Principios de análisis instrumental

84 Capítulo 4 Electrónica digital y computadoras {(( cabo la inicialización del sistema de una computadora cuando se enciende están almacenados casi siempre en algún tipo de ROM. Cuando la información del sistema se tiene que guardar a causa de la falta de energía, y cuando ocasionalmente se tiene que repro– gramar para instalar dispositivos nuevos en la computadora, se usa de ordinario una RAM activada con baterías para almacenar dicha información. En algunos dispositivos digitales sencillos, así como en las calculadoras de mano, las ROM sirven para almacenar los programas que se necesitan para ejecutar operaciones matemá– ticas, como cálculo de logaritmos, funciones exponenciales y trigonométricas; determinación de cantidades estadísticas, como desviación estándar y parámetros de mínimos cuadrados; y datos para establecer un formato en un punto fijo, notación científica o notación para ingeniería. En la mayor parte de las computadoras estas operaciones se efectúan mediante un programa. Dispositivos de almacenamiento Además de las memorias de semiconductores, las computadoras están equipadas con dispositivos de almacenamiento. Las cintas mag– néticas fueron durante muchos años el medio principal para almace– nar información, pero fueron reemplazadas por los discos, memorias flash que se conectan por medio de buses en serie universales (USB), discos compactos y discos para datos digitales y video (DVD) . La capacidad de almacenamiento de los discos está en aumento cons– tante. Los disquetes de 3 1/2'' y los discos ZIP fueron un medio común de almacenamiento, pero ya se volvieron obsoletos. La memoria flash USB es un dispositivo semiconductor de memoria que se inserta en un puerto USB y contiene hasta 1 TB (terabyte) de memoria no volátil. Estos dispositivos son del tamaii.o de una estilográfica y se pueden llevar fácilmente en el bolsillo. Los discos duros capaces de almacenar 5 TB o más son cada día más comunes. Estos dispositivos pueden utilizarse como el disco duro interno de una computadora o servir como almace– namiento auxiliar en forma de un dispositivo de USB externo. El CDROM ha sido un dispositivo de almacenamiento particular– mente atractivo para las bases de datos grandes, enciclopedias y para respaldar datos, debido a su bajo costo y facilidad de dupli– cación. A medida que las necesidades de almacenamiento han aumentado, los DVD se utilizan con más frecuencia para datos y distribución de software. Junto con el enorme aumento en la capacidad de los dispositivos flash, tanto los CD ROM como los DVD seguramente perderán popularidad. Las nuevas tecnologías de almacenamiento y mejoras en el desempeño de las ya exis– tentes son algo de cada día. 4E.4 Sistemas de entrada-salida Los dispositivos de entrada-salida proporcionan los medios para que el usuario o los instrumentos conectados se comuniquen con la computadora. Entre los dispositivos de entrada están los tecla– dos, los ratones, las cámaras digitales, los discos duros, los CD ROM, las memorias flash y las seii.ales que emiten los instrumen– tos analíticos. Entre los dispositivos de salida están las impreso– ras, los CD ROM, las memorias flash, las bocinas, los monitores y los discos duros. Es importante entender que muchos de estos dispositivos proporcionan o usan una señal analógica, aunque, como ya se señaló, la computadora puede responder a seii.ales digi– tales. Entonces, una parte importante del sistema de entrada-salida es un convertidor de seii.ales analógicas en digitales, que propor– ciona información en una forma en que la computadora la pueda emplear, y un convertidor de señales digitales en analógicas para transformar la salida de la computadora en una seii.al analógica útil. Una parte esencial de todos los componentes físicos para la adquisición, análisis y salida de información analítica es el módulo de adquisición de datos . Estos dispositivos se pueden conectar directamente al bus de la computadora, pueden conec– tarse a la computadora a través de un puerto USB, o pueden comunicarse a través de un puerto ethernet conectado a LAN. Estos dispositivos proporcionan un medio para adquirir infor– mación a través de la conversión de señales analógicas en digi– tales, para retroalimentar datos a un experimento mediante un convertidor; proporcionar tiempos decisivos en el proceso y transferir información digital de modo directo a la computadora. En la figura 4.12a se presenta un diagrama de bloques de un módulo de adquisición de datos basado en USB típico. Entre sus componentes están: un convertidor de señales analógicas en digi– tales, un convertidor de señales digitales en analógicas, un ampli– ficador de ganancia programable, líneas digitales de entrada y salida, memoria para conservar en forma temporal la informa– ción reunida y un reloj de precisión de tiempo real para la sincro– nización decisiva de la adquisición de datos. El proceso completo de la adquisición de datos se efectúa mediante un microprocesa– dor potente ya incorporado, el cual recibe instrucciones seleccio– nadas del usuario desde la computadora principal a la cual está conectado. En la figura 4.12b se presenta una fotografía de un módulo de adquisición de datos. La computadora principal efectúa el análisis y el almace– namiento de datos a largo plazo mediante un paquete de programas como el que se trata en la sección siguiente. El operador controla el proceso completo por medio de las interacciones con la compu– tadora principal. Si se usan módulos de adquisición de datos como éstos, entonces virtualmente cualquier instrumento o experimento se puede conectar a una computadora con el fin de lograr un análi– sis y resultados de los datos instrumentales eficientes. Una tendencia actual en los instrumentos analíticos modernos es usar dispositivos que se conecten a la computadora por medio de un puerto USB (véase la tabla 4.4). El estándar del USB permite la conexión de hasta 127 dispositivos de manera sencilla y directa. En la actualidad se puede contar con impresoras, cámaras, unidades de disco, escáneres, webcams, componentes de red, algunos siste– mas para la adquisición de datos y algunos instrumentos analíticos mediante interfaces USB. Algunos dispositivos cuentan con una conexión FireWire. Mediante ésta se pueden conectar varios dispo– sitivos en serie (cadena margarita) de modo que se requiere solo un puerto FireWire para múltiples unidades. Los dispositivos que nece– sitan conexiones de muy alta velocidad, como los módulos de adqui– sición de datos de alta frecuencia, aún requieren tableros de interfaz que se conecten directamente al bus interno de la computadora. 4F SOFTWARE PARA LAS COMPUTADORAS Hace unos aii.os los científicos tenían que escribir sus programas código de máquina o en lenguaje de ensamble para adquirir y procesar datos, así como controlar experimentos. La era de las PC ha originado una amplia variedad de programas útiles para cien-