Arquitectura de un computador¶

Arquitectura von Neumann¶

Bloques: UCP (unidad de control + ALU + registros), memoria principal, unidades de E/S y buses (datos, direcciones, control).
Ciclo de instrucción: búsqueda (fetch) → decodificación → ejecución → almacenamiento.
Cuello de botella de von Neumann y cómo se mitiga: memoria caché, segmentación (pipeline), ejecución especulativa, multinúcleo.
Jerarquía de memoria: registros → caché L1/L2/L3 → RAM → almacenamiento secundario → almacenamiento en red. A más cerca de la CPU, más rápida, más cara y menor capacidad.

Componentes físicos y sus características¶

Procesador (CPU)¶

Núcleos e hilos (SMT/Hyper-Threading); núcleos de rendimiento y de eficiencia.
Frecuencia base y turbo; IPC: por qué más GHz no implica más rendimiento entre arquitecturas distintas.
Caché L1/L2/L3. Litografía (nm). TDP y disipación.
Socket y compatibilidad con la placa (p. ej. AM5, LGA1700/1851): el socket condiciona la placa, y el chipset condiciona las funciones disponibles.
Arquitecturas: x86-64 frente a ARM (eficiencia, portátiles y SBC tipo Raspberry Pi).

Memoria RAM¶

Volátil. Tecnologías DDR4 / DDR5, formatos DIMM y SO-DIMM.
Frecuencia efectiva (MT/s), latencias (CL) y perfiles XMP/EXPO.
Dual channel: instalar 2×8 GB en los bancos correctos rinde más que 1×16 GB.
ECC y su uso en servidores.

Explicación ECC

Una memoria RAM convencional almacena los datos. La RAM ECC almacena, además, información de redundancia que permite comprobar si los datos se han alterado. Por ejemplo, simplificando:

RAM convencional: Dato → 10110110
RAM ECC Dato → 10110110 + bits de comprobación

Si un bit cambia accidentalmente:

    - Original: 10110110
    - Error:    10110010
                     ↑

La memoria ECC puede detectar el error y, en determinados casos, corregirlo automáticamente.

Placa base¶

Formatos ATX / microATX / mini-ITX y su relación con la caja.
Chipset, VRM, BIOS/UEFI, batería CMOS, POST.
Buses y conectores: PCIe (versiones y número de líneas ×1/×4/×8/×16), M.2 (NVMe frente a SATA), SATA, USB (nomenclatura y velocidades), conectores de alimentación 24 pines y EPS.

Almacenamiento¶

HDD: platos, cabezales, RPM, latencia mecánica.
SSD SATA (límite ~550 MB/s) frente a SSD NVMe (PCIe, miles de MB/s). TBW y vida útil.
Métricas: secuencial frente a aleatorio, IOPS, latencia.
Idea de RAID 0/1/5 como introducción a la UD de servicios en red.

Gráfica, alimentación y refrigeración¶

GPU integrada frente a dedicada; VRAM; uso en cómputo paralelo (CUDA/OpenCL, IA).
Fuente de alimentación: cálculo de potencia con margen, certificación 80 PLUS, protecciones. Es el componente donde no conviene ahorrar.
Refrigeración: disipación por aire frente a líquida, pasta térmica, flujo de aire de la caja, curvas de ventilador, throttling térmico.

Interacción entre componentes y rendimiento¶

Concepto de cuello de botella: el sistema rinde según su componente más limitante para esa carga concreta.
Perfiles de carga: ofimática, desarrollo, virtualización (RAM y núcleos), edición de vídeo (GPU y E/S), servidor (fiabilidad y E/S).

Selección de componentes, simuladores y sostenibilidad¶

Criterios de selección¶

Definir el uso real y el presupuesto antes de mirar componentes.
Comprobar compatibilidades: socket ↔ placa, tipo de RAM ↔ placa, tamaño de placa ↔ caja, longitud de GPU ↔ caja, potencia y conectores de la fuente, altura del disipador.
Equilibrar el conjunto: evitar una GPU de gama alta con una CPU muy limitada, o 32 GB de RAM en un equipo de ofimática.
Prever ampliación futura: bancos de RAM libres, ranuras M.2 y SATA disponibles, margen en la fuente.
Contrastar fuentes: fichas técnicas del fabricante frente a análisis independientes y comparativas (CE 5.1).

Simuladores y herramientas¶

Herramienta	Uso	Dónde
Configuradores web (PCPartPicker, tiendas)	Presupuestar y validar compatibilidades	Navegador
PC Building Simulator / vídeos de montaje guiado	Secuencia de montaje sin riesgo	Navegador / equipo
Logisim Evolution	Simular circuitos lógicos: puertas, sumador, registro	`apt install logisim-evolution` o `.jar`
CPU-X	Equivalente libre a CPU-Z: CPU, caché, RAM, placa	LliureX
`inxi -Fxz`, `lshw`, `lscpu`, `lsblk`, `dmidecode`	Inventario real por consola	LliureX (se amplía en 6.3)
Monitor del sistema de Plasma	Vista gráfica de recursos	LliureX (se amplía en 6.4)

Bienestar digital, salud y sostenibilidad¶

Consumo energético del equipo y del aula; modos de ahorro; apagado frente a suspensión.
Obsolescencia programada y percibida; alargar la vida útil mediante ampliación de RAM o SSD; instalar una distribución ligera en equipos antiguos.
RAEE: residuos de aparatos eléctricos y electrónicos, puntos limpios, reciclaje y reutilización.
Minerales en conflicto y condiciones de fabricación: dimensión ética de la compra de hardware.
Ergonomía: altura de pantalla, distancia visual, iluminación difusa lateral, pausas y descanso visual (regla 20-20-20).

Actividades¶

AC 0104. Ficha comparativa de dos CPU actuales (una de gama de entrada y otra de gama media). Columnas: núcleos/hilos, frecuencia base y turbo, caché L3, TDP, socket, gráfica integrada, precio. Concluye cuál elegirías para un aula de informática y por qué.
AC 0105. Interpreta esta especificación: DDR5-6000 CL30 2×16 GB. ¿Qué significa cada dato? ¿Por qué son dos módulos y no uno de 32 GB?
AC 0106. Ordena de mayor a menor velocidad y justifica el orden: registro de CPU, caché L2, RAM DDR5, SSD NVMe, SSD SATA, HDD 7200 rpm, almacenamiento en la nube.
AC 0107. Una placa tiene una ranura PCIe 4.0 x16 y dos M.2 (una PCIe 4.0 x4, otra SATA). Explica qué pasaría al instalar un SSD NVMe en la ranura M.2 SATA.
AC 0108. Detecta el cuello de botella en tres escenarios y justifica la respuesta con datos:
- a) Equipo con i7 reciente, 8 GB de RAM y HDD, usado para virtualizar 3 máquinas.
- b) Equipo con GPU de gama alta y CPU de hace 10 años, usado para edición de vídeo.
- c) Servidor web con CPU potente, 64 GB de RAM y un único HDD de 5400 rpm.
AC 0109. Calcula la potencia recomendada de fuente para un equipo con CPU de 125 W de TDP, GPU de 200 W, 2 SSD NVMe, 4 ventiladores y una placa ATX. Aplica un margen razonable y justifícalo.