Tarjetas de Expansión - Apuntes

1. Introducción

Las tarjetas de expansión son un componente físico que tienen como objetivo principal añadir nuevas funcionalidades o mejorar las capacidades de la tarjeta madre del equipo informático.

Dichas tarjetas se integran en el equipo de dos formas principales:

• Conexión interna: Se insertan en las ranuras de expansión de la placa base (ej. PCIe, PCI).

• Conexión externa: A través de puertos externos, normalmente mediante USB.

2. Tarjetas Gráficas (de vídeo)

Se encargan de procesar y generar el texto, imágenes o gráficos y enviarlos al dispositivo de salida (monitor/proyector).

Dependiendo de su integración se dividen en:

• dGPU (Dedicada): Tarjeta independiente/dedicada (suele ir en ranura PCIe 3.0 x16).

• iGPU (Integrada): Integrada en la tarjeta madre o procesador. (El chip viene soldado)

  

• eGPU (Externa): Se conecta desde el exterior mediante dock y cable de alta velocidad Thunderbolt (USB-C).
  

  

  Imagen de Reddit

• Fabricantes principales: nVidia y AMD/ATI.

🧠 El Procesador Gráfico (GPU)

Es un Microprocesador dedicado exclusivamente a calcular gráficos (generalmente en 3D) para liberar de carga pesada a la CPU del equipo.

• Tamaño: Superficie del chip en mm². Más grande = más complejo y potente.

• Núcleos: Stream Processors (AMD) o CUDA Cores (NVIDIA).

• Velocidad: Frecuencia de reloj (MHz o GHz). Tienen velocidad base y turbo.

• TFLOPS: Operaciones en coma flotante por segundo. Mide la potencia bruta.

• Unidades ROP: Operaciones de rasterizado (profundidad del píxel).

• Unidades TMU: Unidades de texturizado (aplican texturas a modelos 3D).

• Resolución y FPS: Píxeles máximos en pantalla y Fotogramas por Segundo (fluidez, ideal 60+ fps).

• Fillrate: Relleno de píxeles (GP/s) y Relleno de texturas (GT/s).

💾 Memoria de Vídeo (VRAM)

Es RAM que solo puede usar la GPU y se usa principalmente para guardar datos a los que la GPU necesita acceder súper rápido, como texturas, búferes de trama, shaders, etc.

Tipos (de más rápida a más lenta): HBM/HBM2 > GDDR6X > GDDR6 > GDDR5X > GDDR5 > GDDR4 > GDDR3.

• Para este VRAM se valora su Cantidad (GB), Velocidad (MHz/GHz), Bus (bits) y Ancho de banda (GB/s).

🔌 Conectores y Energía

• Conectores de salida de vídeo:

  • Analógicos: VGA/SVGA (DB-15, propenso a ruido eléctrico), S-Vídeo y RCA (cable amarillo).

  • DVI: Puede ser solo analógico (DVI-A), solo digital (DVI-D) o mixto (DVI-I).

  • Digitales modernos: HDMI (con audio incluido; tipos Standard, Mini, Micro) y DisplayPort (DP).

• Refrigeración y Consumo: El calor a disipar se mide en TDP (W). El consumo eléctrico se mide en TGP (NVIDIA) o TBP (AMD). Algunas gráficas requieren cables de alimentación directa desde la fuente (PCIe de 6 u 8 pines).

• Procesamiento paralelo: Capacidad de unir varias tarjetas para sumar potencia (SLI en NVIDIA y Crossfire en AMD).

3. Tarjetas de Sonido

David Henry

Permiten la reproducción, grabación y síntesis (con códigos MIDI) de audio en el equipo. Para que tenga una buena calidad deben manejar mínimo 32 canales al mismo tiempo (polifonía) y soportar sonido envolvente (Surround, ej. 5.1, 7.1).

• Componentes internos clave:

  • ADC: Conversor de Analógico a Digital (usado al grabar por micrófono).

  • DAC: Conversor de Digital a Analógico (usado para reproducir por altavoces).

  • Mezclador: Combina los sonidos entrantes y salientes.

  • DSP: Procesador de señal que comprime y descomprime el audio.

• Conectores habituales: Mini-jack (analógico estándar), RCA (analógico separado por canales) y S/PDIF (audio digital sin pérdidas, ya sea óptico TOSLink o coaxial).

Nota sobre altavoces: El primer número indica los satélites y el segundo los subwofers (ej. 5.1 = 5 altavoces + 1 subwofer).

4. Tarjetas Controladoras de Disco / RAID

By Jorrit Poelen - File provided by creator, CC0

Su función es añadir nuevos puertos de almacenamiento masivo a la placa base en caso de necesitar conectar más discos o si se requiere un tipo de interfaz específico.

• Conectores comunes: SATA, SAS (antiguos: IDE, SCSI).

• Tecnología RAID: Estas tarjetas suelen incluir la capacidad de agrupar varios discos duros físicos para que funcionen como uno solo, mejorando el rendimiento o creando copias de seguridad automáticas (tolerancia a fallos).

5. Tarjetas de Red (Ethernet y Wifi)

Permiten la comunicación del equipo con otros dispositivos y con Internet. Se dividen en dos grandes grupos:

🌐 Red Ethernet (Cableada)

Conecta los equipos mediante cables físicos (par trenzado UTP) con conectores RJ-45. Sus velocidades estándar son 10 Mb/s, Fast Ethernet (100 Mb/s) y Gigabit Ethernet (1000 Mb/s).

• Dirección MAC: Es la “matrícula” única de la tarjeta. Son 48 bits representados en hexadecimal (ej. 00:16:E2:5E:7B:74).

• Tecnologías adicionales:

  • WOL (Wake On LAN): Permite encender el equipo a distancia enviando un paquete de red específico a su MAC.

  • PoE (Power Over Ethernet): Permite enviar electricidad a través del propio cable de red para alimentar dispositivos (cámaras, switches) que no tienen un enchufe cerca.

  • PLC: Utiliza el cableado eléctrico de una vivienda para transmitir datos de red separando las frecuencias de la luz y los datos.

📶 Red Wifi (Inalámbrica)

Permite la conexión sin cables a un Punto de Acceso (AP) utilizando los estándares IEEE 802.11.

• Utilizan conectores de antena específicos, como el SMA RP (rosca interna, para uso doméstico/interior) o conectores N (para antenas de exterior).

6. Tarjetas Bluetooth

Permiten crear Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) para conectar periféricos y transferir datos a corta distancia, operando en la banda libre de 2.4 GHz.

• Ventajas: Bajo consumo y pocos recursos. Desventajas: Poca velocidad y distancia. (aunque el Bluetooth 5.0 ya alcanza los 50 Mb/s).

• Clasificación de dispositivos según su potencia:

  | Clase

  |

  Potencia Máxima

  |

  Alcance Aproximado

  Clase 1

  |

  100 mW

  |

  ~100 metros

  | |

  Clase 2

  |

  2.5 mW

  |

  ~20 metros

  | |

  Clase 3

  |

  1 mW

  |

  ~1 metro

  | |

  Clase 4

  |

  0.5 mW

  |

  ~0.5 metros

  |

7. Tarjetas NFC (Near Field Communication)

Es una tecnología inalámbrica de muy corto alcance (requiere casi contacto físico) que evoluciona de la tecnología RFID (la usada en las alarmas de las tiendas o tarjetas de acceso).

Tipos de RFID:

• RFID de Baja Frecuencia (LF), 30 kHz a 300 kHz, con 125 kHz y 134 kHz como las frecuencias más comunes. (Usada para Tarjetas de acceso o alarmas de tiendas)
• RFID de Alta Frecuencia (HF), 3 a 30 MHz, siendo 13.56 MHz la más utilizada. (Usada para NFC)
• RFID de Ultra Alta Frecuencia (UHF), opera en el rango de 860-960 MHz. (Logística de inventarios, gestión de almacenes, seguimiento de activos de alto valor, control de peajes)

Características:

• Opera mediante inducción electromagnética en la banda de alta frecuencia de 13.56 MHz.

• Modos de funcionamiento:

  • Activo: Ambos dispositivos generan su propio campo electromagnético para intercambiar datos.

  • Pasivo: Un dispositivo genera el campo y el otro simplemente lo aprovecha para transmitir su información.

• Se utiliza habitualmente para emparejamiento rápido de dispositivos, lectura de etiquetas y pagos móviles. En PC suelen usarse mediante lectores USB.

📝 Preguntas y Respuestas:

1. En una tarjeta gráfica, ¿qué diferencia hay entre la conexión DVI-D y la DVI-I? 
DVI-D es solo digital y DVI-I transmite digital y analógico.

2. ¿Cómo se denominan las tecnologías para conectar dos o más tarjetas gráficas en paralelo para que funcionen como una sola?
SLI (nVidia) y Crossfire (AMD)

3. ¿Qué componente de una tarjeta de sonido se encarga de convertir la voz que entra por el micrófono en datos binarios? El ADC (Modulación digital). 

**4. ¿Qué conector de audio no sufre pérdidas de señal porque transmite audio de forma digital?
**S/PDIF (Óptico o Coaxial)

5. Si ves un sistema de altavoces etiquetado como “7.2”, ¿qué significa exactamente? 
7 altavoces envolventes y 2 subwofers de graves.

6. ¿Qué tecnología de las tarjetas de red permite encender un ordenador apagado enviando un paquete especial a través de la red? 
WOL (Wake On LAN)

7. Tienes que instalar una cámara IP en el techo, pero no hay enchufes eléctricos cerca, solo tienes el cable UTP de red. ¿Qué tecnología puedes usar para darle corriente?
PoE (Power Over Ethernet)

8. En cuanto a las tarjetas Bluetooth, ¿cuál es el alcance aproximado de un dispositivo de “Clase 1”? 
100 metros

9. La tecnología NFC es una evolución centrada en la comunicación de campo cercano y transferencia de datos basada en una tecnología anterior muy usada en etiquetas de ropa. ¿Cuál es? 
RFID 

**10. Las siglas TDP (Thermal Design Power) en las especificaciones de una tarjeta gráfica hacen referencia a:
**El calor generado por la GPU que debe ser disipado.