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1 Fundamentos de Informática (Diseño Industrial) E.U.P. Universidad de Sevilla Capítulo 2 (apartado 2.6): Arquitectura y Tecnología de Computadores
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Fundamentos de Informática
(Diseño Industrial)
E.U.P. Universidad de Sevilla
Capítulo 2 (apartado 2.6):
Arquitectura y Tecnología de Computadores
2
Bibliografía básica de referencia:
“Fundamentos de Informática para Ingeniería Industrial”,
Fernando Díaz del Río et al.
Wikipedia (http://es.wikipedia.org)
INDICE
2.6.2 Periféricos
Nota Importante:
ESTAS DIAPOSITIVAS CONSTITUYEN SÓLO UN RESUMEN DEL
CONTENIDO DE ESTE TEMA. EL ALUMNO DEBERÁ CONSULTAR LA
BIBLIOGRAFÍA PARA AMPLIAR CONOCIMIENTOS.
ES DECIR, EL ALUMNO PODRÁ SER EVALUADO TANTO DEL CONTENIDO
DE ESTAS DIAPOSITIVAS COMO DEL CONTENIDO DISPONIBLE EN LAS
FUENTES BIBLIOGRÁFICAS DE REFERENCIA.
Índice
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Organización básica de un computador: Modelo de Von Neumann
Conceptos básicos:
Arquitectura de un computador
CPU Memoria
E/S
Bus del sistema
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Tipos más usuales presentes en un PC: Entrada:
Teclado
Ratón (mecánico, óptico, inalámbrico)
Tableta digitalizadora
Tecnologías de captación de imagen: Cámaras digitales de fotografía y vídeo, cámara web, escáneres
Salida: Monitores (tipos CRT, LCD y TFT)
(E/S: en el caso de las pantallas táctiles)
Tecnologías de impresión de imagen: Impresoras y Plotters
Entrada/Salida: Tecnologías de almacenamiento: discos, CDROM, DVD,
Blu-ray, pendrive, memoria flash,…
Modems y dispositivos de red
Periféricos de Entrada-Salida (E/S)
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Periféricos de entrada:Teclado
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Periféricos de entrada:Ratón + trackball + (joystick)
trackball
joystick
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Periféricos de entrada:Tableta digitalizadora + “Tablet PC”
Tableta digitalizadora “Tablet PC”
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
Para capturar la imagen se utilizan tres sensores de tipo
lineal (Linear Array CCD) con un filtro para cada color.
Cada CCD de tipo lineal contiene multitud de células
fotosensibles y se desplaza sobre la imagen, captándola
línea a línea.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
La calidad de la imagen capturada está determinada por el
tamaño del píxel (resolución espacial) y por la profundidad
de color (resolución de color).
Los pasos básicos del proceso de captación de imagen
digital son:
Muestreo: determina el tamaño del píxel.
Cuantización: determina la profundidad de píxel.
Cuando un escáner muestrea una imagen la divide en
píxeles. El tamaño de los píxeles depende del número de
células fotosensibles.
En las imágenes escaneadas a baja resolución se
distinguen los píxeles, debido al bajo muestreo de la
imagen.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
En las imágenes escaneadas con alta resolución, la
imagen es de buena calidad y desaparece el efecto de
pixelización que se puede apreciar en las de baja calidad.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
En un escáner de matriz CCD, el muestreo vertical y
horizontal se hace de forma simultánea: todos los puntos
de la imagen se capturan en el mismo instante.
En un escáner de tipo lineal CCD, la resolución vertical se
determina por el tamaño de la célula fotosensible, y la
resolución horizontal queda determinada por la velocidad
de barrido.
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Periféricos de entrada:Tecnologías de captación de imagen: cámara
Un sistema básico de captación de imagen contiene una lente y un
detector.
En el caso de las cámaras fotográficas analógicas, la propia
película es el detector ya que en ella se capturan las imágenes
quedando permanentemente emulsionadas.
En el caso de las cámaras fotográficas digitales, el detector es un
sensor CCD (Charge Coupled Device). Este sensor es una estructura
matricial constituida por células fotosensibles de un tamaño muy
pequeño, que captan la intensidad luminosa de pequeñas porciones
de la imagen que convierten en valores de píxel.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen: escáner
El mismo funcionamiento tiene un escáner.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
Además de la resolución y la profundidad de color hay
otros factores que influyen en la imagen adquirida:
El rango dinámico indica la manera en que el escáner
puede diferenciar entre los niveles de iluminación. A
mayor rango dinámico, mayor calidad tendrá la imagen.
El ruido aparece como pequeñas variaciones aleatorias
en la luminosidad del color. La información que capta un
sensor tiene simultáneamente información gráfica y ruido.
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Periféricos de entrada: Tecnologías de captación de imagen
A veces se producen distorsiones al submuestrear la
imagen. Ejemplo: “efecto Moiré”.
Para evitar estos efectos, es aconsejable que el índice de
muestreo sea superior a la frecuencia espacial más alta.
Esto es, los píxeles deben ser suficientemente pequeños
para que cada detalle quede representado en dos de
ellos, al menos.
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización
CRT
(Cathodic Ray Tube)
LCD
(Liquid Crystal Display)
Pantallas CRT, LCD y TFT
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
En las pantallas de color, existen uno o tres haces de
electrones que bombardean la superficie de la pantalla
que está recubierta de tres tipos de fósforo para mostrar
imágenes en color combinando tres colores
fundamentales: rojo, verde y azul (RGB)
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
La estructura que tiene el tubo de la pantalla CRT
(Cathodic Ray Tube), es igual a la de un televisor:
desde el extremo estrecho de un embudo se lanzan los
haces de electrones sobre la pantalla recubierta de
fósforo (rojo, verde y azul para monitores en color) y se
construye la imagen a representar
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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El tamaño de los puntos de color es lo suficientemente
pequeño como para que la luz emitida parezca al
observador una mezcla de los tres colores. Por tanto, se
puede producir una gran variedad de colores
dependiendo de la potencia con la que el haz de
electrones excita los puntos de fósforo.
La máscara de sombra, una fina plancha de metal
perforada y montada cerca de la pantalla, se alinea
cuidadosamente de manera que el trío de haces e
electrones (uno para el rojo, otro para el verde y otro
para el azul) golpee los puntos de fósforo de tal forma
que son excitados selectivamente.
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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“Dot pitch”: Distancia entre píxeles del mismo color
en una pantalla
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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En la actualidad existen varias clases diferentes de
tubos en función de su tecnología:
Rejilla
Máscara de sombra
Invar
Trinitron
DiamondTron
ChromaClear
La diferencia entre estas tecnologías va desde el cañón
que incorporan para los haces de electrones hasta los
elementos situados entre la pantalla y el cañón.
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Por ejemplo, Trinitron usa un cañón de electrones por
cada color. También utiliza una serie de imanes a lo
largo del tubo para evitar la dispersión del haz.
Los tubos Invar usan una máscara de sombra negra
para interponer una rejilla polarizada entre el cañón de
electrones y la capa de fósforo. Esto permite obtener un
buen fondo negro, según los fabricantes.
La tecnología ChromaClear utiliza una combinación de
máscaras, puntos de fósforo elípticos y material
fosforescente.
La tecnología DiamondTron se basa en la
incorporación de un cañón de electrones dinámico en
conjunción con una rejilla de apertura superfina.
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Invar
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Trinitron
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Conceptos a tener en cuenta para poder entender cómo
se muestran las imágenes en una pantalla CRT:
Fluorescencia: luz emitida por los electrones inestables
que pierden su exceso de energía mientras el fósforo
está siendo golpeado por el haz de electrones.
Fosforescencia: luz emitida por el retorno de
electrones relativamente estables a su estado no
excitado una vez que no hay haz de electrones.
Persistencia: Tiempo desde que deja de existir
excitación hasta el momento en que la fosforescencia
decae hasta un 10% de la luz inicial emitida (10-60µs)
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Refresco de la pantalla
Ergonomía: Cuanto más alto es el refresco,
menos cansancio visual produce
Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: CRT
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Periféricos de salida:Refresco de pantalla (CRT)
La tarea más importante que realiza el controlador de
vídeo es el refresco constante de pantalla.
Hay dos tipos de refresco de pantalla:
Horizontal
Lo determina el paso de una línea de la pantalla a la siguiente
Vertical
Lo determina el paso de un frame al siguiente. Es el que
permite determinar la ergonomía de un monitor concreto.
Cuanto mayor es, más ergonómico. Este parámetro suele ser
configurable.
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Periféricos de salida: Refresco de pantalla (CRT)
Hay dos formas fundamentales de refresco:
Entrelazado: El ciclo de refresco se divide en dos partes,
cada una con una duración de 1/frecuencia (segundos), luego
si la frecuencia es de 60Hz un refresco completo necesita
1/30 segundos. Todas las líneas impares de pantalla se
muestran en la primera parte, y las pares en la segunda.
No entrelazado Es el modo ideal si la frecuencia de refresco
es alta (>60Hz). Si no es así, se usa el modo entrelazado para
simular una frecuencia mayor.
El propósito del entrelazado es poder situar nueva información en
todas las áreas de pantalla a una razón lo más cercana posible a 60Hz,
ya que una razón de refresco de 30Hz suele causar parpadeos. La
mayoría de los controladores refrescan a 60 o más Hz.
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Periféricos de salida: Refresco de pantalla (CRT)
El sistema entrelazado sirve también para construir sistemas de visualización estereoscópicos (3D).
Este tipo de gafas estéreo no se pueden utilizar con pantallas LCD.
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: LCD y TFT
LCD (Liquid Crystal Display)
TFT (Thin Film Transistor)
Este gráfico se corresponde con un píxel de un monitor LCD
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización: LCD y TFT
LCD (Liquid Crystal Display)
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Periféricos de salida: LCD (o TFT) autoestereoscópico
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Periféricos de salida: LCD & TFT vs. CRT
Flat Panel Displays (TFTs) Tube Monitors (CRTs)
Brightness (+) 170 to 250 cd/m² (~) 80 to 120 cd/m²
Contrast ratio (~) 200:1 to 400:1 (+) 350:1 to 700:1
Viewing angle (contrast) (~) 110 to 170 degrees (+) over 150 degrees
Viewing angle (color) (-) 50 to 125 degrees (~) over 120 degrees
Convergence errors (+) none (~) 0.0079 to 0.0118 inch (0,20 to 0,30 mm)
Focus (+) very good (~) satisfactory to very good
Geometry/linearity errors (+) none (~) possible
Pixel errors (-) up to 8 (+) none
Input signal (+) analog or digital (~) only analog
Scaling for different resolutions (-) none or by low-performance interpolation
methods
(+) very good
Gamma (color tuning for the human eye) (~) satisfactory (+) photo realistic
Uniformity (~) often brighter at the edges (~) often brighter in the center
Color purity/color quality (~) good (+) high
Flickering (+) none (~) not visible over 85 Hz
Response time (-) 20 to 30 msec (+) not noticeable
Power consumption (+) 25 to 40 watts (-) 60 to 150 watts
Space requirements/weight (+) flat design, light weight (-) require a lot of space, heavy
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Periféricos de salida: Tecnologías de visualización
Ergonomía (posición del monitor)
Postura forzada!
Postura correcta!
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Semitono (Halftone)
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Semitono (Halftone)
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
LPI (Lines Per Inch, Líneas por pulgada)
Es una medición de la impresión de resolución en los sistemas que utilizan una cuadrícula de semitonos. En concreto, se trata de una medida de qué tan cerca juntos las líneas en una cuadrícula de semitonos
Con el fin de utilizar eficazmente toda la gama disponible de la LPI una imagen seleccionada para la impresión en general debe tener de 1,5 a 2 veces el mayor número de muestras por pulgada (Sample Per Inch, SPI).
Por ejemplo, si el objetivo dispositivo de salida es capaz de imprimir a 100 LPI, una gama óptima de una fuente de imagen sería de 150 a 200 SPI.
Cuanto mayor son las LPI, mejor calidad de impresión (entre 125 y133 lpi
proporciona ya una buena calidad de impresión)
Ejemplo:
300dpi -> espacio entre puntos = 1/300
celdas halftone de 4x4
Con una plantilla de halftone de 4x4 obtendría 16 niveles de gris +
blanco = 17 niveles de gris
->300/4 = 75 lpi
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Modelos de color
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Halftone (semitono)
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Dithering
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Dithering
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Las impresoras digitales pueden clasificarse en dos
grandes grupos:
Impresoras de semitonos: Utilizan un proceso de
yuxtaposición (dithering) que se basa en agrupar píxeles
para imitar una escala continua de tonos de gris o color.
Estas impresoras amplían la gama cromática mediante la
agrupación de puntos de Cyan, Magenta y Amarillo para
obtener la sensación de un tercer color. Con esto se
pretende conseguir una mayor fidelidad a lo que hay en
pantalla.
Impresoras de tono continuo: Mezclan los colores según
se imprimen evitando la yuxtaposición o semitonos.
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Otros elementos operativos de la impresora son:
Lenguaje de descripción de página es un lenguaje de
programación que se utiliza para describir en la página a
imprimir los contenidos de texto, gráficos vectoriales e
imágenes de mapa de bits (raster).
Procesador de imágenes de mapa de bits (raster
image processor) es un dispositivo hardware/software
que transforma un archivo de descripción de página en
una imagen de píxel que se puede imprimir.
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Las impresoras se componen de dos partes básicas:
Front End comunica con el ordenador, procesa la imagen
y controla el proceso de impresión.
Print Engine sitúa los puntos de tóner, tinta, cera o
colorantes sobre el papel. Maneja toda la dinámica de la
impresión.
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Impresoras de semitonos y yuxtaposición
Blanco y negro
Estas impresoras no pueden variar la densidad de los puntos
que imprimen. Sólo tienen dos opciones: rellenar el píxel con el
tóner para hacerlo negro o no rellenarlo y dejarlo en blanco.
Para imitar los niveles de gris, estas impresoras agrupan los
píxeles en una matriz denominada celda de semitono.
Color
Las impresoras de semitonos de color utilizan la misma técnica
de interpolación mediante la agrupación de píxeles cyan,
magenta, amarillo y negro (CMYK).
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Existen tres tipos de impresoras de semitono:
1. Impresoras electrofotográficas: La luz se expone sobre un
tambor fotosensible que desplaza de forma selectiva las cargas
negativas. A medida que el tambor gira, las partículas del tóner
se adhieren a las áreas cargadas negativamente. Las
impresoras de alta resolución pueden alcanzar una calidad
similar alas de tono continuo mediante partículas de tóner muy
finas y controlando la carga negativa para atraer diferentes
cantidades de tóner.
[img]
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
2. Impresoras de chorro de tinta: Lanzan gotitas de tinta sobre el
papel a través de boquillas microscópicas en la cabeza de
impresión. Se necesita papel que absorba poco.
3. Impresoras térmicas: Se basan en la transferencia de cera
mediante una cabeza de impresión formada por miles de
elementos térmicos que transfieren tintes desde la cinta al
papel.
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Impresoras de tono continuo: Se aproximan en calidad
a las fotografías analógicas con sales de plata.
Existen tres tipos de impresoras de tono continuo:
1. Impresoras térmicas por difusión de tinta: Los valores de
píxeles rojo, verde y azul controlan los valores proporcionales
de tintas cyan, magenta y amarilla. Los datos de la imagen
pueden realzarse para obtener un máximo de nitidez y de
control de color.
2. Impresoras térmicas: Utilizan el calor y la presión para
transferir las tintas de una cinta que las contiene a un papel
térmico especial. Una cabeza térmica lineal contiene miles de
elementos productores de calor y expone la imagen píxel a
píxel, línea a línea.
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
3. Impresoras filmadoras de película: Se utilizan para realizar
presentaciones en diapositivas, retocar fotografías o lograr
impresiones de gran acabado. Las grabadoras de película
envían un rayo láser a través de un sistema óptico para producir
una imagen, punto a punto, sobre una película fotosensible o un
papel recubierto con una capa de resina, que después se
procesa fotográficamente.
4. Impresoras en papel fotográfico: Estas impresoras se basan
en el uso del papel fotográfico sobre el que se ilumiina con la
imagen que se desea imprimir.
La representación en papel así obtenida goza de gran calidad,
aunque el coste es importante.
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Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
El uso de dispositivos magnéticos (por ejemplo discos
duros) está condicionado por los siguientes factores:
Capacidad
Desgaste del dispositivo de almacenamiento: en
general en los dispositivos magnéticos los datos se van
deteriorando con el paso del tiempo.
Susceptibles de pérdida de información por influencia
de campos magnéticos tales como el producido por un
imán o por las tormentas solares.
El coste por bit almacenado es alto. Para grandes
volúmenes de información, se hace descartable como
opción de almacenamiento definitivo.
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Los dispositivos ópticos de almacenamiento:
Compact Disc: CD-R (grabable) y CD-RW (regrabable). Ambos
permiten almacenar aprox. entre 650-900 MB. (Esta capacidad
suele reducirse en el caso de los CD-RW).
Digital Video Device (DVD), aprox. 4‟7-9Gb
Blueray, aprox. 25Gb (de una sola capa), 50Gb (de dos capas)
Discos holográficos (esto es el futuro)
Ventajas:
No se ven afectados por campos magnéticos.
El coste por bit almacenado es bajo.
Desventajas:
Escritura lenta comparado a otros tipos de almacenamiento.
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Cómo se graba la información en CDs y DVDs (I):
Consisten básicamente en un sustrato de policarbonato
(un tipo de plástico con capacidades ópticas), que permite
al láser lograr un foco nítido sobre una capa grabadora de
colorantes orgánicos.
En el sustrato hay impresa una espiral de enfoque que
sirve para guiar el láser sobre el disco. La pista espiral gira
en la dirección de las agujas del reloj desde el centro del
disco.
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Cómo se graba la información en CDs y DVDs (II):
La capa reflectora sobre el sustrato refleja con gran
intensidad la luz láser.
Por último, una capa de laca recubre la capa reflectante
protegiéndola de arañazos y desgaste.
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Cómo se graba la información en CDs y DVDs (IV):
En los grabadores, los datos binarios de la imagen digital se transforman en pulsos de luz láser.
Un sistema óptico dirige una luz de alta intensidad a un disco que gira.
Cuando la codificación digital activa un punto enfocado y grabado por el láser, se crea una superficie menos reflectante, denominada hundimiento (pit).
Donde no toca el láser, se mantiene la superficie altamente relfectora, denominada plano (land).
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Cómo se lee la información en CDs y DVDs:
Para leer se dirige un rayo láser de baja intensidad a la
capa de datos y se lee la luz reflejada. Los cambios en la
difracción de la luz indican el comienzo de planos y
hundimientos. Los bordes ascendente y descendente de
un hundimiento representan „unos‟. Toda zona situada
entre los bordes del hundimiento se traduce por „ceros‟.
Los lectores de CD y DVD utilizan la corrección de errores
para corregir los fallos en los datos de imágenes en caso
de arañazos o grandes partículas de polvo.
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Dispositivos eléctricos de almacenamiento:
Son memorias de tecnología Flash, presentes en una
amplia variedad de artículos de consumo tales como
“pendrives”, reproductores de MP3, tarjetas para cámaras
digitales,…
Ventajas:
Bajo coste por bit almacenado.
Gran capacidad en reducido espacio.
Gran velocidad de lectura y escritura de la información.
Periféricos de entrada/salida: Tecnologías de almacenamiento
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Periféricos de salida: Tecnologías de impresión
Se utilizan básicamente dos conceptos en cuanto a tamaño de punto
(DPI, LPI):
DPI (Dots Per Inch, Puntos por pulgada): unidad de medida para
resoluciones de impresión; es el número de puntos individuales de
tinta que una impresora o tóner puede producir en un espacio lineal de
una pulgada.
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