la informática

La Informática

Capítulo Introductorio

1.1 Introducción

La necesidad realizar tareas secuenciales y repetitivas, de cálculo y de gestión.Con la masificación de las computadoras, La ciencia y tecnología de la Computación e Informática pasan a estar entre las más promisorias.Sus avances han causado gran impacto en la sociedad y ha cambiado al vida laboral y privada de la gente.

1.2.1DefinicionesInformInformááticatica = IFORmación + AutoMATICADatoDato = secuencia de símbolos procesables e interpretablesInformaciInformacióónn = interpretación de datosComputadoraComputadora = Máquina procesadora de datos, vía algún programa ProgramaPrograma = Secuencia de instrucciones que procesa datosAplicaciAplicacióónn = Programas de apoyo a alguna actividad personal u organizacionalSistemas informSistemas informááticosticos = Conjunto de elementos (recursos) para explotar las aplicaciones.

1.2.2 Recursos de un Sistema Informático

Hardware = Computadores, periféricos, cables de red, impresoras,...Software = Aplicaciones de usuario final, Herramientas de construcción de aplicaciones,..Firmware = programas grabadas en la circuitería del hardware (ejemplo: en la ROM).Personal Informático = Recurso Humano

1.3 Representación de datos

Datos y programas están codificadas en el sistema binario (un bit es 1 o 0).Unidades de medida

1 Byte = 8 Bit

1 Kilobyte (KB) = 210 bytes = 1024 byte

1 Megabyte (MB) = 220 bytes = 210 KB = 1024 KB

1 Gigabyte (GB) = 230 bytes = 210 MB = 1024 MB

1 Terabyte (TB) = 240 bytes = 210 GB = 1024 GB

1 Petabyte (PB) = 250 bytes = 210 TB = 1024 TB

Ejemplo

100 hojas,cada una con capacidad de 80*60 caracteres, cuanto espacio de almacenamiento necesita?

80*60*100 = 240.000 caracteres

= 240.000 B (byte)

= 234,375 KB

= 1.920.000 bits

1.4 Estructura de un Computador

Unidades Masivas Unidades Masivas de Almacenamientode Almacenamiento

UnidadesUnidadesdede

EntradaEntrada

UnidadesUnidadesdede

SalidaSalidaUnid. A.LUnid. A.L.

Unid.ControlUnid.Control

CPUCPU

ComputadorComputador

Memoria Principal

1.4.2 Factores relevantes

Factores que influyen en la potencia de un computador:

Frecuencia del reloj interno (generador de pulsos)

Ancho de banda (bus de datos interno)

Longitud de palabra (8,16,32 y 64 bits)

Memoria principal (RAM)

Un PC •Procesador AMD Athlon™ 1 GHz Chasis convertible sobremesa/minitorre 256 KB de memoria caché/256KB de segundo nivel 128MB de memoria SDRAM a 133MHz 30GB de disco duro Lector de DVD-ROM: 16X Tarjeta gráfica: Savage4 integrated 8 MB SDRAM Monitor: NEC VR17 de 17" Tarjeta de sonido: integrada en placa Altavoces: Labtec® LCS-2414 Modem: PCI 56K V90 Microsoft® Windows® 98 Paquete de software multimedia con: Word 2000, Works 2000, Money 2000, MS Flight Simulator, IBM Voice Express, Salvat 99, AND Route Europe 2000, Norton Antivirus 2000 y Acrobat Reader 4.0.. Un año de garantía a domicilio (en mano de obra y piezas) y asistencia telefónica de por vida

1.5 El SoftwareUno o más programas, desarrollados en algún lenguaje de programación.Lenguaje de programación (instrucciones)

Lenguaje de máquina (dependiente de la máquina)

Lenguaje de alto nivel (C, C++, Java, Cobol, Pascal, Fortran,..)

Traductores (Compiladores e Intérpretes)

La ejecución real es realizada por el Sistema Operativo

Tipos de Software

El sistema operativo (S.O.) : El gran administrador de los recursos del computador

(Unix (ultrix,unix V, Solaris, linux,...), DOS, Windows.... Netware , OS2,...,VMS,...

Algunos Tipos de S.O.

Monousuario

Multiusuario

Multiproceso

Clasificación

Software Básico

Sistema operativo,traductores, cargadores,...

Software de construcción

Lenguajes de Programación,Herr. Case, Adm. Bases de Datos,...

Software de Aplicación

Paquetes de Software (Lotus, Word,...)

Aplicaciones específicas (Remuneraciones, Facturación, Contabilidad,...)

1.52 Organización de los datos

Bits (10010100010101...)Bytes (A2F4441BFF...) (8 bits)Símbolo (A, +, &, a, B, b,...)Números, letras, palabras, datoLista o conjunto de datos (archivos)Conjunto de archivos (base de datos)

1.6 Clasificación

Analógicas / Digitales / HíbridasSupercomputadoras

billones de operaciones / seg , con procesadores en paralelo

Simulación de modelos complejos

Macrocomputadoras (Mainframe)

Uso intensivo en Memoria, procesamienot y E/S

1.6 Clasificación

Minicomputadora

Similar al Mainframe, en escala menor

Estaciones de Trabajo

Computador personal de alta potencia

Utilización en tareas específicas

CPU RISC, S.O. UNIX

Ordenadores personales

Computadora monousuario, de uso general

1.7 Aplicaciones de la informática

Porqué de la informática

Volumen explosivo de datos

Evitar la duplicación de datos en distintos procesos

Realización de tareas repetitivas y rutinarias

Procesamiento distribuido de datos

Necesidad de precisión y rapidez

Globalización de los mercados

Toma de decisiones en la gestión empresarial

1.7.2 Tendencias y aplicaciones

Inteligencia artificial, Informática Gráfica, Realidad virtual

Aplicaciones

industriales y de ingeniería

Procesamiento de datos administrativos

Científicas, médicas y biológicas

Militares

Educación

Arte y humanidades

Otros

Tarea

Investigar acerca de las siguientes temáticas:

Partes y piezas y funcionamiento del Computador (PC)

Estructura y recursos de un centro de cómputos

Clasificación de las computadoras

Aplicaciones de la informática (Profundizar en un producto)

Representación de la Información

Introducción

Un computador trata con datos y programas que los procesa. ¿Cómo se representan ?

Bits (10010100010101...)

Bytes (A2F4441BFF...)

Símbolo (A, +, &, a, B, b,...), o caracteres

Números, letras, palabras, dato

Lista o conjunto de datos (archivos)

Conjunto de archivos (base de datos)

Existe una relación entre caracteres y sistema o código binario

{Caracteres} {0,1}n

Ejemplo: carácter CódigoA 100 [notación: (100)2 ]B 011C 110D 111E 101

{A,B,C,D,E} {0,1}3

Notación: (100)2

Sistema de numeración

Sistemas de numeración más utilizados:

Decimal

{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9}n Ej: (1256,5)10

Binario

{0,1}n Ej. (101110)2

Octal

{0,1,2,3,4,5,6,7}n Ej (72146)8

Hexadecimal

{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F}n Ej. (FF012A)16


Representación posicional de un sistema numérico en base b, en general:(dn-1 dn-2 ...d1 d0 .d-1 d-2 ....d-m )b =dn-1* bn-1+dn-2* bn-2+...+d1* b1+d0* b0+d-1 b-1

+d-2* b-2+....+d-m* b-m =

10

m

1nk

kk b*d


Representación posicional de un sistema numérico en diferentes bases, ejemplo:

(165,4)8 = 1*82+6*81+5*80+4*8-1=(117,5)10

(1011,01)2 = 1*23+0*22+1*21+1*20+0*2-1+1*2-2=

(FA13,B)16 = 15*163+10*162+1*161+3*160+11*16-1=

Operaciones BinariasSuma Resta Producto División

A B A+B A-B A*B A/B

0 0 0 0 0 Indetermina- do

1 0 1 1 0 Infinito

0 1 1 1 y debo 1

0 0

1 1 0y Reservo

1

0 1 1

Ejemplos

1001101110 1001001 11001011*101+1110000111 - 110011

100111001*10 11010 : 10

Relación con otras basesDec Bin Oct Hex Dec Bin Oct Hex

0 0 0 0 9 1001 11 91 1 1 1 10 1010 12 A2 10 2 2 11 1011 13 B3 11 3 3 12 1100 14 C4 100 4 4 13 1101 15 D5 101 5 5 14 1110 16 E6 110 6 6 15 1111 17 F7 111 7 7 16 10000 21 108 1000 10 8 17 10001 22 11

Equivalencia Binaria, Base 3, Oct. y Hex.

1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 02 3 0 1 1 2 3 2

1 3 0 5 5 6B 1 6 E

Binaria

Base4

Octal

Hexadec.

Utilizando la equivalencia de la tabla anterior, podemos transformar, fácilmente, un número de una base a otra, sólo dividiendo el número y agrupando de manera correcta

Ejemplo : (1011000101101110)2

Equivalencia Binaria, Base 3, Oct. y Hex.

B 1 6 E1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 01 3 0 5 5 6

Hexadec

Binaria

Octal

Utilizando la equivalencia de la tabla anterior, podemos transformar, fácilmente, un número de una base a otra, sólo dividiendo el número y agrupando de manera correcta

Ejemplo : (B16E)16

Cambio de BaseHemos revisado el método para transformar número en base b a otro de base 10. También, hemos revisado el método inversoEn general, para transformar un número de base b en otro de bases c, se puede puede utilizar la base 10 como intermedio:

(x)b => (y)10 => (z)c

Ejemplo : (110)2 => (6)10 => (11)5

Códigos de E/SSi

es el conjunto de m caracteres de E/S y

es el conjunto de símbolos de representación interna (con largo de n bits):={0,..,9,a,..,z,A,..,Z!”·$%&/()..}={0,1}n

Entonces n es de largo tal que m <= 2n

o log2 m >= n

NOTA: n es el largo de la PALABRA

Códigos de RepresentaciónBCD (Binary Coded Decimal) :

n = 6 (cada carácter es representado por 6 bits)

m = 26=64 (podemos representar 64 caracteres)

1 bit adicional de paridad ( n = 7)

EBCDIC(Extended Binary Coded Decimal Interchange Code)



ASCII(American Standard Code for Information Interchange)



1 bit adicional de paridad ( => n = 8)

n = 8 y m= 256 ASCII EXTENDIDO

Representación de Tipos de Datos

Lógicos : V=1, F=0

Hacer 0 todos los bits para representar F y hacer 1 todos los bits para representar V

Hacer 0 el bit más a la derecha para F y hacer 1 el bit más a la derecha para V

Hacer 0 todos los bits para F y hacer 1 cualquier bit de la palabra para representar V

Representación de Tipos de Datos

Carácter : se representan por medio de la secuencia de bits (8 bits o 1 Byte) (ASCII o EBCDIC)

Tipo de Dato EnteroMódulo y SignoEjemplo

S M45 0 00000101101

- 45 1 00000101101 ( n = 12)Obs:Rango simétrico : -2n-1+1 <= X <= 2n-1-10 00000.. y 1 00000... representan el 0

Tipo de Dato EnteroComplemento a 1 (C-1)

S M45 0 00000101101

- 45 1 11111010010 (n=12)

Obs:Rango simétrico : -2n-1+1 <= X <= 2n-1-10 00000.. y 1 111111... representan el 0

Tipo de dato enteroComplemento a 2 (C-2)

S M45 0 00000101101

+ 1(C-1) - 45 1 11111010010 (C-2) - 45 1 11111010011

Obs:Se ignora el último “acarreo”Rango asimétrico : -2n-1 <= X <= 2n-1-10000000.. representan el 0

Tipo de dato enteroExceso a 2n-1

Si la palabra es de 8 bits (n=8) entonces el exceso es:

2n-1 = 2 8-1 = 27 = 128

Así45 -> 45+128 = 173 = (10101100)2

-45 -> - 45+128 = 83 = (01110110)2

Obs:Rango asimétrico : -2n-1 <= X <= 2n-1-110000000.. representan el 0

Tipo de dato enteroBCD

Ejemplo con palabra tamaño n = 16

45 0000 0000 0100 01012

- 45 0001 0000 0100 01012

Obs:

Cada digito se representa por su corres-pondiente código BCD

0001 corresponde al símbolo negativo

Tipo de dato realNotación exponencial, científica o de punto flotante

Número = mantisa * baseexponente

Ejemplo, en el sistema decimal :

56981,23 = 0,5698123 * 105 (5 dígitos en parte entera)

Mantisa = 5698123Base = 10Exponente = 5



Ejemplo, en el sistema binario :

(56981,23)10 = (1101111010010100,1110101110000)2

= 0,11011110100101001110101110000 *216

(16 dígito en la parte entera)Mantisa = 11011110100101001110101110000Mantisa (C-1) = 11011110100101001110101110000Base = 2Exponente = 16




(-56981,23)10 = -(1101111010010100,1110101110000)2

= - 0,1101111010010100111010111 *216

(16 dígito en la parte entera)Mantisa = - 1101111010010100111010111 Mantisa (C-1) 1 0010000101101011000101000Base = 2Exponente = 16




(0,008254)10 = (0,000000100001110)2

= 0,100001110 *2-6

(16 dígito en la parte entera)Mantisa = 100001110Mantisa (C-1) =0 100001110 Base = 2Exponente = -6




(- 0,008254)10 = (-0,000000100001110)2

= -0,100001110 *2-6

Mantisa = - 100001110Mantisa C-1 = 1 011110001Base = 2Exponente = -6

Tipo de dato real

Signo (1 bit) Exponente (8 bits) Mantisa (23 bits)Signo (1 bit) Exponente (11 bits) Mantisa (52 bits)

•La cantidad de bits para la representación de un valor real está dada por el tamaño de la palabra, la que define el grado de precisión del valor representado. Normalmente se utilizan 32 o 64 bits, distribuidos de la siguiente forma:

Tipo de dato realSon varias las alternativas para representar los valores enteros de Exponente, Mantisa y la Base:

Exponente : MS y ExcesoMantisa : C-1 o C-2Base : 2 o potencia de 2Signo del exponente : 0 = positivo, 1 = negativo

Signo (1 bits) Exponente (8 bits) Mantisa (23 bits)Signo (1 bits) Exponente (11 bits) Mantisa (52 bits)

0 00000110 11111111111111010010110

Tipo de dato realEjemplo : Exponenente : MS

Mantisa : C-1Base: 2 y n=32

-45,125 = - 101101,001 = - 101101001*2-6

Mantisa = - 0000000000000101101001 (22 bits)Mantisa (C-1) = 1 1111111111111010010110 (23 bits)Base = 2Exponente = 6 = 00000110 (8 bits)Signo Exponente = 0 (positivo) (1 bit)

00000011011111111111111010010110

TareasUtilizando los métodos vistos en clases, utilice la planilla Excel para el proceso de cambio de bases:

10 a cualquier otra base.

De cualquier base a base 10

De cualquier base a cualquier otra baseInvestigar sobre y generar informe en Word

Tabla de códigos ASCII y la EBCDIC, BCD

Para cada tabla de código, tabule los símbolos y sus correspondientes representaciones en Binario, Octal y Exadecimal

Representación de los tipos de datos almacenados en la memoria RAM

Estructura de un computador

Transferencia de datos entre unidades mediante bus de datos

Interno (hacia y desde CPU, RAM,..)

Externo (hacia y desde DD, CD,Teclado,Mouse,...)

UnidadA

UnidadB

Controladory un puerto E/S

Bus de datos Ext.

0101001010010101

Bus de datoInterno

Placa base

Placa Base


Transferencia de datos entre unidades mediante bus de datos

Interno (hacia y desde CPU, RAM,..)

Externo (hacia y desde DD, CD,Teclado,Mouse,...)

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1


Bus de direcciones : un dato a ser transportado está almacenado en alguna dirección de memoria o del periférico, el bus de direcciones transporta dicha dirección.

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

RAMRAMBus de direcciones


Bus de Control : Transportan señales de control y de estado, para dirección de transferencia de datos, temporización de eventos de eventos y transmisión de interrupción

Bus de Datos

CPU Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

Periférico 1

Controlador 1

RAMRAMBus de direcciones Hilos de control

Memoria RAM

Memoria interna del computadorCada byte (8bits) de la memoria posee una dirección específica, cuyo espacio está definido por el tamaño del bus de direcciones (si el tamaño del bus es de 32 bits, es posible direccionar hasta 4 GigaByte de memoria aprox.)

Memoria RAM

Factores de potencia:

Tiempo de acceso t : tiempo máximo de lectura/escritura (de una palabra)

Tiempo de ciclo tc : tiempo mínimo entre dos lecturas consecutivas

Ancho de banda AB : Número de palabras que se transfiere entre la CPU y la RAM por unidad de Tiempo. AB=1/tc

Registros de la RAM

Registro de Direcciones de MemoriaRegistro de Direcciones de Memoria

Decodificador de DirecciDecodificador de Direccióónn

Memoria Principal (RAM)Memoria Principal (RAM)

Registro de DatosRegistro de Datos

Bus de datos y bus de direcciones

Dirección

Dato

Jerarquía de la memoria RAM

Memoria Virtual : La de porción de la memoria RAM que no se está utilizando se almacenada en Disco Duro, y se carga cuando se le necesitaMemoria Caché : Memoria pequeña intermedia entre la CPU y la RAM, es de acceso rápido y almacena los últimos datos utilizados

Parámetros de comparación de la Memoria

c: Costob: Ancho de Banda (bit/seg)t: Tiempo de Acceso (nanosegundos)s: Capacidad de Almacenamiento (MB)

Parámetros de comparación de la Memoria

•Registro de CPU•Memoria Caché•Memoria Principal•Discos Magnéticos•Cintas Magnéticas•Discos Opticos (CD)

c,b t,s

Unidad Central de Proceso (CPU)

Es un CHIP llamado ProcesadorEjecuta las instrucciones de un programa almacenado en la memoria RAMPosee dos elementos funcionales:

Unidad Aritmética y lógica

Unidad de Control

Unidad Aritmética y Lógica

La unidad de control le indica qué operación (aritmética o lógica) debe ejecuta.Posee un circuito operacional (ejecutor) y 3 registros (32 o 64 bits) complementarios:

Registro de entrada (RE): contiene el datos sobre la cual se va a realzar la operación.

Registro de estado (RS): bits indicando el estado de la ultima operación(desbordamiento,signos,..)

Registro acumulador: contiene el resultado de cada operación.

Esquema de la unidad Aritmético-Lógico

RegistroRegistrode Estadode Estado

Registro AcumuladorRegistro Acumulador

Registro de entradaRegistro de entrada

CircuitoCircuitoOperacionalOperacional

Bus de datosBus de datos

Unidad de ControlAdministra todos los recursos de la computadora, para ello:

Controla la secuencia en que se ejecutan las instrucciones.

Controla el acceso del procesador a la memoria principal.

Regula lo tiempos de todas las operaciones que ejecuta la CPU.

Envía señales de control y recibe señales de estado del resto de l as unidades.

Unidad de Control

Posee:

Contador de programas (CP): contiene la dirección de la próxima instrucción a ejecutar.

Registro de instrucción (RI): contiene la instrucción que está en ejecución (Código de la instrucción + dirección o valor de los operandos)

Decodificador: interpreta la instrucción y la ejecuta por medio del Secuenciador

Unidad de Control (continuación)

Reloj : proporciona una secuencia de impulsos a intervalos constantes para sincronizan la secuencia de los pasos(microinstrucciones) de la instrucciones en curso

Secuenciador: Genera órdenes elementales (microinstrucciones) que sincronizadas por el reloj hacen que la instrucción en curso se vaya ejecutando poco a poco.

Unidad de Control

Decodificador

Registro de Instrucción

Reloj

Contador de programa

Secuenciador

Funcionamiento de las computadoras

Los programas son ejecutados por la CPU, de instrucción a la vez.Un ciclo de instrucción comprende dos fases:

Búsqueda: La instrucción pasa de memoria principal a la unidad de control

Ejecución: acciones necesarias para llevar a cabo dicha instrucción.


1. El programa debe estar en la memoria principal

2. El Contador de Programa (CP) contiene la dirección de memoria donde comienza un programa

3. La unidad de control ordena que el contenido del CP se transferido al registro de dirección de memoria.


4. Después de transcurrido el tiempo de acceso a memoria, se almacenará el dato contenido en la memoria indicada en el registro de dato.

5. Ese dato es traducido a una instrucción y almacenada en el Registro de Instrucción (RI).

6. La Unidad de Control interpreta la instrucción e informa al Secuenciador

7. CP = CP+1 o CP=CP+ k , k>1 si existe bifurcación debido a un salto producto de un if, while , for, goto,...(si no es fin, ir a Pto.3)

EjemploProblema : Calcular S=X+YVariables de Entrada : X,Y desde tecladoVariables de salida : S en monitorLongitud de palabra : 16 bits

(4 para código de instrucción y 12 para dirección)

24 = 16 instrucciones posibles (i)

212 = 4.096 posiciones de memoria direccionables (m)

i m0001 0000000101100001 000000010110Ej.

Ejemplo: descripción de las instrucciones

Supongamos las siguientes instrucciones0001 Almacena en la posición de memoria m un dato leído desde teclado. TEC m0011 Almacena en la posición de memoria m el contenido del registro acumulador de la ALU. ALM m0101 Cargar en el registro acumulador de la ALU, el contenido de la posición de memoria m. CAR m0100 Sumar el contenido de la posición de memoria m y contenido del registro acumulador de la ALU, SUM m0010 Mostrar en el monitor el contenido de la posición de memoria m. MON m

Programa ejemploSupongamos que siguiente código está almacenado en la posición m=12 (000000001100)i m código0001 000000100001

TEC33

0001 000000100010

TEC340101 000000100001

CAR 33

0100 000000100010

SUM 340011 000000100011

ALM 35

0010 000000100011

MON 35

Ejecución

1. CP = 12 (000000001100)2. RI = contenido de lo “direccionado” por CP

RI = 0001 0000001000013. CP = CP +1, (CP = 12 +1=13)4. Unidad de control extrae Código de Instr.

COP=0001 (TEC), m = 000000100001 (33)lee el valor desde teclado y lo almacena en

la dirección m (33)

Ejecución

1. RI = contenido de lo “direccionado” por CPRI = 0001 000000100010

3. CP = CP +1 (CP=13+1=14)4. Unidad de control extrae Código de Instr.

COP=0001 (TEC), m = 000000100010 (34)lee el valor desde teclado y lo almacena en

la dirección m=34

Ejecución



COP= 0101 (CAR), m = 000000100001 (33)Almacena en registro de ALU el contenido de la posición m=33 de la memoria RAM

Ejecución



COP= 0100 (SUM), m = 000000100010(34)Suma el registro de la ALU con el contenido en la posición m=34 de la RAM.

Ejecución



COP= 0011 (ALM), m = 000000100011(35)Almacena el contenido del registro de la ALU en la posición m035 de la RAM.

Ejecución



COP= 0010 (ALM), m = 000000100011(35)Muestra en el monitor el contenido de la posición de memoria m = 35 de la RAM.

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