¿Cómo funcionan las computadoras?

Seis décadas después, ¡La población mundial de computadoras ha aumentado a algo así como mil millones de máquinas!

Para ser justos con Watson, las computadoras han cambiado enormemente en ese tiempo. En la década de 1940, eran gigantes científicos y militares encargados por el gobierno a un costo de millones de dólares cada uno; hoy en día, la mayoría de las computadoras ni siquiera son reconocibles como tales: están integradas en todo, desde hornos microondas hasta teléfonos celulares y radios digitales.

¿Qué hace que las computadoras sean lo suficientemente flexibles para funcionar en todos estos dispositivos diferentes? ¿Por qué son tan extraordinariamente útiles? ¿Y cómo funcionan exactamente? ¡Miremos a las computadoras más de cerca!

¿Qué es una computadora?

Una computadora es una máquina electrónica que procesa información; en otras palabras, un procesador de información: toma información en bruto (o datos ) en un extremo, la almacena hasta que está lista para trabajar en ella, la mastica y la tritura un poco, luego escupe los resultados en el otro extremo.

Todos estos procesos tienen un nombre. Tomar información se llama entrada , almacenar información se conoce mejor como memoria (o almacenamiento), masticar información también se conoce como procesamiento y escupir resultados se llama salida.

Imagínese si una computadora fuera una persona. Suponga que tiene un amigo que es muy bueno en matemáticas. Es tan buena que todos los que conoce le envían sus problemas de matemáticas.

Cada mañana, va a su buzón y encuentra un montón de nuevos problemas matemáticos esperando su atención. Los apila en su escritorio hasta que se pone a mirarlos.

Cada tarde, toma una carta de la parte superior de la pila, estudia el problema, busca la solución y garabatea la respuesta en la parte de atrás.

Ella pone esto en un sobre dirigido a la persona que le envió el problema original y lo coloca en su bandeja, listo para enviar.

Luego pasa a la siguiente letra de la pila. Puede ver que su amigo está trabajando como una computadora.

Su buzón es su entrada; la pila en su escritorio es su memoria; su cerebro es el procesador que resuelve las soluciones a los problemas; y la bandeja de salida en su escritorio es su salida.

Una vez que comprenda que las computadoras se tratan de entrada, memoria, procesamiento y salida, toda la basura en su escritorio tiene mucho más sentido:

• Entrada: el teclado y el mouse, por ejemplo, son solo unidades de entrada, formas de obtener información en su computadora que puede procesar. Si usa un micrófono y un software de reconocimiento de voz , esa es otra forma de entrada.
• Memoria / almacenamiento: su computadora probablemente almacena todos sus documentos y archivos en un disco duro : una enorme memoria magnética . Pero los dispositivos informáticos más pequeños, como las cámaras digitales y los teléfonos móviles, utilizan otros tipos de almacenamiento, como las tarjetas de memoria flash.
• Procesamiento: el procesador de su computadora (a veces conocido como la unidad central de procesamiento) es un microchip enterrado en el fondo, que funciona increíblemente y se calienta increíblemente en el proceso. Es por eso que su computadora tiene un pequeño ventilador, ¡para evitar que su cerebro se sobrecaliente!
• Salida: Su computadora probablemente tenga una pantalla LCD capaz de mostrar gráficos de alta resolución (muy detallados) y probablemente también altavoces estéreo . También puede tener una impresora de inyección de tinta en su escritorio para hacer una forma de impresión más permanente.

¿Qué es un programa de computadora?

Como puedes extrar de la historia de las computadoras, las primeras computadoras fueron gigantescas máquinas de calcular y todo lo que realmente hicieron fue «resumir números»: resolver problemas matemáticos largos, difíciles o tediosos.

Hoy en día, las computadoras trabajan en una variedad mucho más amplia de problemas, pero todos siguen siendo, esencialmente, cálculos.

Todo lo que hace una computadora, desde ayudarlo a editar una fotografía que ha tomado con una cámara digital hasta mostrar una página web, implica manipular números de una forma u otra.

Suponga que está mirando una foto digital que acaba de tomar en un programa de edición de pintura o de fotos y decide que quiere una imagen reflejada de ella (en otras palabras, gírela de izquierda a derecha).

Probablemente sepa que la foto está formada por millones de píxeles individuales (cuadrados de colores) dispuestos en un patrón de cuadrícula. La computadora almacena cada píxel como un número, por lo que tomar una foto digital es realmente como un ejercicio instantáneo y ordenado de pintar por números.

Para voltear una foto digital, la computadora simplemente invierte la secuencia de números para que se ejecuten de derecha a izquierda en lugar de izquierda a derecha. O suponga que desea que la fotografía sea más brillante.

Todo lo que tienes que hacer es deslizar el pequeño icono de «brillo». Luego, la computadora trabaja a través de todos los píxeles, aumentando el valor de brillo de cada uno en, digamos, un 10 por ciento para hacer que toda la imagen sea más brillante.

Lo que diferencia a una computadora de una calculadora es que puede funcionar por sí sola. Simplemente le da sus instrucciones (llamado programa) y se pone en marcha, realizando una larga y compleja serie de operaciones por sí solo.

En las décadas de 1970 y 1980, si deseaba que una computadora doméstica hiciera casi cualquier cosa, tenía que escribir su propio programa para hacerlo. Por ejemplo, antes de poder escribir una letra en una computadora, tenía que escribir un programa que leyera las letras que escribiera en el teclado, las almacenara en la memoria y las mostrara en la pantalla.

Escribir el programa usualmente tomaba más tiempo que hacer lo que fuera que originalmente quisiste hacer (escribir la carta). Muy pronto, la gente comenzó a vender programas como procesadores de texto para evitarle la necesidad de escribir programas usted mismo.

Hoy en día, la mayoría de los usuarios de computadoras confían en programas preescritos como Microsoft Word y Excel o descargan aplicaciones para sus tabletas y teléfonos inteligentes sin importarles mucho cómo llegaron allí. (Las aplicaciones, si alguna vez te lo has preguntado, son simplemente programas de computadora muy bien empaquetados).

Casi nadie escribe programas, lo cual es una lástima, porque es muy divertido y una habilidad realmente útil. La mayoría de las personas ven sus computadoras como herramientas que les ayudan a realizar trabajos, en lugar de complejas máquinas electrónicas que tienen que programar previamente.

Algunos dirían que está bien, porque la mayoría de nosotros tenemos mejores cosas que hacer que la programación de computadoras. Por otra parte, si todos confiamos en programas y aplicaciones de computadora, alguien tiene que escribirlos, y esas habilidades deben sobrevivir.

Afortunadamente, ha habido un reciente resurgimiento del interés en la programación de computadoras. «Codificación» (un nombre informal para la programación, ya que los programas a veces se denominan «código») se está enseñando en las escuelas nuevamente con la ayuda de lenguajes de programación fáciles de usar como Scratch.

Hay un creciente movimiento de aficionados, vinculado a dispositivos que puedes construir tú mismo como Raspberry Pi y Arduino. Y los Code Clubs , donde los voluntarios enseñan programación para niños, están surgiendo en todo el mundo.

¿Cuál es la diferencia entre hardware y software?

La belleza de una computadora es que puede ejecutar un programa de procesamiento de texto en un minuto y luego un programa de edición de fotografías cinco segundos después.

En otras palabras, aunque realmente no lo pensamos de esta manera, la computadora se puede reprogramar tantas veces como se desee. Por eso los programas también se denominan software.

Son «suaves» en el sentido de que no son fijos: se pueden cambiar fácilmente. Por el contrario, el hardware de una computadora , los bits y piezas de los que está hecha (y los periféricos, como el mouse y la impresora, se conecta a él), está prácticamente fijo cuando lo compra en el estante.

El hardware es lo que hace que su computadora sea poderosa; la capacidad de ejecutar software diferente es lo que lo hace flexible. Que las computadoras puedan hacer tantos trabajos diferentes es lo que las hace tan útiles¡Y es por eso que millones de nosotros ya no podemos vivir sin ellos!

¿Qué es un sistema operativo?

Suponga que está de regreso a fines de la década de 1970, antes de que se inventaran realmente los programas informáticos estándar.

Desea programar su computadora para que funcione como un procesador de texto para poder escribir su primera novela, lo cual es relativamente fácil pero le llevará unos días de trabajo.

Unas semanas después, te cansas de escribir cosas y decides reprogramar tu máquina para que juegue al ajedrez.

Más tarde, decides programarlo para almacenar tu colección de fotos. Cada uno de estos programas hace cosas diferentes, pero también hacen muchas cosas similares. Por ejemplo, todos necesitan poder leer las teclas presionadas en el teclado, almacenar cosas en la memoria y recuperarlas, y mostrar caracteres (o imágenes) en la pantalla.

Si estuviera escribiendo muchos programas diferentes, Me encontraría escribiendo los mismos bits de programación para realizar estas mismas operaciones básicas cada vez. Eso es una tarea de programación, así que ¿por qué no simplemente recopilar todos los bits del programa que realizan estas funciones básicas y reutilizarlos cada vez?

Esa es la idea básica detrás de un sistema operativo : es el software central en una computadora que (esencialmente) controla las tareas básicas de entrada, salida, almacenamiento y procesamiento.

Puede pensar en un sistema operativo como la «base» del software en una computadora sobre la que se construyen otros programas (llamados aplicaciones ).

Entonces, un procesador de texto y un juego de ajedrez son dos aplicaciones diferentes que dependen del sistema operativo para llevar a cabo su entrada, salida básica, etc. El sistema operativo se basa en una pieza de programación aún más fundamental llamada BIOS (sistema básico de entrada y salida), que es el vínculo entre el software del sistema operativo y el hardware.

A diferencia del sistema operativo, que es el mismo de una computadora a otra, el BIOS varía de una máquina a otra de acuerdo con la configuración precisa del hardware y generalmente lo escribe el fabricante del hardware.

El BIOS no es, estrictamente hablando, software : es un programa almacenado de forma semipermanente en uno de los chips principales de la computadora, por lo que se conoce como firmware (sin embargo, generalmente está diseñado para que pueda actualizarse ocasionalmente).

Los sistemas operativos tienen otro gran beneficio. En la década de 1970 (y principios de la de 1980), prácticamente todas las computadoras eran tremendamente diferentes.

Todos se ejecutaron en sus propias formas idiosincrásicas con hardware bastante único (diferentes chips de procesador, direcciones de memoria, tamaños de pantalla y todo lo demás). Los programas escritos para una máquina (como Apple) normalmente no se ejecutarían en ninguna otra máquina (como IBM) sin una conversión bastante extensa.

Eso fue un gran problema para los programadores porque significaba que tenían que reescribir todos sus programas cada vez que querían ejecutarlos en diferentes máquinas.

¿Cómo ayudaron los sistemas operativos? Si tiene un sistema operativo estándar y lo modifica para que funcione en cualquier máquina, todo lo que tiene que hacer es escribir aplicaciones que funcionen en el sistema operativo.

Entonces, cualquier aplicación funcionará en cualquier máquina. El sistema operativo que definitivamente hizo este avance fue, por supuesto, Microsoft Windows, creado por Bill Gates. (Es importante tener en cuenta que también hubo sistemas operativos anteriores. Puede leer más de esa historia en nuestro artículo sobre la historia de las computadoras.

¿Qué hay dentro de tu PC?

¡Advertencia! No abras tu PC a menos que realmente sepa lo que está haciendo. Hay voltajes peligrosos en el interior, especialmente cerca de la fuente de alimentación, y algunos componentes pueden permanecer activos durante bastante tiempo después de que se apaga la alimentación.

Todo parece bastante atemorizante y confuso dentro de una PC típica: placas de circuitos como pequeñas «ciudades» con chips para edificios, enredos de cables de arco iris entre ellos, y Dios sabe qué más.

La Fuente de Alimentación

Basado en un transformador , esto convierte su voltaje de energía doméstica o de oficina (digamos 230/120 voltios CA) en el voltaje CC mucho más bajo que necesitan los componentes electrónicos (un disco duro típico puede necesitar sólo 5–12 V). Por lo general, hay un ventilador de enfriamiento grande en el exterior de la caja de la computadora cerca de la toma de corriente (o un ventilador mucho más pequeño en una computadora portátil, generalmente en un lado). En esta máquina, hay dos ventiladores externos (de color verde y azul) justo a la izquierda, que enfrían tanto la fuente de alimentación como la placa base.

La Placa Base

Como su propio nombre sugiere, este es el cerebro de una computadora, donde se realiza el trabajo real. El procesador principal (unidad central de procesamiento) es fácil de detectar porque normalmente hay un gran ventilador encima para enfriarlo. El procesador suele estar directamente debajo de un gran ventilador negro.

Exactamente lo que hay en la placa base varía de una máquina a otra. Además del procesador, está el BIOS, chips de memoria, ranuras de expansión para memoria adicional, conexiones de cinta flexibles a las otras placas de circuito, conexiones IDE (Integrated Drive Electronics) a los discos duros y unidades de CD / DVD, y conexiones en serie o en paralelo. a cosas como los puertos USB y otros puertos en la carcasa de la computadora (a menudo soldados a la placa base, especialmente en una computadora portátil).

Otros circuitos de la placa base

Aunque la placa base puede (teóricamente) contener todos los chips que necesita una computadora, es bastante común que las PC tengan otras tres placas de circuito separadas: una para administrar la red, otra para procesar gráficos y otra para manejar el sonido.

• La tarjeta de red (también llamada Tarjeta / Controlador de interfaz de red, NIC o adaptador de red), como su nombre indica, conecta su computadora a otras máquinas (o cosas como impresoras) en una red de computadoras (generalmente una red de área local, LAN , en un hogar u oficina o en Internet en general) mediante un sistema llamado Ethernet. Las computadoras más antiguas pueden tener una tarjeta inalámbrica (WLAN) separada para conectarse a Wi-Fi; los más nuevos tienden a tener una sola tarjeta de red que maneja tanto Ethernet como Wi-Fi. Algunas computadoras tienen chips que hacen todo su trabajo en red en la placa base.
• La tarjeta gráfica (también llamada tarjeta de video o adaptador de pantalla) es la parte de una computadora que se encarga de todo lo relacionado con la pantalla. ¿Por qué no lo hace la unidad central de procesamiento? En algunas máquinas, puede serlo, pero eso tiende a ralentizar tanto el procesamiento principal de la máquina como los gráficos. Las tarjetas gráficas autónomas datan de la primera PC IBM, que tenía un adaptador de pantalla independiente en 1981; potentes tarjetas gráficas de estilo moderno para juegos en 3D, de alta resolución y a todo color, lanzadas desde mediados de la década de 1990, iniciadas por empresas como Nvidia y ATI.
• La tarjeta de sonido es otra placa de circuito autónoma basada en convertidores de digital a analógico y de analógico a digital: convierte la información digital (numérica) con la que trata la unidad central de procesamiento en señales analógicas (que varían constantemente) que pueden alimentar altavoces. ; y convierte las señales analógicas provenientes de un micrófono en señales digitales que la CPU puede comprender. Al igual que con las redes y los gráficos, las tarjetas de sonido o los chips de sonido se pueden integrar en la placa base.

Bahías de dispositivos

Las PC suelen tener uno, dos o tres discos duros más un lector / grabador de CD / DVD. Aunque algunas máquinas tienen solo un disco duro y una única unidad combinada de CD / DVD, la mayoría tiene un par de ranuras de expansión vacías para unidades adicionales.

Los fabricantes de PC tienden a diseñar y construir sus propias placas base, pero la mayoría de los componentes que utilizan son modulares y estándar. Entonces, por ejemplo, su PC Lenovo o computadora portátil Asus puede tener un disco duro Toshiba, una tarjeta gráfica Nvidia, una tarjeta de sonido Realtek, etc.

Incluso en la placa base, los componentes pueden ser modulares y plug-and-play: «Intel Inside» significa que tiene un procesador Intel debajo del ventilador. Todo esto significa que es muy fácil reemplazar o actualizar las partes de una PC cuando se desgastan o se vuelven obsoletas; no tiene que tirar toda la máquina.

Conectores externos o puertos

Puede conectar su computadora a periféricos (dispositivos externos como impresoras de inyección de tinta , cámaras web y tarjetas de memoria flash ) ya sea con una conexión por cable (un cable serie o paralelo) o inalámbrica (generalmente Bluetooth o Wi-Fi ).

Hace años, las computadoras y los periféricos usaban una colección alucinante de diferentes conectores para conectarse entre sí. En estos días, prácticamente todas las PC utilizan una forma estándar de conexión llamada USB (bus serie universal).

El USB está diseñado para ser «plug and play»: lo que sea que conecte a su computadora funciona más o menos listo para usar, aunque es posible que tenga que esperar mientras su máquina descarga un controlador (una pieza de software adicional que le indica cómo usar esa pieza de hardware en particular).

Además de facilitar el intercambio de datos, el USB también proporciona energía a cosas como discos duros externos.

Los dos pines externos de un enchufe USB son conectores de alimentación de +5 voltios y tierra, mientras que los pines internos llevan los datos. Cuando conecta su teléfono a un puerto USB en un autobús o tren, solo está usando los pines externos para cargar la batería.

El USB le brinda mucha más conectividad que los antiguos puertos seriales de computadora. Está diseñado para que pueda conectarlo de muchas formas diferentes, ya sea con un periférico conectado a cada uno de sus enchufes USB o utilizando concentradores USB (donde un enchufe USB le da acceso a una serie completa de enchufes USB, que pueden tener más concentradores y enchufes enchufados).

En teoría, puedes tener hasta 127 dispositivos USB diferentes conectados a una computadora.