Cómo funcionan las mini PC

En la década de 1940, la Universidad de Pensilvania construyó el Integrador numérico electrónico y la computadora, mejor conocido como ENIAC. Fue una de las primeras computadoras electrónicas de propósito general y era un monstruo. Pesaba alrededor de 30 toneladas (27,2 toneladas métricas), con medio millón de conexiones cableadas y miles de tubos de vacío formando los circuitos [fuente: Avery ].

Avance unas décadas hasta la década de 1970 y el nacimiento de la computadora personal. Años de arduo trabajo por parte de los ingenieros informáticos nos permitieron aprovechar el poder de una computadora desde el escritorio de una casa. Esas primeras computadoras personales eran primitivas según los estándares actuales: las primeras solo podían almacenar información en discos externos o cintas magnéticas.

En la década de 1980, vimos las primeras computadoras portátiles en los estantes de las tiendas. Estas no eran las elegantes computadoras portátiles que estamos acostumbrados a cargar hoy. Eran torpes, pesados ​​y tenían una funcionalidad limitada. Con el tiempo, estos dispositivos se volverían más potentes y, sin embargo, más ligeros y menos engorrosos.

Hoy en día, puede llevar un teléfono inteligente con más poder de cómputo que ENIAC. Incluso las PC de escritorio se han reducido a lo largo de los años. Si bien aún puede encontrar PC de torre diseñadas para aplicaciones de gama alta, muchas computadoras son solo un poco más grandes que un teléfono celular. E incluso puede encontrar computadoras en el factor de forma de una unidad de memoria USB.

En este artículo, echaremos un vistazo a las pequeñas computadoras que son un gran problema. Estos dispositivos pueden ser del tamaño de una placa de circuito o incluso más pequeños. ¿Cómo pueden los ingenieros empaquetar una computadora completa en algo tan pequeño?

1. El gran problema de hacerse más pequeño
2. La anatomía de una mini PC
3. Lo que no encontrarás
4. ¡Porque podemos!
5. Nota del autor

Para comprender cómo una PC puede caber en algo tan pequeño como una memoria USB , debemos analizar la historia de la miniaturización en la industria informática. Uno de los desarrollos más importantes para las computadoras, y la electrónica en general, ocurrió en un laboratorio en 1947.

Fue entonces cuando John Bardeen, William Shockley y Walter Brattain crearon el primer transistor. Trabajaban para Bell Laboratories y habían estado experimentando con cristales de germanio, uno de los primeros materiales semiconductores en uso cerca del final de la Segunda Guerra Mundial. Brattain envolvió una fina tira de oro alrededor de la punta de una pieza triangular de plástico, dejando un espacio justo en la punta de la punta. Suspendió el triángulo de plástico de modo que apenas hiciera contacto con el cristal de germanio.

Brattain descubrió que si aplicaba un voltaje a un lado de la tira dorada, saldría por el otro lado como una corriente amplificada. Aunque este primer transistor no era un componente práctico para dispositivos electrónicos, allanó el camino para reemplazar el tubo de vacío. Debido a que los tubos de vacío son grandes y emiten mucho calor, esto abrió nuevas oportunidades para los diseños de computadoras.

En el transcurso de varios años, los ingenieros refinaron el diseño del transistor. Eventualmente, pudieron miniaturizar los transistores para que pudieran caber en un pequeño chip de material semiconductor , que de alguna manera actúa como conductor y en otras como aislante.

Luego, en 1965, un hombre llamado Gordon Moore hizo una observación que se convertiría en una especie de profecía autocumplida. Señaló que dentro de un lapso de tiempo determinado, dependiendo de a quién se le pregunte y cuándo, el período oscila entre 18 y 24 meses, las mejoras en la tecnología y los procesos de fabricación permiten que la cantidad de componentes discretos en una pulgada cuadrada (6,5 centímetros cuadrados) de oblea de silicio al doble. Vio que las empresas que diseñaban chips encontrarían nuevas formas de crear componentes más pequeños y luego optimizarían el proceso de fabricación para que tuviera más sentido financiero construir chips más potentes. Hoy llamamos a esta observación Ley de Moore.

Una forma de interpretar la Ley de Moore es decir que los procesadores de las computadoras duplican su capacidad de procesamiento cada 18 meses más o menos. Otra forma es decir que al final de cualquier lapso de tiempo de 18 meses, los ingenieros descubrirán formas de meter el doble de transistores en una oblea de silicio que cuando comenzaron. Otra forma más es decir que el tamaño de los componentes discretos en los procesadores se reduce drásticamente cada 18 meses.

Esto significa que nuestras computadoras no solo se están volviendo más poderosas, mucho más poderosas que los monstruos del tamaño de un edificio de los primeros días de la computación, sino que también se están volviendo más pequeñas. Y si está dispuesto a sacrificar algunas características en aras del tamaño, puede ser muy pequeño.

Hay ciertas características que toda computadora necesita para funcionar. Primero, las computadoras necesitan energía. La base misma de la computación está en la canalización de electrones para que fluyan a través de los circuitos. Confiamos en cables de alimentación y baterías para PC normales. Pero es posible que una mini PC no tenga una batería integrada o un lugar para enchufar un cable de alimentación. En su lugar, puede consumir energía a través de una conexión USB. La interfaz USB permite la transferencia de datos y energía. Si la mini PC tiene la forma de una memoria USB, conectar la computadora a una pantalla con alimentación o un concentrador USB podría proporcionar la energía que la computadora necesita para funcionar.

Una computadora necesita un procesador . El trabajo del procesador es tomar datos y realizar operaciones sobre los datos para obtener un resultado. Ese resultado podría ser cualquier cosa, desde mostrar una imagen en una pantalla hasta simular física compleja. Los procesadores modernos pueden tener varios núcleos, lo que significa que el procesador puede funcionar en más de un conjunto de operaciones a la vez. Con ciertos tipos de problemas informáticos, esto reduce los tiempos de procesamiento. Muchas mini PC se basan en procesadores avanzados basados ​​en microprocesadores de computadora (ARM) con un conjunto reducido de instrucciones , que tienden a ser pequeños y eficientes energéticamente, emitiendo menos calor que los procesadores más potentes.

Una computadora también necesita memoria para almacenar datos. El procesador puede llamar a los datos almacenados en la memoria y realizar operaciones en ellos. Hay dos categorías principales de memoria. La memoria de solo lectura (ROM) es inalterable y no volátil. Eso significa que no puede cambiar lo que está almacenado en la ROM y la información no desaparece incluso si la computadora pierde energía. La ROM en una computadora generalmente almacena programas a nivel de sistema como el sistema básico de entrada/salida (BIOS) , que proporciona el conjunto de instrucciones que una computadora necesita para arrancar.

El otro tipo de memoria en el que se basa una computadora se llama memoria de acceso aleatorio (RAM) . La memoria RAM de una computadora almacena datos aplicando pequeñas cargas eléctricas a una serie de celdas de memoria. La información dentro de la RAM solo existe mientras el procesador la necesita; la RAM se puede reutilizar de acuerdo con las necesidades del procesador.

La mini PC también necesita algún medio de almacenamiento que pueda contener información como el sistema operativo de la computadora. La memoria flash , memoria no volátil que viene en forma de circuito integrado, ocupa poco espacio y no tiene partes móviles.

Para hacer más que un conjunto limitado de tareas, una computadora necesita un sistema operativo. El trabajo del sistema operativo es actuar como una plataforma para otros programas y asignar los recursos físicos de la computadora a esos programas.

Finalmente, la PC necesita algún tipo de interfaz física que le permita conectarla a otros dispositivos como pantallas, teclados y otros periféricos. Algunas mini PC dependen de conexiones USB. Otros pueden incorporar estándares como HDMI. A través de estos puertos, la computadora puede comunicarse con otros dispositivos. Algunos tienen varios puertos: una versión de la computadora Raspberry Pi tiene dos puertos USB, un puerto Ethernet, salida de video RCA, un conector de audio y un puerto HDMI.

Para meter una computadora completa en una placa de circuito o en una memoria USB, debe renunciar a algunas funciones. Uno de ellos es un sistema de refrigeración. Una placa de circuito o una memoria USB no pueden acomodar un ventilador o una plataforma de refrigeración por agua. Y eso puede ser un problema: la informática genera calor. Eso se debe a que la computación depende de la electricidad y nuestros métodos para aprovechar la electricidad no son perfectos. Siempre perdemos algo de energía en forma de calor: los cables y las conexiones se calientan cuando la electricidad fluye a través de ellos. Con demasiado calor, un sistema puede fallar: las vías se expanden, las conexiones se rompen y la computadora deja de funcionar.

Esa es una de las razones por las que la mayoría de estas computadoras usan procesadores basados ​​en ARM. Un procesador basado en ARM es ideal para dispositivos móviles pequeños. Son pequeños y eficientes. Es posible que no estén a la altura de las velocidades de procesamiento de una CPU de última generación , pero aún pueden tener un gran impacto en el procesamiento de datos.

Muchas de estas pequeñas PC también carecen de un reloj en tiempo real (RTC) . El RTC es el dispositivo de cronometraje en su computadora que sigue funcionando incluso después de apagarla. Es por eso que el reloj de su computadora marca la hora ya sea que toda la computadora esté encendida o no. El RTC extrae energía de una batería dedicada. Pero mientras los ingenieros han reducido el tamaño de componentes como la memoria y los procesadores, la tecnología de las baterías no ha seguido el mismo ritmo. Una batería agregaría más volumen y calor al sistema, por lo que es posible que una mini PC no la incluya.

Quizás los elementos faltantes más obvios de una mini PC son las interfaces físicas en las que confiamos para ingresar y recibir datos de una computadora. Esto incluye una pantalla y una interfaz como un teclado, un mouse, un panel táctil o una pantalla táctil. Algunas mini PC son compatibles con el estándar Bluetooth, lo que le permite usar periféricos Bluetooth. De lo contrario, es posible que necesite un concentrador USB para conectar sus accesorios a una mini PC.

Todo en las cartas

En lugar de incluir espacio de almacenamiento integrado, algunas mini PC pueden requerir que proporcione un sistema operativo en una tarjeta Secure Digital (SD).

Podemos meter todos los componentes más importantes de una computadora en un factor de forma pequeño, pero ¿por qué alguien querría hacer eso?

Una razón es producir computadoras de bajo costo. Debido a que estas PC se reducen a los componentes mínimos necesarios para tener una computadora en funcionamiento, tienden a ser económicas. Algunas, como la Raspberry Pi, ni siquiera tienen una carcasa o cubierta protectora. Los precios más bajos brindan a las personas y organizaciones que normalmente no pueden pagar una computadora la opción de comprar una.

La comodidad es otro factor. Estas computadoras son extremadamente portátiles. Si bien es posible que no tengan mucho almacenamiento integrado, emparejar una mini PC con servicios web y opciones de almacenamiento en la nube puede convertirla en una máquina útil. Los jugadores no se apresurarán a comprarlos, y cualquiera que necesite usar un software que consume muchos recursos querrá pasarlos por alto, pero para tareas informáticas simples pueden ser la elección perfecta.

Algunos diseñadores de mini PC diseñaron sus máquinas con el objetivo de promover la educación. Con el tiempo, las computadoras se han vuelto más complejas y los sistemas operativos son más sofisticados. Los sistemas operativos que se basan en una interfaz gráfica de usuario (GUI) ocultan efectivamente todo el procesamiento detrás de los gráficos. Pero con PC como Raspberry Pi, toda esa complejidad desaparece.

Eso significa que los estudiantes tienen la oportunidad de aprender cómo funciona la programación desde la capa física en la placa de circuito hasta el ámbito virtual de los lenguajes de programación. El bajo costo de Raspberry Pi y computadoras similares brinda a las escuelas y otras instituciones de aprendizaje la oportunidad de proporcionar a los estudiantes una computadora que funcione.

La tendencia a la miniaturización no muestra signos de detenerse. En otra década, el teléfono que llevas puede avergonzar a las PC domésticas más rápidas de la actualidad. ¿Y quien sabe? Tal vez para entonces todas las computadoras sean lo suficientemente pequeñas como para caber en su bolsillo.

Me encantó la idea detrás de la computadora Raspberry Pi tan pronto como me enteré. Una máquina de bajo costo y sencilla diseñada para alentar a los estudiantes a aprender a programar es brillante. Luego me enteré de otras computadoras diminutas como Cotton Candy de FXI Technologies o las computadoras Rikomagic de Aliexpress. Ahora podemos colocar docenas de componentes, incluidos chips WiFi y Bluetooth, en una pequeña placa de circuito junto con los componentes básicos de una computadora. Espero que esto signifique que más personas tendrán acceso a computadoras básicas y no puedo esperar a ver qué viene después.

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Fuentes