas de conexión), se debe añadir uno o más hubs que proporcionen puertos adicionales. El hub puede ser un aparato exclusivo para proveer conexiones, normalmente de cuatro o siete, o un dispositivo periférico con conexión USB adicional. Algunos teclados de marca, impresoras o escáner disponen de tomas USB y pueden hacer las veces de hub. Los dispositivos USB se instalan mediante cables USB que tienen conectores distintos en los extremos, para evitar una conexión errada, los cuales se pueden conectar y desconectar sin apagar la computadora. La función Plug & Play los reconoce y configura automáticamente.

El cable USB contiene 4 cables en su interior. Dos de ellos están dedicados a la alimentación (+5 voltios y masa). La corriente máxima que el bus puede proporcionar es de 500 mA a 5 voltios de tensión. Los dos cables restantes forman un par trenzado, que transporta la información entre dispositivos, en formato serie. Tras encender la computadora (dispositivo anfitrión), ésta se comunica con todos los dispositivos conectados al bus USB. A cada uno de ellos le asigna una dirección única (este proceso recibe el nombre de enumeración) y le consulta qué modo de transferencia debe emplear: por interrupciones, por bloques o en modo isócrono. Los dispositivos más lentos, como el teclado y el ratón, emplean transferencia por interrupciones, ya que envían información con poca frecuencia. Los dispositivos que mueven grandes paquetes de información en cada transferencia, como las impresoras, usan transferencia por bloques. Cuando se requiere un flujo de datos constante y en tiempo real, sin aplicar detección ni corrección de errores, como en el caso de envío de sonido a altavoces USB, se utiliza transferencia isócrona. En la versión USB 2.0 el ancho de banda es 480 Mbps, lo que aumenta hasta un factor 40 con respecto a la versión USB 1.1. Esto hace posible conectar dispositivos con elevados requerimientos de ancho de banda, como discos duros, grabadoras de CD, lectores DVD, etc.

Líneas de interrupción (IRQ)

Cuando un dispositivo o programa necesita la ejecución de una de las rutinas de servicio grabadas en la memoria ROM del BIOS, o de una de las que forman parte del sistema operativo, tal como imprimir el con te ni do de la pantalla o recibir un byte que ha llegado a uno de los puertos de entrada/salida (I/O), envía una señal IRQ (Interrupt ReQuest) o una instrucción INT para solicitar a la CPU que haga una pausa en la tarea que esté ejecutan do, y que procese la rutina solicitada. Las interrupciones se pueden agrupar básicamente en cuatro categorías:


1. Interrupciones generadas por la CPU como resultado de una operación in debida o inusual por el programa en proceso, como, por ejemplo, una división por cero. Toda división por cero genera un número infinito de dígitos, lo cual causa un desbordamiento (over fl ow) en el registro de almacenamiento de los resultados.

2. Software INterrupTs (INT) son interrupciones generadas por los programas de aplicación para solicitar a la CPU la ejecución de rutinas almacena das en la memoria ROM o en la RAM. Algunos virus se aprovechan de esto para solicitar el reinicio del sitema o apagar el computador sin previo aviso.