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5. Tu eReader por dentro

Destripando
tu eReader

Todas las computadoras, desde smartwatches hasta PCs de escritorio, son dispositivos de computación que funcionan gracias a una serie de componentes electrónicos conectados y comunicados entre sí (hardware). Por otro lado, para facilitar la interacción con humanos, está el software (las aplicaciones, utilidades y programas) que permite darle instrucciones gracias a una interfaz (gráfica) o GUI. 

1.1. La placa base o motherboard

Para que todos los componentes electrónicos puedan estar conectados entre sí, hace falta un soporte físico al que soldarlos o adherirlos de alguna forma. Este soporte físico es la placa base o madre (motherboard), una placa de circuito impreso o PCB (Printed Circuit Board). 

placa base - circuito impreso - que es una placa base

Esta placa lleva varios canales (buses) de cobre grabados en una lámina fabricada con algún material no conductor (aislante), como cerámica o plástico, a la que después se aplica un poliepóxido o resina para hacerla algo más robusta.

Hay tantas formas y tamaños como requieran las propias características de los dispositivos electrónicos que se van a producir. Asimismo, esto determinará también los componentes que permitirá instalar: el procesador, memoria RAM, flash ROM, conexiones input/output (pantalla, auriculares, etc.). Absolutamente todos los componentes electrónicos fundamentales para el funcionamiento de un dispositivo computador están integrados en una placa base.

1.2. La CPU o procesador

Para que un dispositivo funcione, requiere un componente esencial que se encarga de gestionar y ejecutar las instrucciones que le van llegando. Este componente es la unidad central de procesamiento o CPU (Central Processing Unit), a la que llamamos normalmente (micro)procesador.

que es la cpu - procesador
qué es físicamente una cpu

Despiece de un Intel 80186 realizado por  CarlsTechShed

En el interior de una CPU, lo que podemos encontrar es una matriz de transistores y componentes semiconductores (silicio, generalmente) al que llegan instrucciones formadas en paquetes de información (bytes) compuestas por comandos enciende (1) o mantén apagado (0) llamadas bits. Cada byte o paquete de información se codifica siguiendo una especie de manual de fabricación que permite a la CPU comunicarse con el resto de componentes y que, a la vez, estos componentes deben respetar para comunicarse con la CPU: el firmware.

En este ejemplo, sacado del Manual para la certificación CompTIA A+ (Meyers, 2018: 100), puede verse un ejemplo simplificado de cómo funcionaba el firmware del Intel 8088:

    • 10000000 – la siguiente línea es un número; añádelo al registrador AX
    • 10010000 – la siguiente línea es un número; añádelo al registrador BX
    • 10110000 – Añade AX a B; añade el resultado a AX
    • 11000000 – Pon el valor de AX en el EDB

Más o menos, así es la manera en la que se comunican los componentes electrónicos instalados en cualquier dispositivo: utilizando un «lenguaje máquina». Pero ¿cómo sabe la CPU que se han terminado de dar instrucciones? Pues con una especie de campanilla, llamada reloj (etiquetada en los diagramas como CLK). Al menos dos pequeñas cargas eléctricas en el reloj es lo que indica a la CPU que otro byte (paquete de información) está a la espera de ser procesado. Cada pequeña carga eléctrica aplicada al reloj, se conoce como ciclo y la máxima cantidad de ciclos que una CPU puede soportar, se llama velocidad del reloj y representa la velocidad máxima a la que una CPU puede operar, expresada en hertz (Hz). Sin embargo, no es lo mismo la velocidad máxima a la que puede operar, que la velocidad a la que debe operar. Para eso se utiliza un oscilador de cuarzo (como en el clásico Intel 8088), aunque hoy pueden encontrarse de cerámica.

            • 1 hertz (1 Hz) =  1 ciclo por segundo
            • 1 megahertz (1 MHz) = 1 millón de ciclos por segundo
            • 1 gigahertz (1 GHz) =  mil millones de ciclos por segundo

1.3. La memoria de acceso aleatorio o RAM

La memoria de acceso aleatorio da soporte a la CPU, almacenando las piezas de información que deben ser ejecutadas y administradas para que pueda acceder a cualquier línea del programa en cualquier momento. En efecto, la CPU lee instrucciones y escribe otras en la RAM, a velocidades si no idénticas al menos próximas a su velocidad de reloj.

Meyers (2018: 107) nos invita a imaginarnos la RAM como una hoja de cálculo, y en cada celda se almacena un 1 o un 0. Cada una de estas celdas se llama bit (vid.supra) y cada paquete de información (8 bits) se llama byte. La razón de que se llame «memoria de acceso aleatorio» es porque el procesador puede acceder a cada fila (byte) tan rápido como a cualquier otra.

La RAM no es almacenamiento, sino una unidad de memoria en la que se carga el código de los programas (que sí están almacenados en otra unidad) para que la CPU pueda acceder a estas instrucciones y escribir otras. Cuantos más programas (o aplicaciones) estén ejecutándose al mismo tiempo (en segundo plano), más lento va el dispositivo o computadora. No porque el procesador no pueda cargarlos, sino porque la RAM debe ir cargando las líneas de los programas, liberando espacio y cargando otras líneas, a medida que la CPU las pide y la CPU pide información a velocidades que saturan la RAM. Por eso es tan importante no tener demasiadas apps cargadas en segundo plano, entre otras razones que veremos más tarde.

1.4. La memoria de sólo-lectura o ROM

En los primeros días de su existencia, era exactamente eso: una memoria de sólo escritura. Una vez que había sido escrita y programada, no podía alterarse más. Generalmente, un chip, aunque también existieron ROMs en disco compacto (CD-ROM) que después fueron regrabables (EPROM).

Por supuesto, a medida que avanzó la tecnología se consideró la idea de una ROM programable o PROM (Programmable Read-Only Memory) y regrabable o EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory). La EPROM continuó mejorándose para ser regrabable eléctricamente: las EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) son el origen de lo que hoy llamamos memorias flash. Muy conveniente para poder tener un chip que funcione como unidad de almacenamiento, en un dispositivo de pequeñísimas dimensiones.

En efecto, en los PCs de escritorio las unidades (drive) de almacenamiento pueden ser discos duros magnéticos o HDD (Hard Disk Drive) o las más novedosas unidades de estado sólido, SSD (Solid State Disk). Los SSDs pueden estar basados tanto en tecnología RAM como flash ROM. Lo mismo para las computadoras portátiles (laptops). Lo realmente interesante aquí, es que un dispositivo móvil (como un smartphonetablet eReader), es demasiado pequeño para instalarle una unidad de disco o de estado sólido.  La función de unidad de almacenamiento en dispositivos pequeños la realiza la flash ROM.

En esta unidad de almacenamiento flash ROM se instala, entre otras cosas, el Sistema Operativo y es la razón por la que tu dispositivo (el celular, la tablet, el eReader, etc.), viene con menos espacio del que se especifica. Ese Sistema Operativo ya está ocupando una parte del almacenamiento total de la unidad.

1.5. Zócalos o  Slots

En las placas base, según su preconfiguración y diseño, pueden venir o no zócalos (o ranuras) para mejorar las características del dispositivo al poder agregar más componentes hardware. Es muy raro que en dispositivos pequeños se presenten estos slots, más aún cuando están sellados con alguna certificación de impermeabilidad (como IPX-8).

El más común de los slots en dispositivos pequeños es la ranura para insertar una microSD, permitiendo ampliar el espacio de almacenamiento del dispositivo y a la cual se accede fácilmente sin tener que abrir para nada la carcasa.

1.6. Dispositivos de salida o Outputs

Los componentes de nos devuelven información y datos computados en el dispositivo, se llaman «outputs» (la pantalla, los auriculares, impresora…). En los más pequeños dispositivos, el principal output es la pantalla integrada: un módulo (extraíble y reemplazable) electrónico que devuelve información visual. 

La pantalla se conecta directamente a la placa base en los dispositivos más pequeños y compactos por razones obvias. Sus controladores (código necesario para que se comunique con el resto de componentes) se configuran con el flasheo o instalación original de fábrica, antes de salir al mercado. 

El segundo «output» más ampliamente utilizado, son los de audio (auriculares, altavoces, pinganillos, etc.). Aunque son componentes normalmente externos al circuito principal, deben tener un conector instalado en la placa base que permita la comunicación con el resto del hardware del dispositivo (minijack, bluetooth, USB…). 

1.7. Dispositivos de entrada o Inputs

Son los componentes que nos permiten introducir datos en el dispositivo (teclado, ratón, etc.). Un caso típico de los dispositivos de pequeñas dimensiones hoy, es el de las pantallas táctiles ya que su solución capacitiva o digitalizadora funciona de «input» mientras que al devolvernos información visual funcionan como «output». 

1.8. Conectividad

Los componentes de conectividad son un caso particular de recepción y envío de datos (funcionan a la par como inputs y outputs), a través de diversos canales. Sin embargo, para que funcionen necesitan su hardware específico, que respete los estándares de telecomunicación.  En PCs de escritorio y laptops, no es raro el uso de cables Ethernet JR-45 para conectarse a Internet, sin embargo para pequeños dispositivos la necesidad de una solución cableada sería un auténtico incordio.

De la necesidad de conectarse con dispositivos de pequeñas dimensiones a la red, surge el diseño, desarrollo e implementación de tecnologías inalámbricas que permitan a toda persona estar conectada digitalmente en todo momento y en cualquier lugar. Estas tecnologías, archiconocidas, son: 

          • Infrarrojo: funciona emitiendo pulsos de luz infrarroja (no visibles al ojo humano) para transmitir datos. Su principal inconveniente es que su señal no rebota ni se refracta, por lo que se corta la comunicación si un objeto se cruza entre el emisor y el receptor de la señal. Además,
          • Bluetooth: tiene una efectividad máxima de 100m (dependiendo de la potencia), aunque la más común tiene un alcance máximo de 10m. Puede soportar transmisión de datos y voz de forma simultánea con muy bajo consumo.
          • WiFi: la más utilizada para redes inalámbricas domésticas y de uso público en bares y cafeterías. Cada punto de acceso tiene un alcance máximo de 90m en entornos cerrados.
          • Móvil o Celular: recibe el nombre de «celular» por conectarse por radiofrecuencia a una de las células que componen la «estación celular», responsable de la comunicación (2G, 3G, 4G…)

Cualquiera de estas tecnologías necesitan tener un componente hardware específico, instalado en la placa base y configurado en el sistema operativo, para poder funcionar correctamente.

2. SOFTWARE

El «software» es toda la información procesada, los programas, todos los datos e instrucciones que establecen cómo opera la computadora (ya sea un smartphone, Tablet, eReader, etc.). Se pueden hacer varias tipologías, pero en cuanto a su nivel de interacción con humanos, tenemos los siguientes tipos de software.

2.1. Firmware

El firmware representa el nivel más bajo de software: un conjunto de instrucciones, codificadas en «lenguaje máquina» que le dice al hardware cómo debe comunicarse e interactuar con otro tipo de hardware (vid.supra el ejemplo, simplificado por Meyers, del Intel 8088). El firmware se escribía tradicionalmente en un chip de memoria no volátil, como la ROM (memoria de sólo-lectura), hoy en la memoria flash (que, según lo visto arriba, es la consecuente evolución de la EEP-ROM).

2.1.1. BIOS

El sistema básico de entrada y salida o BIOS (Basic Input Output System) son las reglas más básicas de entrada y salida de datos, es decir, establece la forma en la que el hardware va a recibir y devolver datos. Más específicamente se encarga de inicializar y probar que los componentes todos los componentes funcionan correctamente tras el encendido del dispositivo (booting process and  POST). Todos los dispositivos, sin excepción, realizan esta comprobación o prueba de autoarranque llamada POST (Power OSelf Test).

Por otro lado está la UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)interfaz de firmware unificada y extensible. Es un estándar (o especificación) de interfaz para poder acceder a la configuración del BIOS, es decir, un software intermediario entre el BIOS y el Sistema Operativo.

2.1.2. En dispositivos portables

En dispositivos portables de pequeñas dimensiones (smartphones, tablets, eReaders…), no es común hablar de un BIOS. Todas las funciones del BIOS y configuración de instrucciones a nivel máquina están contenidas en el firmware. Las actualizaciones de este software suele notificarse como actualización de sistema, junto a otras que los fabricantes lanzan cada cierto tiempo y se descargan directamente de sus servidores. En la mayoría de casos, no te resultará difícil descargar el firmware actualizado desde el sitio web oficial del fabricante, aunque para instalarlo deberás flashear la unidad con algún programa desde tu ordenador, si fuese necesario ya que no es algo común.

2.2. El Sistema Operativo

El Sistema Operativo o OS (Operating System) es un software que «media» entre todas las aplicaciones y utilidades que utilizamos los usuarios y el firmware del dispositivo, permitiéndonos así dar órdenes e instrucciones que deban procesarse y obtener los resultados de esos cálculos. No debe confundirse con la interfaz gráfica o GUI (Graphical User Interface), aunque están íntimamente conectadas.

MS DOS

MS-DOS (MicroSoft Disk Operating System)

MicroSoft Windows 95

Unix GUI

Linux KDE GUI

Android (Linux) Smartphone

Android (Linux) eReader Pocketbook

2.2. Aplicaciones, utilidades y herramientas

El resto del software que instalamos en nuestros dispositivos, pueden caber en diversas categorías pero las más comunes son utilidades y aplicaciones. Las apps (applications o softaware de aplicación), son programas o conjuntos de programas, diseñados para el usuario final: videojuegos, reproductores de video y audio, calculadora, suites de ofimática, etc.

Las utilidades (utilities), son programas específicamente diseñados para dar soporte al análisis, configuración, optimización y mantenimiento del dispositivo: antivirus, portapapeles, depuradores (debugger), limpiadores de registro (cleaners), diagnósticos varios (uso de CPU, RAM, la red, etc.).

Por otro lado, las herramientas son programas diseñados especialmente para el desarrollo de otros programas: dev-tools (development tools) o herramientas de desarrollo como SDKs (Software Development Kit)

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