Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones

Informática. Hardware. Software. Computadoras. Unidades. Memoria. Sistemas

  • Enviado por: Mario
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 24 páginas

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INTRODUCCIÓN

A LA

INFORMÁTICAINTRODUCCIÓN A LA INFORMÁTICA

La informática es la ciencia que estudia el tratamiento automático y racional de la información.

DEFINICIONES

COMPUTADORA: Máquina compuesta de elementos físicos, en su mayoría electrónicos, capaz de desarrollar una gran cantidad de trabajos a gran velocidad, con precisión y siguiendo unas instrucciones concretas (programas).

PROGRAMA: Conjunto de órdenes que se dan a una computadora para que realice un proceso determinado.

APLICACIÓN INFORMÁTICA: Conjunto de programas que realizan un determinado trabajo.

SISTEMA INFORMÁTICO: Elementos necesarios para la realización de las aplicaciones informáticas.

INFORMACIÓN: Elemento a procesar.

DATOS: Información no elaborada que una vez procesada nos da un resultado.

TRATAMIENTO DE LA INFORMACIÓN

El tratamiento de la información se divide en tres pasos:

1º.- ENTRADA: Recogida de datos, depuración y almacenamiento.

2º.- PROCESO: Aritmético y Lógico.

3º.- SALIDA: Recogida de los datos y distribución de los mismos.

HARDWARE

El HARDWARE es el elemento físico de un sistema informático. Está compuesto por el ordenador, dispositivos externos, cableado, soportes de almacenaje, etc. Los componentes elementales del HARDWARE son:

CPU o Unidad Central de Proceso: Elemento principal que coordina y dirige todas las operaciones del Sistema Informático. Está compuesto por el PROCESADOR y la MEMORIA CENTRAL.

PROCESADOR: Controla y ejecuta operaciones y está formado a su vez por la Unidad de Control y por la Unidad Aritmético - Lógica (ALU). La Unidad de Control interpreta y ejecuta las instrucciones controlando su secuencia y la ALU realiza las operaciones de tipo aritméticas y lógicas.

MEMORIA CENTRAL: Memoria interna o principal que almacena programas y datos. Los programas que se están ejecutando se guardan en esta memoria.

MEMORIA AUXILIAR O SECUNDARIA: Dispositivos de almacenamiento masivo de información para guardar datos y programas ( discos duros, disquetes, CD ROM, etc.).

ELEMENTOS DE SALIDA: Dispositivos que proporcionan al exterior los datos resultantes de los procesos que se ejecutan en el sistema.

SOFTWARE

El SOFTWARE es la parte lógica que da al equipo capacidad para realizar sus funciones. Son los programas, sistemas operativos, aplicaciones, etc. El SOFTWARE se guarda en memoria principal y en memoria auxiliar. Los componentes del SOFTWARE son:

SOFTWARE BÁSICO: Conjunto de programas que el sistema necesita para poder trabajar. Estos forman el Sistema Operativo del sistema.

El SISTEMA OPERATIVO es el soporte lógico que controla el funcionamiento del equipo físico ocultando los detalles de hardware y haciendo sencillo el uso de la computadora. Está compuesto por programas de control y por programas de utilidades. Los programas de control controlan el equipo físico en todos sus aspectos; los programas de utilidades sirven para realizar tareas usuales como el manejo de ficheros, formateo de discos, etc.

SOFTWARE DE APLICACIÓN: Conjunto de programas diseñados para que el sistema pueda realizar unas tareas concretas.

TIPOS DE COMPUTADORAS

Existen varios tipos de computadoras que se pueden dividir en varios tipos dependiendo de su construcción o de su estructura interna.

Dependiendo de su construcción existen dos tipos de computadoras:

MÁQUINA CON LÓGICA CABLEADA: El programa está en memoria y es de solo lectura: calculadoras que ejecutan un determinado número de programas y calculadoras analógicas que se utilizan para el control de procesos y simulaciones.

MÁQUINA CON LÓGICA PROGRAMADA: Se programan por medio de lenguajes. Son máquinas de propósito general y se pueden aplicar a cualquier tipo de proceso. Tienen gran velocidad de cálculo y capacidad de almacenamiento. Efectúan tres tipos de operaciones: lógicas, aritméticas y de almacenamiento y recuperación de la información.

Atendiendo a su estructura interna se pueden dividir en:

COMPUTADORAS ANALÓGICAS: Manejan señales eléctricas analógicas.

COMPUTADORAS DIGITALES: Manejan señales eléctricas digitales y se programan con lenguajes de programación. Las computadoras digitales se dividen a su vez en:

Supercomputadora: Se utilizan para realizar cálculos que precisan velocidad de proceso. Tienen muchos procesadores que trabajan en paralelo y pueden realizar billones de operaciones por segundo.

Mainframes: Realizan millones de operaciones por segundo y soportan un gran número de estaciones de trabajo (terminales).

Mini computadoras: Son computadoras de tipo medio, con una capacidad de proceso menor que las anteriores y controlan un número menor de estaciones.

Micro computadoras: Máquina que usa un solo procesador y consigue cubrir la gama más baja. Hay dos tipos:

Ordenador personal o PC: Fácil de usar y con grandes prestaciones. Tienen un puesto de trabajo.

Estación de trabajo: PC conectado a través de una red a una computadora mayor.

COMPUTADORAS HÍBRIDAS: Tienen características de las dos anteriores (analógicas y digitales). Están constituidas por una computadora digital que procesa información analógico y disponen de convertidores analógico - digitales.

INFORMÁTICA Y SU REPRESENTACIÓN

SISTEMA DE NUMERACIÓN: Conjunto de símbolos y reglas que se utilizan para la representación de los datos numéricos o cantidades. Se caracteriza por su base que es el número de símbolos distintos que utiliza y que además es el coeficiente que determina cual es el valor de cada símbolo dependiendo de la posición que ocupa.

SISTEMA BINARIO: Sistema de numeración que utilizan internamente los circuitos digitales que configuran el hardware de las computadoras actuales. El sistema binario es de base dos (0 y 1).

Representar un número binario como nº de base 10

1001,1(2 ! 1*23 + 0*22 + 0*21 + 1*20 + 1*2-1= 8+0+0+1+0,5= 9,5(10

Sumar dos números binarios

0+0= 0

0+1= 1

1+0= 1

1+1= 0 (con acarreo 1)

Convertir un número en base 10 a binario

Se va dividiendo el número decimal entre dos hasta que el divisor es cero, se van tomando los restos en sentido inverso:

15(10= 15/2= 7 resto 1

7/2= 3 resto 1

3/2= 1 resto 1

1/2= 0 resto 1 = 11111(2

Convertir un nº de base 10 con decimales a binario

Se convierte por un lado la parte entera con el método anteriormente descrito, y por otra los decimales. Estos se van multiplicando por dos poniendo como entero el cero, del resultado nos quedamos con el entero y se va repitiendo la operación hasta que nos quede un número entero.

Ejemplo:

Convirtamos 20,75(10 a binario:

Parte entera! 20(10= 101100(2

Parte decimal! 0,75*2= 1,5

0,5*2= 1

Es decir, 20,75(10= 101100,11(2

SISTEMA OCTAL: Sistema de numeración de base ocho (números del 0 al 7). Para la conversión de decimal (base diez) a octal se procede de igual manera que con el binario utilizando el ocho en lugar del dos. Para la conversión de octal a binario se utiliza una tabla:

SISTEMA HEXADECIMAL: Sistema de numeración de base dieciséis (números del 0 al 9 y las letras: A(10), B(11), C(12), D(13), E(14) y F(15). Para la conversión a decimal y viceversa usaremos el número 16 siendo los métodos los anteriormente descritos. Al igual que sucede con los octales, para representar números hexadecimales en binario usaremos una tabla:

0= 0000

1= 0001

2= 0010

3= 0011

4= 0100

5= 0101

6= 0110

7= 0110

8= 1000

9= 1001

A= 1010

B= 1011

C= 1100

D= 1101

E= 1110

F= 1111

UNIDADES FUNCIONALES DE LA COMPUTADORA

Introducción

El elemento hardware básico de un sistema de procesamiento de datos se puede estructurar claramente en tres partes diferenciadas en cuanto a sus funciones:

1ª La Unidad Central de Proceso o CPU (del inglés Central Processing Unit).

2ª La Memoria Central .

3ª Las Unidades de Entrada y Salida.

BUS DEL SISTEMA

Controladores: Son procesadores especializados en operaciones de entrada y salida de datos.

Bus del Sistema: Canal de comunicaciones entre todas las unidades del sistema.

CONCEPTOS DE ELECTRÓNICA DIGITAL BÁSICA

La CPU esta constituida por circuitos de naturaleza electrónica. Podemos analizarlos desde dos puntos de vista: a nivel electrónico o de circuito o a nivel lógico o de conmutación.

Nivel electrónico

Los componentes básicos de los circuitos de la CPU son, entre otros: resistencias, condensadores, diodos y transistores. En su mayoría implementados en circuitos integrados miniaturizados e introducidos en pequeñas cápsulas de silicio configurando los circuitos lógicos (chips).

Estos componentes permiten establecer relaciones entre tensiones de corriente que, combinadas entre sí, producen estructuras físicas con propiedades lógicas elementales. Las señales eléctricas que circulan por una computadora pueden utilizar distintas tensiones que se asocian a los valores del sistema binario. En la mayoría de los casos se asigna 0 lógico a las tensiones de entre 0 y 0,2 voltios; al valor lógico 1 se le asignan tensiones de entre 0,8 y 4,5 voltios. Existen unos valores intermedios (entre 0,3 y 0,7 voltios) llamados zona prohibida.

Tipos de circuitos o puertas lógicas

Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones
Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones

A

B

A AND B

0

0

0

0

1

0

1

0

0

1

1

1

A

NOT A

1

0

0

1

Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones

A

B

A OR B

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

A

B

A XOR B

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0


A

B

A NAND B

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones

A

B

A NOR B

0

0

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

Introducción a la Informática: Definiciones previas y consideraciones

Nivel lógico

Los elementos de la computadora están organizados en estructuras capaces de realizar funciones lógicas de mayor complejidad que las puertas anteriormente descritas. Estas estructuras son los circuitos combinacionales y los circuitos secuenciales.

Circuitos combinacionales: Sus salidas dependen exclusivamente de sus entradas. El más significativo de este tipo es el sumador, el cual realiza la suma en binario de dos números. Su construcción se basa en un circuito llamado semisumador que realiza las sumas en binario considerando el consiguiente acarreo.

A

B

SUMA

ACA.

0

0

0

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

0

1

A

B

ACA.

SUMA

ACA.

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

1

0

0

1

1

0

1

1

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

Circuito complementador. Se utiliza para cambiar un conjunto de bits por sus contrarios, lo que sirve para realizar operaciones de resta mediante un sumador.

Circuito desplazador. Desplaza una posición a la izquierda o a la derecha un conjunto de bits, con lo que se consigue multiplicar o dividir por dos el número representado.

Circuitos secuenciales. Son aquellos cuyas salidas dependen además de por sus entradas, de algún suceso ocurrido con antelación, por lo que necesitan cierta memoria. Los principales tipos de circuitos secuenciales son el reloj y los bioestables.

El reloj se utiliza para sincronizar las operaciones internas por medio de impulsos a intervalos constantes.

Los Bioestables, también conocidos como flip-flop, son circuitos capaces de tomar en su salida dos valores estables que dependen de sus entradas y del estado de su salida en el instante anterior.

UNIDAD CENTRAL DE ROCESO

La Unidad Central de Proceso o UCP es el verdadero cerebro de la computadora y su misión consiste en coordinar, controlar y realizar todas las operaciones del sistema. Para ello extrae una a una las instrucciones del programa que tiene alojado en memoria central, las analiza y emite las ordenes necesarias para su completa realización. Físicamente esta formado por circuitos de naturaleza electrónica. La CPU la forman las siguientes unidades: la Unidad de Control y la Unidad Aritmético lógica.

UNIDAD DE CONTROL

Es el centro nervioso de la computadora, desde él se controlan y gobiernan todas las operaciones. Consta de Contador de Programa, Registro de instrucción, Decodificador, reloj y secuenciador.

BUS DEL SISTEMA

Unidad de Control

Contador de Programa. También llamado Registro de Control del Sistema. Contiene permanentemente la dirección de memoria de la siguiente instrucción a ejecutar. Al iniciar la ejecución de un programa toma la dirección de su primera instrucción. Incrementa el valor en uno cada vez que se concluye una instrucción excepto si la que se va a ejecutar es de ruptura o de salto, en cuyo caso el Contador de Programa tomará la dirección de la instrucción que tenga que ejecutar.

Registro de instrucción. Contiene la instrucción que se esta ejecutando en cada momento. Esta instrucción lleva consigo un código y, en su caso, los operandos o direcciones de memoria de los mismos.

Decodificador. Se encarga de extraer el código de operación de la instrucción en curso (la que está en el Registro de Instrucción). Lo analiza y emite las señales necesarias al resto de elementos para su ejecución a través del secuenciador.

Reloj. Proporciona una sucesión de impulsos eléctricos (llamados ciclos) a intervalos constantes que marcan los instantes en que han de comenzar los distintos pasos de que consta una instrucción. Por ejemplo, un ordenador con una frecuencia de reloj de 8 Mhz. Procesa 8.000.000 de ciclos de reloj por segundo. Por tanto, la duración de un ciclo es de 1/8.000.000, que es igual a aproximadamente 925 nanosegundos. Las instrucciones que ejecuta un procesador necesitan entre 2 y 206 ciclos de reloj para llevarse a cabo.

Secuenciador. En este dispositivo, también conocido como Controlador, se generan ordenes muy elementales conocidas como micro ordenes que, sincronizadas por los impulsos del Reloj, hacen que se vaya ejecutando poco a poco la instrucción que está cargada en el Registro de Instrucción.

UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA

Es la unidad encargada de realizar las operaciones elementales de tipo aritmético (suma, resta, multiplicación y división) y de tipo lógico (comparaciones). Para comunicarse con otras unidades funcionales utiliza el denominado Bus de datos. Para realizar su función necesita de los siguientes elementos: Circuito Operacional, Registros de Entrada, Registro Acumulador y Registro de Estado.

UNIDAD ARITMÉTICO LÓGICA

Circuito Operacional. Contiene los circuitos necesarios para la realización de las operaciones con los datos procedentes de los registros de entrada. Este circuito tiene unas entradas de ordenes para seleccionar la clase de operación que se debe realizar en cada momento.

Registros de Entrada. En ellos se almacenan los datos u operandos que intervienen en una instrucción. También se emplean para el almacenamiento de resultados intermedios o finales.

Registro Acumulador. Almacena los resultados de las operaciones llevadas a cabo por el Circuito Operacional. Tiene una conexión directa al Bus de Datos para el envío de los resultados a la Memoria Central o a la Unidad de Control.

Registro de Estado. Se trata de un conjunto de biestables en los que se deja constancia de algunas condiciones que se dieran en la última operación y que habrán de ser tenidas en cuenta en operaciones posteriores.

MEMORIA CENTRAL

La Memoria Central, también conocida como Memoria Principal o Interna, es la unidad donde están almacenadas las instrucciones y los datos necesarios para poder realizar un determinado proceso. Está constituida por multitud de celdas, o posiciones de memoria, numeradas de forma consecutiva, capaces de retener, mientras la computadora esté conectada, la información depositada en ella. A la numeración de las celdas de memoria se le denomina dirección de memoria. A la cantidad de información que puede introducirse o extraerse de la Memoria Central de una sola vez, se le denomina Palabra.

La memoria central tiene asociados 2 registros para la realización de operaciones de lectura o escritura, y un dispositivo encargado de seleccionar una celda.

Registro de Dirección de Memoria. Antes de una operación de lectura o escritura se ha de colocar en él la dirección de la celda que se va a utilizar en la operación, bien para grabar en ella o bien para grabar información en la misma.

Registro de Intercambio de Memoria. Si la operación es de lectura recibe el dato señalado por el registro de dirección de memoria para su envío por medio del Bus del sistema a la unidad que lo requiera. Si se trata de una operación de escritura en memoria, la información que hay que grabar es depositada en el registro de intercambio de memoria para que desde él se transfiera a la posición de memoria indicada por el registro de dirección de memoria.

Selector de memoria. Este dispositivo se activa cada vez que se produce una orden de lectura o escritura conectando la celda de memoria, cuya dirección figura en el registro de dirección de memoria, con el registro de intercambio de memoria. De esta forma se habilita la transferencia de datos en un sentido o en otro.

Celdas de M. C. Con su numeración en hexadecimal