apuntes temas 1 y 2

Bioinformatica

Parte I de Informatica Aplicada a la Biologıa

Indice

1. Bioinformatica y Biocomputacion 3

2. Introduccion basica a los ordenadores 52.1. La CPU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2. Memoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2.1. Memoria central . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.2.2. Memoria secundaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3. Velocidad de procesamiento de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92.4. El bus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102.5. Tipos de procesadores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122.6. Los puertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132.7. Tipos de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17

2.7.1. Almacenamiento magnetico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172.7.2. Almacenamiento optico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182.7.3. Almacenamiento de estado solido . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.8. Busqueda de informacion del sistema operativo en un disco . . . . . . . . . . . . 192.9. Representacion de datos en el ordenador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

2.9.1. Codigos de texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

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Informatica Aplicada a la Biologıa Curso 2016/17

Dpto. Ecuaciones Diferenciales y Analisis Numerico, Universidad de Sevilla 2


1. Bioinformatica y Biocomputacion

El fin del siglo XX ha visto una explosion de informacion proveniente de los seres vivos,especialmente en biologıa molecular, con la secuenciacion de genomas, secuencia y estructura deproteınas o el estudio sobre la expresion simultanea de multiples genes bajo muchas condicionesdiferentes, con lo que ha sido necesaria la aplicacion de la tecnologıa de computadores a lagestion y analisis de datos biologicos, enlazando la informatica, matematica, estadıstica, cienciasde la computacion, inteligencia artificial, quımica y bioquımica para solucionar problemas,analizar datos, o simular sistemas o mecanismos. Ası nacieron los conceptos de Bioinformaticay Biocomputacion.

Bioinformatica: es la investigacion, desarrollo o aplicacion de herramientas computacio-nales y aproximaciones para la expansion del uso de datos biologicos, medicos, conduc-tuales o de salud, incluyendo aquellas herramientas que sirvan para adquirir, almacenar,organizar, analizar o visualizar tales datos.

Biologıa Computacional o Biocomputacion: es el desarrollo y aplicacion de metodosteoricos y de analisis de datos, modelado matematico y tecnicas de simulacion compu-tacional al estudio de sistemas biologicos, conductuales y sociales.

Por lo tanto, mas comunmente la bioinformatica tendrıa mas que ver con la informacion y labiologıa computacional lo harıa con los modelos y elaboracion de resultados posibles.



2. Introduccion basica a los ordenadores

Informatica se define como el conjunto de conocimientos cientıficos y tecnicos que hacen po-sible el procesamiento automatico de los datos, mediante el uso de computadores, para producirinformacion util y significativa para el usuario.

La mayorıa de los ordenadores estan hechos para que los use una solo persona (pueden servarias, pero no simultaneamente), de ahı su nombrePC=Personal Computer. Los principalestipos de ordenadores personales son:

ordenadores de escritorio

estaciones de trabajo: con mas capacidades que un PC estandar, por ejemplo, paraacelerar graficos, lo que permite usarlo para animacion y edicion de vıdeos.

ordenadores portatiles

tablet PC: ofrecen funcionalidades de PC pero son mas ligeras y con pantalla tactil.Ejecutan versiones especializadas de programas normales.

handheld PC: dispositivos de computo del tamano de una pequena libreta de notas.Inicialmente se disenaron con funcionalidades de agenda, sistemas de localizacion global,reproductores de musica,...

telefonos inteligentes (smartphones)

Otros ordenadores atienden las necesidades de muchos usuarios al mismo tiempo, en generalusados por empresas. Suele ser un ordenador que se encuentra en el centro de la red de unaorganizacion con el que cada usuario puede interactuar simultaneamente. A este tipo pertenecen:

servidores de red: es un ordenador con software y equipo especial, lo que le permitefuncionar como el ordenador principal de una red. Dicha computadora central puedeestar disenada para propositos diferentes: acceder al correo electronico, hacer tareas decontabilidad, administrar bases de datos,...

ordenadores mainframe: (computadora central) se utilizan en grandes organizacionescomo bancos o companıas de seguros, donde con frecuencia muchas personas necesitanusar los mismos datos. Cada usuario accede al mainframe mediante un terminal. Suelenser muy potentes y tener conectados miles de terminales a la vez, pero suelen ser pocoflexibles al estar disenadas para controlar solo un conjunto especıfico de tareas.

supercomputadoras: de capacidad y velocidad superior a los tipos anteriores, son idea-les para manejar problemas grandes y complejos que requieren un poder de calculo ex-tremo: genoma humano, prediccion climatica, fision nuclear,...



Todo ordenador se puede dividir en dos partes, atendiendo a:

Hardware: parte dura, artıculos de ferreterıa. Es todo lo que se puede tocar de un orde-nador: la pantalla, el teclado, los circuitos electronicos, placas, etc. Todos los dispositivosde hardware se engloban en una de las siguientes cuatro categorıas: procesador, memoria,entrada y salida, almacenamiento.

Dentro del hardware, la parte central de la maquina es lo que se denomina CPU (CentralProcessUnit)= Unidad central de procesos. Junto con las memorias RAM y ROM formanparte de la tarjeta madre o placa base.

La placa base es una placa que contiene un circuito impreso y a la cual van conectadostodos los componentes que conforman una computadora. Entre esa serie de circuitosintegrados que tiene instalados esta el chipset (grupo de circuitos integrados que estancolocados de fabrica en el cuerpo de la placa base), que se encarga de entablar la conexioncorrecta entre la tarjeta madre y diversos componentes esenciales del ordenador, como loson el procesador, las placas de vıdeo, las memorias RAM y ROM, entre otros.

La placa base se encuentra divida en dos secciones, el puente norte (Northbridge) y elpuente sur (Southbridge), que se corresponden con dos tipos de chipset (los denomina-dos Northbridge y Southbridge), que no solo se caracterizan por estar ubicados en dosextremos opuestos de la motherboard, sino que ademas se encargar de realizar diferentestareas.

Figura 1: Tarjeta madre https://floresvanessa089.files.wordpress.com/2014/05/lolllll.jpg

El Northbridge (puente norte) es el encargado de interconectar el microprocesador, lamemoria RAM y la GPU (unidad de procesamiento grafico), controlando todas las tareas



de acceso entre estos elementos y los puertos PCI y AGP. Al mismo tiempo, mantieneuna comunicacion permanente con el Southbridge.

El Southbridge (puente sur) se encarga de comunicar el procesador con todos los pe-rifericos conectados al equipo, y los dispositivos de almacenamiento, tales como el discoduro. Asimismo, su funcion tambien reside en controlar los diversos dispositivos que sehallan asociados a la tarjeta madre, como los puertos USB, la disquetera, las unidadesopticas, los discos rıgidos, y un largo etcetera.

Software: parte blanda. Son las instrucciones, los programas y las ordenes impartidas alordenador para desarrollar su trabajo. Pueden ser divididos en:

1. Software del sistema: es el conjunto de programas necesarios para que el ordena-dor tenga capacidad de trabajar (funcionamiento de la pantalla, del teclado, movi-mientos del raton, ...). Puede verse como los elementos basicos de una computadoraque vienen incorporados o pre-instalados. Existen tres tipos basicos de software desistema:

• sistema operativo (OS=Operating System): Es el interprete entre el hard-ware, los programas de aplicacion y el usuario. Entre los sistemas operativosmas usuales estan Windows, Macintosh y Linux.

• sistema operativo de red: que permite que varios ordenadores se comuniqueny compartan datos con seguridad en una red.

• de herramienta o de utilidad: es un programa que facilita los sistemas decomputo o hace funciones especializadas como administrar discos, solucionarproblemas de hardware y otras que el OS no es capaz de realizar.

2. Software de aplicacion: son los programas que maneja el usuario (tratamiento detextos, hojas de calculos, base de datos, programas de entretenimiento, de diseno,etc., con programas como Windows, Word, Calc, MATLAB, ...) y que no formanparte del software del sistema.

2.1. La CPU

La CPU es el cerebro del ordenador y se encarga de ejecutar las instrucciones de los progra-mas controlando el flujo de la informacion y los distintos componentes. Suele estar integradopor un chip denominado microprocesador. Un chip es un tipo de componente electronico encuyo interior existen miles (o millones) de elementos llamados transistores, cuya combinacionpermite realizar el trabajo que tenga encomendado el chip.

Las dos componentes mas importantes de la CPU son:

1. La unidad de control o CU (Control Unit), dirige y coordina la mayorıa de lasoperaciones del ordenador. Interpreta cada instruccion enviada por un programa (y haciao desde otros dispositivos) e inicia la accion apropiada para realizar esa instruccion.Entre otras cosas, deriva las operaciones aritmeticas y logicas a la ALU. Las instrucciones



de la CPU para llevara cabo comandos estan integradas en la unidad de control. Lasinstrucciones listan todas las operaciones que la CPU puede realizar. Cada instruccionesta expresada en microcodigo (conjunto de instrucciones basicas que le dicen a la CPUcomo debe ejecutar las operaciones mas complejas).

2. La unidad aritmetica-logica o ALU (Arithmetic Logic Unit), que realiza lasoperaciones elementales que constituyen el programa: operaciones aritmeticas (sumar,multiplicar, etc.) y operaciones logicas (comparaciones, cada operacion logica tiene suopuesto). Incluye ubicaciones de memoria de alta velocidad (integradas en la CPU) quese utilizan para alojar datos que se estan procesando en ese momento, y que reciben elnombre de registros (por ejemplo, se cargan dos numeros en registros y el resultado deuna operacion sobre dichos numeros se carga en un nuevo registro antes de ser enviado ala CPU).

La CPU cada vez que ejecuta una instruccion sigue una serie de pasos que se conocen comoun ciclo maquina, que incluye el ciclo de instrucciones (recolecta y decodificacion de datosen instrucciones de la CPU) y el ciclo de ejecucion (ejecucion y almacenamiento).

Los sistemas operativos modernos permiten ejecutar varios programas a la vez (multita-rea).

Todos los ordenadores tienen un reloj interno, llamado reloj del sistema, que es controladopor un cristal de cuarzo cuyas moleculas vibran siempre a la misma velocidad (determinadapor el grosor del cristal) que es de millones de veces por segundo. La velocidad de dicho relojesta ligada a la velocidad del procesador.

La velocidad de procesamiento del procesador se mide en Giga Herzios (GHz). Un Ghz esuna unidad de medida para la velocidad de reloj. Giga (G) es equivalente a 1000 megas (M) yun mega es 1 millon. Herzio (Hz) es una unidad de frecuencia (numero de ciclos por segundo).Por tanto, GHz significa 109 ciclos de reloj por segundo.

1 Megahercio (Mz) = 106 operaciones/segundo1 Gigahercio (Gz) = 109 operaciones/segundo

Una CPU puede ejecutar multiples operaciones cada ciclo de reloj. Entonces, ¿que significa queuna CPU tenga 2.8 GHz? Quiere decir que realiza 2.800.000.000 ciclos de reloj por segundo,por lo que puede, al menos, apagar y posteriormente encender un transistor 2.800.000.000 vecespor segundo. Una instruccion puede usar varios ciclos de reloj. Pero esta no es velocidad realde la maquina, ya que la velocidad del ordenador depende de mas factores.

2.2. Memoria

La CPU tiene las instrucciones de ejecucion del ordenador pero no puede almacenar pro-gramas complejos ni un volumen alto de datos de forma permanente. El espacio para leer oescribir programas y datos rapidamente se llama memoria y esta compuesta por chips queestan en la tarjeta madre. Son los componentes del hardware en los que se almacena la infor-macion procesada por el ordenador. Distinguiremos entre la memoria central y memoriasecundaria.



2.2.1. Memoria central

Memoria central o principal, almacena tanto la secuencia de instrucciones del programao programas que se esten ejecutando en cada momento como los datos que este o estos necesitan.Se distingue entre:

Memoria ROM (Read Only Memory) (memoria solo de lectura). Es permanente,esto es, no se borra al apagar el ordenador y no se puede alterar. Almacena codigos deprograma grabados en fabrica necesarios para el funcionamiento del ordenador, como porejemplo, la secuencia de instrucciones que hay que ejecutar cuando se enciende el orde-nador (no volatil). La memoria ROM contiene la BIOS=Basic Input/Output System,que son las instrucciones de inicio y el conjunto de rutinas que aseguran que el sistemafuncione adecuadamente. Ademas, la BIOS contiene una rutina llamada POST o prue-ba automatica de encendido, que se asegura de que todos los dispositivos de hardwareesten presentes y, por tanto, que el sistema funcione adecuadamente.

Memoria RAM (Random Access Memory): Son un conjunto de chips sobre unapequena tarjeta de circuitos que almacena datos y ordenes que el ordenador esta usandomientras esta funcionando. Se pueden encontrar en la tarjeta madre de un ordenador (don-de funciona en conjunto con la CPU), en las tarjetas de vıdeo y sonido, en impresoras...Su acceso es muy rapido (ya que es aleatorio=cualquier parte es accesible en cualquiermomento) pero se pierde su informacion cuando se apaga el ordenador (volatil). Eso esposible porque, para encontrar datos, el ordenador no tiene que buscar en toda su memo-ria sino que usa direcciones de memoria (numero que indica la ubicacion en los chipsde memoria). Las direcciones de memoria empiezan en cero y hay tantas como un valormenos de los bytes totales de memoria (ver Tema de Sistemas binario y decimal).

2.2.2. Memoria secundaria

Son dispositivos fısicos que almacenan informacion de forma pasiva: Disco Duro, CD, DVD,memorias Flash USB, tarjetas SD. La informacion queda almacenada de forma permanente,pero su acceso es mas lento.

2.3. Velocidad de procesamiento de datos

En computacion, datos es el termino que se usa para describir la informacion representadapor grupos de interruptores de encendido/apagado (transistores).

La velocidad de un ordenador esta principalmente determinada por el diseno de la CPU,pero hay otros factores que pueden afectar, como por ejemplo:

registros: el tamano de los registros (tamano de palabra) indica la cantidad de datoscon la que puede trabajar un ordenador en un momento. Como factor aislado, a mayor ta-mano, mayor velocidad. Ası encontramos procesadores de 32 bits o de 64 bits, refiriendoseal numero de bits que configuran una palabra en un procesador.



cantidad de memoria RAM: para ejecutar un programa, el ordenador tiene que car-garlo en la memoria RAM (a veces totalmente, a veces solo las partes esenciales delprograma). Si la cantidad de memoria RAM no es muy grande, cuando el ordenadornecesita acceder a otras partes del sistema operativo intenta pasar informacion (que noeste utilizando) al disco duro (para liberar parte de la RAM). Ese intercambio de conte-nido que no se utiliza entre la memoria RAM y el disco duro es lo que se conoce comomemoria virtual. Eso no sera necesario si se aumenta la RAM. A mayor memoria RAM,por tanto, mayor rapidez.

memoria cache: mover los datos de la RAM a la CPU es un proceso muy lento (lamemoria RAM es mucho mas lenta que la CPU). Para acelerarlo, se puede incluir uncache de memoria en la CPU (la memoria cache es mas rapida que la memoria normal).En tal caso, la memoria cache contiene los datos e instrucciones mas recientes que se hancargado en la CPU. De ese modo, si el ordenador tiene que usarlos de nuevo, no tiene quebuscarlos en la RAM (con lo que acelera el proceso). Otros dispositivos como las unidadesde disco duro y las tarjetas de red tambien tienen cache.

2.4. El bus

Es un sistema digital que transfiere datos entre los componentes de una computadora oentre varias computadoras. Se puede definir como una lınea de interconexion portadora deinformacion, constituida por varios hilos conductores (en sentido fısico) o varios canales (ensentido logico), por cada una de las cuales se transporta un bit de informacion.

El numero de lıneas que forman los buses (ancho del bus) es fundamental: si un bus esta com-puesto por 16 lıneas, podra enviar 16 bits al mismo tiempo. Por tanto, el numero de cablesafecta a la velocidad de transmision de datos entre los componentes del hardware. Los ordena-dores de 64 bits (conocido como bus frontal) transfieren 8 bytes cada vez (es decir, por ciclo).La velocidad de transferencia del bus tambien se mide en megahertz (MHz), es decir, numero deciclos (u operaciones) por segundo. El ancho de banda de un bus es la cantidad total de datostransferidos por segundo, y se calcula como el producto entre la cantidad de bytes transferidospor ciclo y la velocidad de transferencia. Si la velocidad de la CPU es mayor que la velocidaddel bus del sistema, entonces el procesador estara esperando la mayor parte del tiempo.

Atendiendo a su situacion fısica, hay dos buses principales:

i) el bus interno o de sistema: mueve datos entre los componentes internos del micropro-cesador (conecta la CPU con otros dispositivos de la tarjeta madre). Por el bus internocirculan los datos (bus de datos), las senales de control (bus de control) o las direc-ciones de memoria (bus de direcciones). Cuando se habla de un microprocesador de 32bits, se esta diciendo que el numero de lıneas del bus interno es de 32. Mas concretamente,

• bus de datos: Es un bus bidireccional, pues los datos pueden fluir hacia o desde laCPU. Tambien llamadas ranuras de expansion, ocupan gran parte de placa base.Estas ranuras indican la denominada arquitectura de sistema.



• bus de direcciones: Es un bus unidireccional debido a que la informacion fluye esuna sola direccion, de la CPU a la memoria o a los elementos de entrada y salida.

• bus de control: Es un conjunto de senales se usa para sincronizar las actividades ytransacciones con los perifericos del sistema. Algunas de estas senales son las que laCPU envıa para indicar que tipo de operacion se espera en ese momento. Las senalesmas importantes en el bus de control son las senales de cronometro, que generan losintervalos de tiempo durante los cuales se realizan las operaciones.

ii) el bus externo o de expansion: sirve para comunicar el microprocesador y otras partes,como perifericos (teclado, raton o impresora) y memoria.

Los buses de un ordenador estan disenadas para coincidir con las capacidades de los dis-positivos que estan conectados a el. Entre las tecnologıas que se usan para los bus estan lassiguientes:

bus arquitectura estandar de la industria o ISA: de 8 o 16 bits, se usa para conectardispositivos lentos a la CPU (dispositivos de entrada, modems,...). Actualmente son lentaspara los procesadores que existen.

bus local: para conectar dispositivos rapidos a la CPU (componentes de la tarjeta madrey algunos tipos de bus de expansion).

bus interconexion de componentes perifericos o PCI: significa Componente Periferico In-terconectado y se trata de un bus de comunicacion de 32 bits que realiza sus funciones a33Mhz transfiriendo datos hacia y desde la memoria RAM a 133Mbits/s, una velocidadsatisfactoria hasta para tarjetas graficas 2D de tipo PCI (en principio puede servir paraintegrar datos de audio, vıdeo e imagenes). Gracias al bus PCI el procesador puede traba-jar en otras funciones mas complejas mientras este desarrolla manipulaciones de texturay calculo de polıgonos por ejemplo.

bus puerto de aceleracion de graficos o AGP: significa Puerto Avanzado de Graficos yes un sistema utilizado para la conexion de perifericos en la placa base que transfieredatos del microprocesador al periferico que se conecta al bus. Normalmente las placasbase solo traen una ranura de BUS AGP. Permite que la tarjeta de vıdeo acceda a laRAM directamente, lo que se traduce en mayor velocidad grafica (soporte de imagenes3D y vıdeos con movimiento pleno).

BUS PCI Express: Mas moderno, viene a sustituir los buses PCI y AGP, ya que cuentacon gran velocidad de transferencia. Cuenta con dos velocidades, la PCI Express 1X convelocidad de 133Mhz para dispositivos como tarjetas de audio y TV, y la PCI Express16X con velocidad de 2128Mhz para tarjetas graficas.

bus serial universal o USB: de intercambio rapido (se puede conectar y desconectarsin afectar al ordenador- AGP y PCI no son de este tipo). Puede conectar hasta 127perifericos a una unica puerta de un PC, con deteccion y configuracion automaticas,



Figura 2: Buses PCI (blanco), AGP (naranja) y mini PCi (marron) http://www.partesdeunacomputadora.net/wp-

content/uploads/2013/07/buses-placa-base.jpg

siendo esto posible con el PC conectado a la red y sin tener que instalar ningun hardwareni software adicionales, y sin tener que reiniciar el ordenador.

puertos IEEE 1394 o FireWire: se utilizan para conectar a dispositivos de vıdeo y tele-vision digital.

bus PC Card: similar al USB se diseno para portatiles. Tiene un tamano de 4 tarjetasde creditos en pilas y se usa para tarjetas Wifi, tarjetas de red y modems externos. Elmodelo actual es el CardBus que es una extension externa del bus PCI interno.

2.5. Tipos de procesadores

El funcionamiento de un procesador depende de su diseno interno o arquitectura. Laarquitectura de un chip determina donde estan localizadas y conectadas sus partes, como seconectan con otras partes del ordenador, que ruta toma la electricidad cuando se enciendeny apagan sus computadores,...Hay muchos tipos de arquitecturas de chip y cada familia deprocesadores de un ordenador esta basada en su propia arquitectura.

Los procesadores compatibles con IBM y los procesadores Macintosh tienen una arquitecturatan distinta que no pueden ejecutar el mismo software, ya que los sistemas operativos y losprogramas deben estar escritos para una arquitectura especıfica del procesador.

La arquitectura de un procesador determina la cantidad de transistores que tiene, lo queinfluye en su potencia (velocidad del bus del sistema, tamano de la cache,...). Tambien influyela cantidad de bits de datos que es capaz de procesar a la vez. Ası tenemos los procesadores de32 bits y los, mas modernos, procesadores de 64 bits.

Durante mucho tiempo el mercado de las CPU estaba dominado por Intel Corporation. Mastarde aparecio AMD (Advanced Micro Devices) con precios mas bajos y menos prestaciones,pero esto ultimo ha ido cambiando. Los procesadores Freescale para Macintosh (e incluso paragrandes ordenadores basados en UNIX) han sido fabricados por Motorola, e incluso IBM. Otrasempresas estan especializadas en procesadores para estaciones de trabajo, circuitos electronicospara coches y aparatos de cocina, dispositivos handheld (tablets, PDAs, smartphones,...),...

Los fabricantes de chips introducen constantemente mejoras en sus productos al encontrarnuevas maneras de anadir mas transistores a los chips. Como consecuencia, trabajos que antes



solo se podıan realizar usando estaciones de trabajo de alto nivel (por ejemplo, una pelıcu-la de animacion), actualmente se pueden hacer en computadoras de Apple con procesadoresfabricados por IBM.

Podemos hablar ademas de ordenadores con mas de un procesador, es decir, con sistemamultiprocesador (MP). Con ello se permite usar un flujo de datos mas grande, hacer las tareasen menos tiempo y atender muchos dispositivos de entrada y salida a la vez. Cuando el MP esde dos procesadores se conoce como multiprocesamiento simetrico SMP.

2.6. Los puertos

Cuando se desea anadir un nuevo dispositivo de hardware al ordenador hay que saber laforma de conectarlo al bus . A veces, eso se puede hacer a traves de una ranura o puerto. Lapalabra puerto designa a una interfaz (conexion establecida entre dos computadoras, accediendoa una comunicacion entre estas) por medio de la cual es posible la recepcion y transmision dedatos e informacion.

Figura 3: PS/2 (1 - raton, 2 - teclado), RJ-45 (3 - Ethernet), USB (4), D-Subminiature (5 - COMport), (6 - LPT port (impresoras antiguas)), (7 - VGA port), (8 - MIDI) y 3.5 mm jacks para audioinput/output (9- altavoces, microfono, auriculares) en la placa base. https://es.wikipedia.org/wiki/Puerto (informati-

ca)#/media/File:Motherboard external connections.jpg

Hay varios tipos de puertos (con distintas capacidades y usos) y sin ellos no se podrıa iniciarel ordenador o conectar con el software del sistema. Los mas comunes son:

puerto del raton y del teclado- PS/2: En la actualidad, han sido reemplazados porlos dispositivos USB Plug and Play (dispositivos informaticos que pueden ser conectadosa una computadora sin tener que configurarlos).

puerto serial: (tambien llamados RS-232) se define como una interfaz de comunicacionentre una computadora y los elementos perifericos. Los datos son transferidos de un bitpor vez, de forma secuencial (puerto no paralelo). En un comienzo, los puertos serie eranmuy lentos en el traspaso de informacion, pero a medida que el tiempo fue transcurriendo,adquirieron gran velocidad. Disponen de un escaso cableado y son utilizados para conectarla computadora con el raton, la impresora, el modem, etc. Los puertos seriales, por lo



general, estan integrados a la placa base, por lo que los conectores que se hallan detrasde la carcasa y se encuentran conectados a la placa base mediante un cable.

Ultimamente estan siendo reemplazados por, el FireWire o el Serial ATA.

Figura 4: Serial Port https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SerialPort ATX.jpg

puerto paralelo: es el tipo de conexion que permite el traspaso de datos a traves depaquetes que circulan de manera simultanea mediante un cable. Se diferencia del puertoserie (principalmente) en que los bits de informacion recorren diferentes caminos, en ambossentidos. Lo que permite el puerto paralelo, en definitiva, es el intercambio simultaneode paquetes de bits a traves de diferentes hilos (cada puerto paralelo puede servir paraenviar hasta 8 bits de forma simultanea, por 8 hilos distintos). Comunmente, puertoscomo estos son los que se utilizan para conectar dispositivos como escaneres o impresorasa la computadora personal. Se trata de un modelo bastante veloz y se caracteriza porpoder enviar y recibir datos de manera simultanea, y no uno detras del otro, como ocurrecon otros modelos. Para que dichos dispositivos sean identificados por el ordenador, debenapagarse y volverse a encender, lo que puede ser bastante engorroso, sobre todo cuandoson varios los usuarios que utilizan los mismos dispositivos. Ultimamente esta siendoreemplazado por los USB.

Figura 5: Parallel Port https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Parallel computer printer port.jpg

puertos USB: Tiene la capacidad para conectar mas de 120 dispositivos, que son reco-nocidos e instalados solo con conectarlos a la computadora en funcionamiento (de tipoPlug and Play). Por otra parte esta clase de puerto cuenta con una amplia velocidadde transmision de informacion. Aceptan todo tipo de dispositivos: camaras, mandos dejuego, teclado, raton,... (el USB es utilizado como estandar de conexion de perifericos).



Su exito ha sido total, habiendo desplazado a conectores como el puerto serie, puertoparalelo, puerto de juegos, Apple Desktop Bus o PS/2.

Figura 6: Puerto USB http://definicion.de/wp-content/uploads/2013/09/Puertousb.jpg

IEEE 1394 (FireWire): es un tipo de conexion para diversas plataformas, destinado ala entrada y salida de datos en serie a gran velocidad. Suele utilizarse para dispositivosdigitales como camaras digitales y videocamaras a un ordenador.

Figura 7: FireWire de 6 pines https://es.wikipedia.org/wiki/IEEE 1394#/media/File:FireWire gniazdo.jpg

Serial ATA, S-ATA o SATA: (Serial Advanced Technology Attachment) es una interfazde transferencia de datos entre la placa base y algunos dispositivos de almacenamiento,como la unidad de disco duro, lectora y grabadora de discos opticos (unidad de discooptico), unidad de estado solido u otros dispositivos de altas prestaciones que estan siendotodavıa desarrollados. Serial ATA sustituye a la tradicional Parallel ATA o P-ATA.

PCI: Significa Peripheral Component Interconnect y es el termino alude a ranuras ex-pansivas propias de la placa madre, por medio de las cuales es posible conectar placas devideo, sonido, entre otros.

puertos de memoria: Permiten colocar tarjetas de memoria nuevas (tarjetas de memoriaRAM)con el proposito de ampliar la capacidad de esta. La capacidad de almacenamientode datos oscila entre 256 Mb y 4 Gb.



puertos inalambricos: En este tipo de puerto la conexion se lleva a cabo a travesde ondas electromagneticas. Esta clase de conexion puede ser por medio de un puertoinfrarrojo (si la frecuencia de onda es establecida en el espectro del infrarrojo) o un puertoBluetooth. Esta ultima permite que tanto el emisor como el receptor de la informacion seencuentren alejados uno del otro al momento de establecer la conexion.

puertos de audio: verde para el altavoz, rosa para el microfono y amarillo para salidasa altavoces externos.

puerto de red (ethernet): para conexion a una red o conexion Internet de alta velocidad

puerto del modem: conecta a una lınea telefonica

puerto del monitor - VGA: La mayorıa de los monitores se conectan al puerto detres filas. Ultimamente, para dicha conexion a monitores de alta definicion se usa elHDMI=High-Definition Multimedia Interface. Tambien se usa para la transmisionde audio y de otro tipo de datos.

Figura 8: puerto HDMI http://nksistemas.com/wp-content/uploads/2012/03/puertohdmi.jpg

Tambien hay otros puertos que se usan:

puerto Thunderbolt: Conexion para dispositivo de alta velocidad, tecnologıa optica ytransferencia bidireccional. Disenado para sustituir a otros dispositivos como el HDMI yFireWire.

Figura 9: puerto Thunderbolt https://microinformatico.wikispaces.com/file/view/puerto.jpg/490185084/puerto.jpg



MIDI=Musical Instrument Digital Interface: Disenado inicialmente para que ins-trumentos electronicos se comunicaran, se adapto al ordenador para conectar los instru-mentos a este. Se utilizan en la grabacion e interpretacion de musica para controlar lasconfiguraciones de sintetizadores electronicos, baterıas, sistemas de luz, amplificadores,...

Ademas de los puertos, otros dispositivos se pueden conectar directamente a la tarjetamadre (a la que se conectan la CPU y la memoria). Este es el caso de las tarjetas deexpansion, que se conectan a las tarjetas madres a traves de las ranuras de expansion.Dichas tarjetas proporcionan un puerto para conectar dispositivos y actuan como traductorasentre el bus y el dispositivo.

2.7. Tipos de almacenamiento

Inicialmente, los ordenadores tenıan muy poco espacio para almacenar datos. Ademas, pare-ce logico que los datos almacenados se puedan utilizar en otro ordenador. Todo ello justifica laexistencia de materiales fısicos donde se almacenan los datos y que recibe el nombre de mediosde almacenamiento. El almacenamiento de datos se relaciona con los procesos de:

escritura o registro de datos

lectura de datos.

Hay tres tecnologıas de almacenamiento que se usan en la actualidad:

almacenamiento magnetico

almacenamiento optico

almacenamiento de estado solido

2.7.1. Almacenamiento magnetico

Entre los dispositivos de este tipo de encuentran: disquetes (o discos flexibles), discos duros(internos y externos) y cintas magneticas.

Las superficies de dichas unidades estan cubiertas de un material magneticamente sensible,como el oxido de hierro, que reacciona a un campo magnetico. Los disquetes contienen undisco delgado (normalmente de plastico), mientras que los discos duros contienen multiplesdiscos (platos) de material rıgido (por ejemplo, aluminio). Las superficies de dichos discosestan cubiertas de millones de partıculas de hierro que actuan como imanes, ya que acogen uncampo magnetico cuando se exponen a un electroiman. Las cabezas de lectura/escritura de lasunidades contiene electroimanes que generan campos magneticos cuando pasan sobre el discoo cinta (al pasar sobre las partıculas de hierro).

Para grabar cadenas de 1 y 0, las cabezas alternan la direccion de la corriente en los elec-troimanes. Para leer datos, la cabeza pasa sobre el disco sin fluir corriente electrica. La cabezano posee carga pero el disco sı, y los imanes del disco hacen que fluya una pequena corriente



a traves de la cabeza, en una direccion u otra segun la polaridad del campo, que hace que seenvıen los datos de la cabeza a la memoria.

Los disquetes pueden estar formateados (y listos para usarse) o no. Cuando se da formatoa un disco, la unidad de disco crea un conjunto de anillos magneticos (pistas), por ambascaras y numerados desde 0 (para el anillo mas exterior), que despues de dividen en pequenossegmentos (sectores). Cada sector esta numerado de forma consecutiva y puede almacenarhasta 512 bytes. La unidad puede leer o escribir solo sectores completos. No todos los sectoresson de la misma longitud, pero sı almacenan la misma cantidad de datos (desperdician espacio).En el caso de los discos duros, para optimizar el espacio, se asignan mas sectores a las pistasmas largas.

Los discos duros estan compuestos de uno o mas platos montados en un eje central (pilade disquetes rıgidos cubiertos de una capa magnetica) en una caja sellada que contiene unmotor que hace girar los platos y un conjunto de cabezas de lectura y escritura. La velocidadde rotacion de los discos (mayor que en los disquetes) permite que se graben mas datos en lasuperficie ya que al girar mas rapido utiliza cargas magneticas mas pequenas para crear flujo decorriente en la cabeza de escritura/lectura. Es un dispositivo de acceso aleatorio, es decir,se puede acceder a la informacion de un cierto lugar sin leer todos los anteriores.

Las unidades de cinta leen y escriben datos digitales (1 y 0) en la superficie de una cinta.Las usan principalmente las empresas para almacenamiento de datos que no se usan con fre-cuencia, como copias de seguridad, ya que son poco costosas, fiables y de alta capacidad dealmacenamiento. Sin embargo, son dispositivos de acceso secuencial (es decir, es una tiralarga de material magnetico donde los datos se han escrito un bit tras otro) por lo que paraacceder a un lugar hay que recorrer todos los anteriores.

2.7.2. Almacenamiento optico

Almacenan datos en una superficie reflectora de manera que puede leerlos un rayo de luzlaser. El laser usa un rayo de luz estrecho y concentrado que se enfoca y dirige con lentes,prismas y espejos.

En este tipo de unidades, los datos se despliegan en una espiral continua. Se almacenan enformas de zonas (areas planas sobre la superficie de metal) y marcas (depresiones o huecos).Las zonas del disco reflejan la luz (indica un bit de datos con valor 1) y las marcas diseminanla luz (indica un bit de datos con valor 0).

La velocidad de lectura de los primeros dispositivos de CD era de 150 KBps (kilobytes porsegundo). Actualmente, las velocidades 2x, 4x, 8x,... son multiplos de la velocidad inicial. Ası,75x es una velocidad de 11250 KBps (aprox. 11 MBps).

Entre los dispositivos de este tipo de encuentran: discos compactos de solo lectura (CR-ROM), CD grabable (CR-R), CD regrabable (CR-RW), discos de vıdeo digital de memoria desolo lectura (DVD-ROM), DVD grabable (DVD-R), DVD regrabable (DVD-RAM, DVD-RWo DVD+RW). Las unidades de CD suelen tener una capacidad de 650-700 Mb (70-80 minutosde audio) y las de DVD de 4.7 Gb. Las unidades de DVD alcanzan mayores capacidades dealmacenamiento que los CDs ya que utilizan ambos lados del disco (incluso 2 capas), tecnologıasespeciales de compresion de datos y pistas extremadamente pequenas para almacenar datos.



2.7.3. Almacenamiento de estado solido

Es un tipo de almacenamiento que no es magnetico ni optico, no necesita mover una cabezao sensor para transformar los datos del estado magnetico u optico a la forma electronica. Sonmas caros y menos fiables que los anteriores, pero tambien mas rapidos. Dependen de circuitosintegrados para almacenar datos. Unos requieren de energıa electrica (volatiles) y otros no(no volatiles), segun el tipo de circuito de memoria que utilicen.

Dentro de este tipo de dispositivos encontramos las memorias flash, las tarjetas inteligentesy los discos de estado solido (SSD).

La memoria flash son un tipo especial de chip se usa en camaras digitales, reproductores deMP3, consolas de juego o en las unidades de memoria flash (vulgarmente conocidos comopendrives). Tiene ventajas de la memoria RAM (acceso aleatorio de lectura/escritura a losdatos) y de la memoria ROM (los datos se retienen cuando la energıa electrica esta apagada).

La tarjeta inteligente (smart card) es una tarjeta microprocesadora de las dimensiones deuna tarjeta de credito (o mas pequena, como por ejemplo, tarjetas SIM o GSM) con variaspropiedades especiales (por ejemplo, un procesador criptografico seguro, sistema de archivosseguro, caracterısticas legibles por humanos) y es capaz de proveer servicios de seguridad (comoconfidencialidad de la informacion en la memoria).

Los discos duros de estado solido utiliza chips de memoria muy rapidos (como la SDRAM=RAM Sincronica Dinamica, que es mucho mas rapida que la RAM estandar) para almacenardatos. Puede ser una unidad aislada que se conecta con un ordenador servidor o una tarjetaque se inserta en una ranura de expansion del servidor. Se suelen usar sobretodo para el alma-cenamiento en red a nivel empresarial. Son caros y volatiles (los modernos son no volatiles),por lo que muchos sistemas SSD incluyen baterias de respaldo y un conjunto de discos durosde respaldo.

2.8. Busqueda de informacion del sistema operativo en un disco

Todos los datos en un disco estan etiquetados. A la asignacion de dichas etiquetas es lo quese conoce como formato logico. Cada sistema operativo formatea los datos de forma diferente,configurando la superficie del disco de manera distinta dando lugar a un sistema de archivosdiferente. El sistema operativo es el responsable de administrar todas las operaciones del discoen un ordenador.

Cada sistema operativo utiliza un sistema de archivos diferente. Entre los mas popularesestan:

FAT=File Allocation Table: Se utilizo en MS-DOS y fue la base de los primeros sis-temas operativos en Windows. FAT32: Es una edicion extendida y mejorada del sistemade archivos FAT usada a partir de Windows 95. Los sistemas de archivo de tipo FAT sonsoportados por Linux y MacOS.

NTFS=New Technology File System: Es una mejora del sistema FAT, que permiteque los ordenadores usen nombre de archivo largos (mas de ocho caracteres). NTFS5 es



una version actualizada. En general, MacOS X provee soporte de solo lectura a particionesformateadas como NTFS (no escritura).

2.9. Representacion de datos en el ordenador

Este sistema de almacenamiento se realiza en formato digital. El lenguaje digital transformala informacion en valores numericos. Despues, estos numeros se pasan a lenguaje binario. Al serel ordenador un dispositivo electronico (como un interruptor), solo puede tener, en sus partesmas basicas, dos posiciones o estados

Encendido ON 1Apagado OFF 0

El valor representado por el estado de cada interruptor se conoce como bit=Binary Digit,que es la unidad de datos mas pequena posible que un ordenador puede reconocer y utilizar. Pararepresentar cualquier cosa (letras mayusculas y minusculas, numeros, signos de puntuacion,sımbolos, gamas de colores,...), el ordenador usa grupos de bits.

2.9.1. Codigos de texto

El codigo binario debe representar (aparte de numeros) las letras del alfabeto, los ımbolesde puntuacon y otros sımbolos, es decir, todos los caracteres que aparecen en un teclado. Enresumen, se necesita un codigo de texto. Los cuatro codigos de texto mas populares son:

EBCDIC: Quiere decir codigo ampliado de intercambio de caracteres decimalescodificados en binario. Usa 8 bits, de manera que puede representar 256 sımbolos. Se si-gue usando en sistemas IBM mainframe y de rango medio, pero raramente en ordenadorespersonales.

ASCII: Quiere decir codigo estandar estadounidense para el intercambio deinformacion. Usa 8 bits para valores del 0 al 127. Es el mas usado en ordenadoresde cualquier tipo.

ASCII extendido: Usa 8 bits para valores del 128 al 255: los 40 primeros son sımbolosque representan pronunciaciones y puntuaciones especiales, y los restantes son sımbolosgraficos.

Unicode: El estandar de codificacion de caracteres mundiales usa 4 bytes pararepresentar letras, numeros y sımbolos. Los primeros 256 codigos en Unicode son identicosa los 256 codigos en ASCII y ASCII extendido. Los restantes sirven para representarcaracteres de chino, japones, coreano, textos clasicos,.... pudiendo representar mas de 4mil millones de caracteres y sımbolos distintos.



Figura 10: Codigo EBCDIC http://www.portalhuarpe.com/Medhime20/Sitios con Med-

hime/Computacion/COMPUTACION/Menu/ Modulo 3/imagenes/27-figura.GIF

Figura 11: Codigo ASCII http://www.portalhuarpe.com.ar/medhime20/Sitios con Med-

hime/Computacion/COMPUTACION/Menu/ Modulo 3/imagenes/26-figura.GIF


apuntes temas 1 y 2

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