Periféricos: concepto y clasificación
Un periférico es todo dispositivo que se conecta a la unidad central de proceso para ampliar las capacidades funcionales del sistema. Su utilidad principal es facilitar la comunicación del procesador central con el entorno externo y resguardar (almacenar) datos; en otras palabras, comunican la CPU con el mundo exterior y almacenan información, actuando como puente entre el sistema y los elementos externos.
La clasificación clásica de los periféricos distingue tres grandes categorías:
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Dispositivos (unidades) de entrada: introducen información en el ordenador. Ejemplos: teclado, ratón, escáner, micrófono, cámara web, lector de tarjetas, joystick.
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Dispositivos (unidades) de salida: extraen información del sistema hacia el usuario. Ejemplos: monitor, impresora, altavoz.
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Dispositivos (unidades) de almacenamiento de gran capacidad: discos duros, unidades SSD, unidades ópticas, memorias flash.
Algunos autores añaden los periféricos de comunicación (por ejemplo, el módem/fax, que permite intercambiar datos con otros equipos) y los periféricos de entrada/salida (E/S), que operan de forma bidireccional: intercambian información entre el sistema y el exterior en ambos sentidos. Un ejemplo típico de periférico E/S es la pantalla táctil, que a la vez es dispositivo apuntador y dispositivo de entrada de texto (además de salida visual).
Diferencia esencial: un periférico de entrada permite únicamente el ingreso de información y uno de salida permite únicamente la emisión; en cambio, un dispositivo E/S combina ambas funciones. El monitor y el altavoz son salidas (no entradas); el micrófono, aunque es entrada, es el menos adecuado para interactuar con una GUI. No todos los dispositivos de entrada requieren cable: muchos son inalámbricos, y no todos permiten comunicación bidireccional.
Un periférico se distingue de un componente central (CPU, memoria) en que es independiente y se conecta externamente, mientras que los componentes centrales son internos. La CPU (Unidad Central de Proceso) tiene como función principal interpretar y ejecutar las instrucciones de un programa informático.
El bus y el direccionamiento
Un bus es un conjunto de hilos (cables o líneas) que interconectan la CPU, la memoria y los periféricos. El bus de direcciones es el conjunto de líneas por el que el procesador envía la dirección de memoria o del dispositivo con el que quiere comunicarse. El direccionamiento es, por tanto, la forma en que el procesador selecciona el dispositivo con el que se comunica; cada dirección debe identificar unívocamente al periférico. El direccionamiento por selección lineal consiste en asignar un bit del bus de direcciones a cada puerto.
Existen dos modelos de gestión de E/S:
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E/S mapeada en memoria (memory-mapped): usa el mismo bus de direcciones para memoria y dispositivos, y las mismas instrucciones de CPU sirven para acceder a ambos. Ventaja: menor complejidad al diseñar el procesador.
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E/S independiente (aislada o por puertos): emplea instrucciones especiales de la CPU para la E/S. Ventaja: facilita la protección de E/S y los programas son más rápidos, con decodificación más sencilla e instrucciones de menor tamaño.
Los buses locales buscan maximizar la velocidad de la CPU para conectar periféricos de gran velocidad. Los buses ISA AT se introdujeron con los IBM-PC AT y estaban diseñados para arquitecturas de 16 bits. La interconexión mediante buffers tri-estado permite conectar en paralelo muchos periféricos, y la basada en MUX/DEMUX emplea multiplexores y demultiplexores. El acceso directo a memoria (DMA) es una técnica de gestión autónoma en la que los periféricos gestionan sus propias tareas de E/S de forma independiente, liberando a la CPU. Un sistema de E/S debe ser capaz de sincronizar dispositivos, direccionar y transferir datos (nunca «detectar troyanos», que no es función de E/S).
Tecnologías de interfaz hardware y conectividad
Los puertos son los conectores externos de la placa base (tarjeta madre) a los que se enchufan los periféricos. Las principales tecnologías de interfaz hardware son:
USB (Universal Serial Bus)
Es la interfaz más extendida para ratones, teclados, memorias flash y discos externos. Velocidades máximas por versión:
| Estándar | Velocidad máxima |
|---|---|
| USB 2.0 | 480 Mbps |
| USB 3.0 / 3.1 Gen 1 | 5 Gbps |
| USB 3.1 Gen 2 (= USB 3.2 Gen 2) | 10 Gbps |
| USB 3.2 Gen 2x2 | 20 Gbps (requiere conector USB-C) |
| USB4 (USB 4.0) | 40 Gbps |
El conector USB Type-C se introdujo junto con USB 3.1. Importante: USB-C se refiere solo a la forma del conector, no a la velocidad; por eso «USB Type-C» no es lo mismo que «USB 3.1». El USB 3.2 Gen 2x2 necesita obligatoriamente conectores USB-C para alcanzar sus 20 Gbps. La función Power Delivery (PD) 2.0, soportada por USB 3.2 Gen 2, permite ofrecer hasta 100 vatios de potencia para cargar dispositivos. El más rápido de la familia es USB 4.0.
Thunderbolt
Interfaz de alto rendimiento que combina en un solo cable transferencia de datos y vídeo. Thunderbolt 2 alcanza 20 Gbps y Thunderbolt 3 llega a 40 Gbps (sobre conector USB-C). Permite conexión en cadena (daisy-chain) de dispositivos sin necesidad de concentrador o switch. Un puerto Thunderbolt 3 admite también dispositivos USB-C (no solo Thunderbolt 3).
Vídeo y otras interfaces
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HDMI: transmite vídeo y audio de alta definición por un solo cable. La especificación HDMI 2.1 alcanza un ancho de banda máximo de 48 Gbps.
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DisplayPort: transmite vídeo y audio mediante paquetes de datos (micro-packets).
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FireWire: utiliza el protocolo IEEE 1394; ofrece transmisión en tiempo real con baja latencia y sincronización isócrona de datos.
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Wi-Fi: conexión inalámbrica a Internet y a la red local mediante router o punto de acceso.
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Bluetooth: conexión inalámbrica de corto alcance (auriculares, altavoces, ratones).
Una VUI (Voice User Interface) no es una tecnología de interfaz de hardware, a diferencia de USB, Thunderbolt o HDMI. Por último, un dispositivo SAI (Sistema de Alimentación Ininterrumpida) es un protector de la energía eléctrica que garantiza el suministro ante cortes.
Teclados
La distribución QWERTZ se emplea principalmente en regiones germanohablantes (frente a la QWERTY anglosajona o la AZERTY francófona).
Fuentes
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USB Implementers Forum (USB-IF), USB4® y especificaciones USB: https://www.usb.org/usb4 y https://www.usb.org/documents
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Intel / Thunderbolt Technology, «Thunderbolt 3 – The USB-C That Does It All» (40 Gbps, 100 W): https://www.thunderbolttechnology.net/
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HDMI Licensing Administrator, especificación HDMI 2.1 (48 Gbps): https://www.hdmi.org/spec/hdmi2_1 y https://www.hdmi.org/spec2sub/ultrahdmicables
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IEEE 1394 (FireWire), IEEE Standards Association: https://standards.ieee.org/
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VESA DisplayPort Standard: https://www.vesa.org/featured-technologies/displayport/