Hardware de Computadoras, Esquemas y mapas conceptuales de Tecnologías de la Información y la Comunicación

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SISTEMAS INFORMÁTICOS

HARDWARE DE

COMPUTADORAS

HDC - 104

Anl.Sist. Orlando Quispe Camacho.

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR THUMILKI

PRIMERO

CONTENIDO

• 1. PRINCIPIOS DE ELECTRÓNICA..................................................................................................................................................
  • 1.1. Introducción.....................................................................................................................................................................
  • 1.2. Conceptos de mediciones electrónicas...........................................................................................................................
    • 1.2.1. Mediciones Analógicas y Digitales:..........................................................................................................................
    • 1.2.2. Exactitud (Exactitud):...............................................................................................................................................
    • 1.2.3. Sensibilidad:.............................................................................................................................................................
    • 1.2.4. Efecto de Carga:.......................................................................................................................................................
    • 1.2.5. Error:.........................................................................................................................................................................
    • 1.2.6. Cifras Significativas:..................................................................................................................................................
  • 1.3. Símbolos y componentes.................................................................................................................................................
  • 1.4. Herramientas fundamentales..........................................................................................................................................
    • 1.4.1. Protoboard:..............................................................................................................................................................
    • 1.4.2. Óhmetro:..................................................................................................................................................................
    • 1.4.3. Voltímetro:...............................................................................................................................................................
    • 1.4.3. Amperímetro:...........................................................................................................................................................
  • 1.5. Circuitos de Corriente Continua......................................................................................................................................
    • 1.5.1. Ley de Ohm:..............................................................................................................................................................
    • 1.5.2. Segunda Ley de Kirchhoff:........................................................................................................................................
    • 1.5.3. Resistencias en Serie y Paralelo:..............................................................................................................................
    • 1.5.4. Primera Ley de Kirchhoff:.......................................................................................................................................
  • 1.6. Aplicación de circuitos básicos......................................................................................................................................
• 2. ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS....................................................................................................................................
  • 2.1. Definición de computadora.............................................................................................................................................
  • 2.2. Generaciones de computadoras......................................................................................................................................
  • 2.3. Microprocesador.............................................................................................................................................................
  • 2.4. Organización física de una computadora........................................................................................................................
  • 2.5. Memoria RAM..................................................................................................................................................................
  • 2.6. Placa principal..................................................................................................................................................................
  • 2.7. Tarjeta de video...............................................................................................................................................................
  • 2.8. Dispositivos de almacenamiento masivo........................................................................................................................
• 3. ENSAMBLAJE DE UNA COMPUTADORA..................................................................................................................................
  • 3.1. Fuente de alimentación...................................................................................................................................................
  • 3.2. Procesador del ordenador...............................................................................................................................................
  • 3.3. Montherboard.................................................................................................................................................................
  • 3.4. Chasis...............................................................................................................................................................................
  • 3.5. Memoria RAM..................................................................................................................................................................
  • 3.6. Conexión de cables..........................................................................................................................................................
  • 3.7. Placas...............................................................................................................................................................................
  • 3.8. Montaje de dispositivos...................................................................................................................................................
  • 3.9. Dispositivo de almacenamiento masivo..........................................................................................................................
• 4. MANTENIMIENTO DE UNA COMPUTADORA..........................................................................................................................
  • 4.1. MANTENIMIENTO PREVENTIVO......................................................................................................................................
  • 4.2. MANTENIMIENTO PERFECTIVO Y ADAPTATIVO..............................................................................................................
  • 4.3. MANTENIMIENTO CORRECTIVO......................................................................................................................................
    • 5.3.1. Mantenimiento correctivo del hardware.................................................................................................................
    • 5.3.2. Mantenimiento correctivo del software..................................................................................................................
• 6. INTERNET DE LAS COSAS IOT..................................................................................................................................................
  • 6.1. Sistemas ciberfísicos (CPS) en la visión Industria 4.0......................................................................................................
  • 6.2. Internet de las cosas y sistemas ciberfísicos...................................................................................................................
  • 6.3. Ecosistema de dispositivos..............................................................................................................................................
  • 6.4. Plataformas IoT y su arquitectura...................................................................................................................................
  • 6.5. Digital Twins.....................................................................................................................................................................
  • 6.6. Indoor & outdoor Geolocation (Real Time Geospatial)...................................................................................................
  • 6.7. Sistemas de Seguridad inteligentes.................................................................................................................................
  • 6.8. Seguridad en las plataformas IoT e IIoT..........................................................................................................................
  • 6.9. Wearables at work...........................................................................................................................................................
  • 6.10. Implementación de una API para interactuar con una plataforma..............................................................................
• 7. ARDUINO.................................................................................................................................................................................
  • 7.1. Fundamentos de Arduino................................................................................................................................................
  • 7.2. Instalación IDE Arduino....................................................................................................................................................
  • 7.3. Programación Arduino.....................................................................................................................................................
  • Practicas guiadas.....................................................................................................................................................................
    • 1. Semáforo. –
    • 2. Leds Analógicos
    • 3. Fotorresistencia
    • 4. pulsador
• 8. DESECHOS Y RECICLAJE TECNOLÓGICOS................................................................................................................................
  • 8.1. Residuos Electrónicos (Basura Electrónica).....................................................................................................................
  • 8.2. Residuos de Manejo Especial..........................................................................................................................................
  • 8.3 Técnicas de reciclaje.........................................................................................................................................................
• Bibliografía..................................................................................................................................................................................

INSTRUCCIONES Y RECOMENDACIÓN PARA LA LECTURA DEL DOCUMENTO

Haga una lectura detenida de los contenidos temáticos. Para profundizar los conceptos diríjase a la sección de bibliografía y consulte los libros recomendados. A continuación de la lectura resuelva las evaluaciones teóricas intentando resolverlo conscientemente y sin copiar los conceptos teóricos del texto. Si los temas tienen una tarea o practica busque un ambiente o contexto acorde a la materia para resolverlo de manera correcta, siga todas las indicaciones de cada tarea o práctica. En algunos temas se tiene un apoyo con un video en la web. para ver estos videos descargue en su teléfono una aplicación lector QR para que le pueda redireccionar al video. “Lector de códigos QR y barras”

Supongamos que tenemos una batería de 9 voltios y queremos medir su voltaje utilizando un multímetro. Si el multímetro indica un valor de 8.9 voltios, entonces se considera que tiene una alta exactitud, ya que el valor medido está muy cerca del valor real de 9 voltios. Sin embargo, si el multímetro muestra un valor de 7.5 voltios, entonces la exactitud es baja, ya que la lectura está significativamente alejada del valor real. En este caso, podríamos decir que el multímetro tiene una baja exactitud y no proporciona mediciones confiables. 1.2.3. SENSIBILIDAD: En electrónica, la sensibilidad se refiere a la capacidad de un dispositivo para detectar y responder a pequeños cambios en una entrada o estímulo. En otras palabras, es la medida de la respuesta de un sistema a una variación en la entrada. La sensibilidad es especialmente importante en sensores y sistemas de medición donde se necesita detectar y medir señales débiles o pequeñas variaciones. Ejemplo : Imagina que tienes un sensor sísmico instalado en un edificio para detectar movimientos sísmicos. Si el sensor es altamente sensible, podrá detectar incluso pequeñas vibraciones, como un paso ligero. En contraste, si el sensor es menos sensible, solo detectará vibraciones más intensas, como un terremoto fuerte. En ambos casos, la sensibilidad del sensor determina su capacidad para detectar y responder a las vibraciones, lo que ilustra la importancia de la sensibilidad en la electrónica, especialmente en aplicaciones de detección y monitoreo de eventos. 1.2.4. EFECTO DE CARGA: El efecto de carga en electrónica se refiere a cómo la medición de un circuito puede alterar el comportamiento del mismo debido a la introducción de un dispositivo de medición, como un multímetro o un osciloscopio. Esto sucede porque estos dispositivos introducen una resistencia o carga al circuito que se está midiendo, lo que puede afectar el flujo de corriente y, por lo tanto, los valores de voltaje y corriente medidos. Ejemplo : Imagina que estás midiendo la tensión de una batería usando un multímetro. Al conectar el multímetro para medir la tensión, introduces una carga adicional en la batería. Esto puede afectar la lectura de tensión que obtienes, haciéndola más baja de lo esperado debido al efecto de carga del multímetro. 1.2.5. ERROR: En electrónica, el error se refiere a la discrepancia entre el valor medido o calculado y el valor verdadero o esperado en un sistema, dispositivo o medición. Este error puede deberse a diversas causas, como imprecisiones en los componentes, condiciones ambientales variables, errores de calibración o limitaciones inherentes del equipo de medición. Ejemplo: al calibrar un instrumento de medición, como un multímetro. Si el multímetro está mal calibrado y muestra una lectura de voltaje de 5.2 voltios cuando el verdadero valor es de 5 voltios, entonces el error sería la diferencia entre estas dos lecturas, es decir, 0.2 voltios.

1.2.6. CIFRAS SIGNIFICATIVAS:

Las cifras significativas son los dígitos en una medición que aportan información útil. Ayudan a expresar la precisión de una medición. Ejemplo : Si medimos una longitud como 12.345 cm, hay cinco cifras significativas. 1.3. SÍMBOLOS Y COMPONENTES En esta sección, exploraremos una variedad de componentes electrónicos esenciales. Estos componentes se utilizan en circuitos electrónicos para diversas funciones. A continuación, presento una descripción de cada uno junto con ejemplos y aplicaciones: COMPONENTE SÍMBOLO CONCEPTO EJEMPLO IMAGEN Interruptor Dispositivo que abre o cierra un circuito eléctrico. Interruptor de luz en una habitación. Transformador Cambia el voltaje de una corriente alterna (CA). Transformador en una fuente de alimentación. Diodo LED Emite luz cuando la corriente fluye a través de él. Luces indicadoras en dispositivos electrónicos. Diodo Zener Mantiene un voltaje constante en un circuito. Regulador de voltaje en fuentes de alimentación. Resistencias Limitan el flujo de corriente en un circuito. Resistencia en un circuito de LED. Código de Colores para Resistencias Identifica el valor de una resistencia. Resistencia con bandas de colores. Potenciómetro Resistencia ajustable cuyo valor puede variar. Control de volumen en un amplificador. Fotocelda Cambia su resistencia según la luz incidente. Sensor de luz en sistemas automáticos.

COMPONENTE SÍMBOLO CONCEPTO EJEMPLO IMAGEN

Fusible Protege los circuitos al fundirse con corriente excesiva. Caja de distribución eléctrica. Motor Convierte energía eléctrica en movimiento mecánico. Electrodomésticos. Display de 7 Segmentos Muestra dígitos y caracteres. Reloj digital, contador. Sensores Detectan magnitudes Termómetros, sensores de luz. Actuadores Varían Realizan acciones físicas. motores 1.4. HERRAMIENTAS FUNDAMENTALES En esta sección, exploraremos algunas herramientas esenciales utilizadas en electrónica. Estas herramientas son fundamentales para el diseño, montaje y análisis de circuitos. Vamos a sumergirnos en cada una de ellas: 1.4.1. PROTOBOARD: Una protoboard, también conocida como placa de pruebas o breadboard en inglés, es una herramienta utilizada para prototipar y construir circuitos electrónicos sin necesidad de soldadura. Consiste en una placa con agujeros conectados eléctricamente en los que se pueden insertar componentes electrónicos para realizar conexiones temporales. Ejemplo: Montar un circuito con resistencias y LEDs para aprender conceptos básicos.

1.4.2. ÓHMETRO:

El óhmetro es un componente de un multímetro que mide la resistencia eléctrica de un componente o circuito. Permite verificar si una resistencia está abierta (sin continuidad) o si su valor es el esperado. Ejemplo: Medir la resistencia de una resistencia de 1 kΩ. 1.4.3. VOLTÍMETRO: El voltímetro mide el voltaje en un circuito eléctrico. Puede configurarse para medir voltajes en corriente continua (DC) o alterna (AC). Ejemplo: Medir el voltaje de una batería. 1.4.3. AMPERÍMETRO: El amperímetro mide la corriente eléctrica que fluye en un circuito. Se conecta en serie con el componente o rama del circuito que se desea medir. Ejemplo: Medir la corriente que atraviesa una resistencia. Estas herramientas fundamentales son imprescindibles para cualquier persona que trabaje en el campo de la electrónica, ya sea para proyectos de bricolaje, educativos o profesionales. Con una comprensión adecuada de cómo utilizar estas herramientas, los estudiantes pueden realizar mediciones precisas, construir y depurar circuitos con éxito, y desarrollar habilidades prácticas en el mundo de la electrónica. 1.5. CIRCUITOS DE CORRIENTE CONTINUA Los circuitos de corriente continua son fundamentales en el estudio de la electrónica, ya que proporcionan la base para comprender cómo fluye la corriente eléctrica a través de los componentes y cómo se comportan los circuitos en diferentes configuraciones. Aquí exploraremos algunas de las leyes y conceptos fundamentales relacionados con los circuitos de corriente continua: 1.5.1. LEY DE OHM: La Ley de Ohm es una de las leyes fundamentales en electrónica y establece la relación entre el voltaje (V), la corriente (I) y la resistencia (R) en un circuito. Matemáticamente se expresa como V = I * R, lo que significa que el voltaje es igual al producto de la corriente y la resistencia. Esta ley es esencial para calcular y comprender cómo cambia el flujo de corriente en respuesta a cambios en el voltaje o la resistencia en un circuito.

1.5.2. SEGUNDA LEY DE KIRCHHOFF:

La Segunda Ley de Kirchhoff, también conocida como la Ley de las Corrientes de Kirchhoff, establece que la suma algebraica de las corrientes en un nodo en un circuito cerrado es igual a cero. Esto significa que la cantidad total de corriente que entra en un nodo es igual a la cantidad total de corriente que sale del nodo. Esta ley es esencial para analizar circuitos complejos donde la corriente se divide en múltiples ramas. 1.5.3. RESISTENCIAS EN SERIE Y PARALELO: En un circuito eléctrico, las resistencias pueden estar conectadas en serie o en paralelo. Cuando las resistencias están en serie, la corriente que pasa a través de cada resistencia es la misma, pero el voltaje se divide entre ellas.

2. ARQUITECTURA DE COMPUTADORAS

2.1. DEFINICIÓN DE COMPUTADORA

Una computadora es una máquina electrónica que procesa y almacena información utilizando circuitos electrónicos. Puede recibir datos de entrada, procesarlos de acuerdo con instrucciones preestablecidas, producir resultados y almacenarlos para su uso futuro. Las computadoras pueden ser de diferentes tamaños y tipos, desde computadoras personales hasta supercomputadoras utilizadas en la investigación científica y la ingeniería. En general, una computadora consta de una unidad central de procesamiento (CPU), memoria, dispositivos de entrada y salida, y almacenamiento de datos. 2.2. GENERACIONES DE COMPUTADORAS Las computadoras se han desarrollado a lo largo de varias generaciones, cada una con características y tecnologías diferentes. A continuación, se presentan las principales generaciones de computadoras: Primera generación (1940-1956): Las computadoras de esta generación utilizaban válvulas electrónicas para procesar la información. Eran grandes, costosas y consumían mucha energía. Ejemplos de computadoras de primera generación son la ENIAC y la UNIVAC. Segunda generación (1956-1963): En esta época, las computadoras empezaron a utilizar transistores en lugar de válvulas electrónicas, lo que las hizo más pequeñas, económicas y confiables. Además, se introdujeron los sistemas operativos. Ejemplos de computadoras de segunda generación son la IBM 1401 y la DEC PDP-8. Tercera generación (1964-1971): En esta época se desarrollaron los circuitos integrados, lo que permitió que las computadoras fueran aún más pequeñas, rápidas y poderosas. También surgieron los lenguajes de programación de alto nivel, como COBOL y FORTRAN. Ejemplos de computadoras de tercera generación son la IBM System/360 y la DEC PDP-11. Cuarta generación (1971-1981): En esta época se desarrollaron los microprocesadores, que permitieron que las computadoras fueran aún más pequeñas, económicas y poderosas. También se introdujeron las computadoras personales, como la Apple II y la IBM PC. Además, surgieron los sistemas operativos multitarea y las redes de computadoras. Quinta generación (1981-actualidad): Esta generación se caracteriza por el desarrollo de la inteligencia artificial y el procesamiento paralelo. Además, surgieron nuevas tecnologías, como la realidad virtual y aumentada, y la computación en la nube. Ejemplos de computadoras de quinta generación son las supercomputadoras, como la IBM Summit y la Fujitsu Fugaku.

Cabe destacar que estas generaciones no son estandarizadas y que la aparición de nuevas tecnologías y avances en la computación, han dado lugar a la aparición de nuevas generaciones y se prevé que sigan evolucionando en el futuro. 2.3. MICROPROCESADOR Un microprocesador es un circuito integrado que funciona como unidad central de procesamiento (CPU) de una computadora u otros dispositivos electrónicos. Es el "cerebro" de la computadora y se encarga de realizar las operaciones y cálculos necesarios para el funcionamiento del sistema. El microprocesador está compuesto por millones de transistores y otros componentes electrónicos que se integran en una pequeña pieza de silicio. La velocidad y la potencia de un microprocesador se miden en megahertzios (MHz) o gigahertzios (GHz), que indican la cantidad de ciclos de reloj que el procesador puede ejecutar por segundo. Los microprocesadores han evolucionado significativamente desde su creación en la década de 1970, con mejoras en la arquitectura, la velocidad de reloj, el número de núcleos y la eficiencia energética. Hoy en día, los microprocesadores se utilizan en una amplia variedad de dispositivos electrónicos, desde computadoras y teléfonos inteligentes hasta electrodomésticos y sistemas de seguridad. 2.4. ORGANIZACIÓN FÍSICA DE UNA COMPUTADORA La organización física de una computadora incluye los componentes y dispositivos que la conforman, su conexión y su disposición en el chasis. A continuación, se describen los principales elementos que conforman una computadora: Placa base: es el componente principal de la computadora y conecta todos los demás componentes. Contiene el microprocesador, la memoria RAM, las ranuras de expansión y los conectores de entrada y salida. Fuente de alimentación: suministra energía eléctrica a todos los componentes de la computadora. Memoria RAM: es la memoria temporal de la computadora y almacena los datos y programas en uso. Es volátil, es decir, los datos se borran cuando se apaga la computadora. Disco duro: es el dispositivo de almacenamiento principal de la computadora y se utiliza para almacenar programas y datos de forma permanente. Tarjeta gráfica: procesa las imágenes y las envía al monitor. Unidad de CD/DVD: permite leer y grabar CD y DVD. Tarjeta de sonido: se encarga de la salida de audio. Conectores de entrada y salida: permiten la conexión de dispositivos externos, como teclados, ratones, impresoras, cámaras, entre otros. Chasis: es la estructura que contiene todos los componentes de la computadora y protege los componentes de daños externos.

La placa principal, también conocida como placa base o motherboard, es el componente principal de la computadora que conecta y coordina todos los demás componentes. Es una placa de circuito impreso que se encuentra en la parte inferior o trasera del chasis de la computadora y tiene varios conectores y puertos para la conexión de otros componentes. 2.7. TARJETA DE VIDEO Una tarjeta de video, también conocida como tarjeta gráfica o GPU (Graphics Processing Unit), es un componente de la computadora que se encarga de procesar y mostrar imágenes y videos en el monitor. La tarjeta de video se conecta a la placa base de la computadora mediante una ranura PCI Express y tiene su propio procesador, memoria y controlador de pantalla. El procesador de la tarjeta de video se encarga de procesar la información gráfica y convertirla en una señal que pueda ser mostrada en el monitor. La memoria de la tarjeta de video se utiliza para almacenar temporalmente las imágenes y los datos de video para su procesamiento y visualización.

Las tarjetas de video pueden ser integradas en la placa base de la computadora o ser una tarjeta independiente que se inserta en una ranura PCI Express. Las tarjetas de video independientes suelen tener un mejor rendimiento y más capacidad de procesamiento que las tarjetas integradas. Las tarjetas de video pueden tener diferentes características y especificaciones, incluyendo la cantidad de memoria de video, la velocidad de reloj, la cantidad de núcleos de procesamiento y la compatibilidad con diferentes tecnologías de visualización como HDMI, DisplayPort y VGA. 2.8. DISPOSITIVOS DE ALMACENAMIENTO MASIVO Los dispositivos de almacenamiento masivo de una computadora se utilizan para almacenar grandes cantidades de datos y archivos, incluyendo el sistema operativo, programas, documentos, imágenes, videos y música. Algunos de los dispositivos de almacenamiento masivo más comunes son: Disco duro : es el dispositivo de almacenamiento masivo principal de la mayoría de las computadoras, que utiliza discos magnéticos para almacenar los datos. Los discos duros pueden tener diferentes capacidades de almacenamiento, velocidad de rotación y conexión (SATA, SCSI, etc.). Unidades de estado sólido (SSD): son dispositivos de almacenamiento que utilizan memoria flash para almacenar los datos en lugar de discos magnéticos. Los SSD son más rápidos y resistentes que los discos duros, pero suelen ser más caros y tienen menor capacidad de almacenamiento. Unidades de CD/DVD : son dispositivos de almacenamiento óptico que utilizan discos para almacenar datos. Las unidades de CD se utilizan principalmente para almacenar música y programas, mientras que las unidades de DVD se utilizan para almacenar películas, programas y juegos. Unidades flash USB : son pequeños dispositivos de almacenamiento que se conectan a un puerto USB de la computadora y utilizan memoria flash para almacenar los datos. Son portátiles y convenientes para transferir datos entre computadoras. Tarjetas de memoria : son pequeñas tarjetas que se utilizan en dispositivos móviles y cámaras para almacenar datos. También se pueden utilizar como dispositivos de almacenamiento masivo en la computadora mediante un lector de tarjetas. Discos externos : son dispositivos de almacenamiento que se conectan a la computadora a través de un puerto USB o una conexión inalámbrica. Los discos externos pueden ser discos duros o unidades flash y se utilizan para realizar copias de seguridad de datos o para aumentar la capacidad de almacenamiento de la computadora.