Alexandra Prada Alonso

1. La información analógica y digitalLa información es un conjunto

organizado de datos procesados, que constituyen un mensaje sobre un determinado ente o fenómeno.

Los datos se perciben, se integran y generan la información necesaria para producir el conocimiento que es el que finalmente permite tomar decisiones.

Cuando este conjunto de datos obtenidos quieren ser almacenados en un dispositivo físico, éste puede realizarse de forma analógica o digital.

AnalógicoDatos continuos

Magnitudes que varían en el tiempo de forma continua

Ejemplos: distancia, velocidad, temperatura

Se obtiene al transformar las magnitudes reales en otras susceptibles de ser almacenadas.

Las señales analógicas reales tienen todas un ruido que se traduce en un intervalo de incertidumbre

DigitalDatos discretos

Cantidades que varían en el tiempo de forma discreta.

Ejemplo: personas en una sala, libros en una biblioteca…

Se obtiene de magnitudes reales o analógicas.

Las señales digitales también poseen un intervalo de incertidumbre

La conversión analógico - digitalLa digitalización o conversión analógica-digital

(conversión A/D) consiste básicamente en: Realizar de forma periódica medidas de la amplitud (tensión) de

una señal. Ejemplos:

La que proviene de un micrófono si se trata de registrar sonidos. Un sismógrafo si se trata de registrar vibraciones. Una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel variable de tensión de

interés. Redondear sus valores a un conjunto finito de niveles

preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación).

Registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte.

La conversión A/D también es conocida por el acrónimo inglés ADC (analogue to digital converter).

1. Muestreo: el muestreo (en inglés, sampling) consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda (información analógica).

La velocidad con que se toma esta muestra (la cual debe de ser constante), es decir, el número de muestras por segundo, es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

A mayor frecuencia de muestreo, mayor calidad.2. Retención (en inglés, hold): las muestras tomadas han de ser

retenidas (retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación).

Desde el punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático.

3. Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras y se le asigna a un intervalo de valores analógicos un único valor numérico, con lo que la información se convierte en un conjunto de valores discretos.

Cuanto más pequeño sea el intervalo, mayor calidad tendrá la señal4. Codificación: la codificación consiste en traducir los valores

obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de códigos que también son utilizados (hexadecimal y octal)

Un ordenador o cualquier sistema de control basado en un microprocesador no puede interpretar señales analógicas, ya que sólo utiliza señales digitales. Es necesario traducir, o transformar en señales binarias, lo que se denomina proceso de digitalización o conversión de señales analógicas a digitales. En la gráfica inferior se observa una señal analógica, que para ser

interpretada en un ordenador ha de modificarse mediante digitalización. Un medio simple es el muestreado o sampleado. Cada cierto tiempo se lee el valor de la señal analógica.

Si el valor de la señal en ese instante está por debajo de un determinado umbral, la señal digital toma un valor mínimo (0).

Cuando la señal analógica se encuentra por encima del valor umbral, la señal digital toma un valor máximo (1).

El momento en que se realiza cada lectura es ordenado por un sistema de sincronización que emite una señal de reloj con un período constante. Estas conversiones analógico-digitales son habituales en adquisición de datos por parte de un ordenador y en la modulación digital para transmisiones y comunicaciones por radio.

Ventajas e inconvenientes Cuando una señal digital es atenuada o

experimenta perturbaciones leves, puede ser reconstruida y amplificada mediante sistemas de regeneración de señales.

Cuenta con sistemas de detección y corrección de errores, que se utilizan cuando la señal llega al receptor; entonces comprueban (uso de redundancia) la señal, primero para detectar algún error, y, algunos sistemas, pueden luego corregir alguno o todos los errores detectados previamente.

Facilidad para el procesamiento de la señal. Cualquier operación es fácilmente realizable a través de cualquier software de edición o procesamiento de señal.

La señal digital permite la multigeneración infinita sin pérdidas de calidad.

Es posible aplicar técnicas de compresión de datos sin pérdidas o técnicas de compresión con pérdidas basados en la codificación perceptual mucho más eficientes que con señales analógicas.

Los dispositivos digitales de almacenamiento pueden ser empleados de manera universal para cualquier tipo de información

Se necesita una conversión analógica-digital previa y una decodificación posterior, en el momento de la recepción.

Si no se emplean un número suficientes de niveles de cuantificación en el proceso de digitalización, la relación señal a ruido resultante se reducirá con relación a la de la señal analógica original que se cuantificó. Esto es una consecuencia de que la señal conocida como error de cuantificación

Se hace necesario emplear siempre un filtro activo analógico pasa bajo sobre la señal a muestrear con objeto de evitar el fenómeno conocido como aliasing, que podría hacer que componentes de frecuencia fuera de la banda de interés quedaran registrados como componentes falsos de frecuencia dentro de la banda de interés.

Asimismo, durante la reconstrucción de la señal en la posterior conversión D/A, se hace también necesario aplicar un filtro activo analógico del mismo tipo (pasa bajo) conocido como filtro de reconstrucción.

Para transmitir o almacenar información digital es preciso mayor ancho de banda o capacidad de almacenamiento.

Sistemas de numeraciónUn sistema de numeración es un conjunto de

símbolos y reglas que permiten expresar cualquier cantidad numérica de un conjunto dado.

Los sistemas de numeración que vamos a ver son sistemas posicionales, es decir, que emplean un número máximo de dígitos diferentes cuyo valor depende de la posición que ocupe y de la base de numeración empleada.

En el tema que nos ocupa tenemos cuatro tipos:Sistema decimal.Sistema binario.Sistema hexadecimal.Sistema octal

Es importante saber sus relaciones y transformaciones de uno a otro sistema.

Sistema de base 10 Emplea 10 dígitos (del 0 al 9).

Es el más empleado en todo el mundoFue introducido en España por los árabes,

aunque procede de la India.Cada orden de unidad equivale a diez del

orden anterior

Sistema de base 2 Emplea 2 dígitos (el 0 y el 1).

Cada orden de unidad equivale a 2 del orden anterior

Su importancia radica en la facilidad para codificar los dos símbolos que emplea. El 0 y el 1, a nivel eléctrico o electrónico, mediante contactos abiertos o cerrados (no pasa/pasan electrones) o como ausencia/presencia de tensión eléctrica .

Sistema de base 16 Emplea 16 símbolos

(del 0 al 9 y seis letras: A, B, C, D, E y F).

Cada orden de unidad equivale a 16 del orden anterior

Es uno de los sistemas más utilizados en electrónica, ya que además de simplificar la escritura de los números binarios, todos los números del sistema se pueden expresar en cuatro bits binarios al ser 16 = 24.

Sistema de base 8 Emplea 8 dígitos (del 0 al 7).

Cada orden de unidad equivale a 8 del orden anterior

Este sistema tiene una peculiaridad que lo hace muy interesante y es que la conversión al sistema binario resulta muy sencilla ya que 8 = 23.

Conversión entre sistemas: Uso de la expresión polinómica

)10(210

)8(

)10(10

13)16(

103210

2

157128245828385235

212208416131644

138401212120211101

E

E

nn

nn bababababaN

11

22

11

00 ...

Los números se pueden representar en distintos sistemas de numeración que se diferencian entre si por su base.

Así el sistema de numeración decimal es de base 10, el binario de base 2, el octal de base 8 y el hexadecimal de base 16.

Cualquier número de cualquier base se puede representar mediante la siguiente ecuación polinómica:

Se divide el número del sistema decimal entre 2, cuyo resultado entero se vuelve a dividir entre 2, y así sucesivamente. Ordenados los restos, del último al primero, éste será el número binario que buscamos.

Paso de sistema decimal a octal

810 721465

Primer método: Se divide el número decimal entre 8.

La parte decimal se multiplica por 8 y el resultado es la primera cifra octal.

La parte entera se vuelve a dividir entre 8. Así sucesivamente hasta que la parte entera sea inferior a

8.

Paso de sistema decimal a octal Segundo método:

Se transforma primero el número decimal a binario como vimos en el apartado anterior.

Agrupamos ahora de tres en tres los número binarios empezando de derecha a izquierda.

Transformamos esas agrupaciones a números decimales que estarán comprendidas siempre entre 0 y 7.

Paso de sistema decimal a hexadecimal Primer método:

Se divide el número decimal entre 16. La parte decimal se multiplica por 16 y el resultado es la

primera cifra octal. La parte entera se vuelve a dividir entre 16.

Así sucesivamente hasta que la parte entera sea inferior a 16.

Paso de sistema decimal a hexadecimal Segundo método:

Se transforma primero el número decimal a binario como vimos en el apartado anterior.

Agrupamos ahora de cuatro en cuatro los número binarios empezando de derecha a izquierda.

Transformamos esas agrupaciones a números hexadecimales, recordando que van del 1 al 9 y luego las letras A, B, C, D, E y F.

2. La información los ordenadoresHasta ahora hemos estudiado

la información como una representación de fenómenos, objetos o sucesos.

Además de convertir la información de analógica a digital, hay que almacenarla y procesarla.

En este tema veremos los principales dispositivos de almacenamiento y procesadores que se encuentran en los ordenadores.

Dispositivos de almacenamientoUn dispositivo de almacenamiento es cualquier aparato o

componente de un ordenador capaz de guardar los datos en formato digital y de manera estable (sin necesidad de consumo de energía)

Según su tecnología

Almacenamiento magnético

AlmacenamientoÓptico

AlmacenamientoMagneto-óptico

Memorias volátilesMemorias

permanentes en estado sólido

Almacenamiento magnéticoEs una técnica que consiste en la aplicación

de campos magnéticos a ciertos materiales capaces de reaccionar frente a esta influencia y orientarse en unas determinadas posiciones (Norte (1)y Sur (0)) manteniéndolas hasta después de dejar de aplicar el campo magnético.

Proceso de grabación y lectura: La orientación magnética se consigue

mediante cabezales. Los cabezales son transductores encargados

de trasformar la energía eléctrica en flujo magnético y viceversa.

Los equipos profesionales tienen 3 cabezales: Borrador, Grabador, Reproductor.

Cabezal de borrado. Realiza el proceso de desmagnetización de la cinta que

puede hacerse de dos modos: Por imantación uniforme: La cinta es remagnetizada

por un campo exterior constante. Es un fallo o error. Por dejar las partículas magnéticas en estado neutro.

Es el modo más utilizado por los sistemas profesionales porque eliminan el ruido de fondo del borrado.

Cabezal de grabación Al grabar, la señal eléctrica se transforma en señal

magnética. El cabezal grabador magnetiza la cinta según el patrón

deseado (en función de la señal de audio). Para ello, cuando la cinta pasa por el hueco (entrehierro)

que hay entre los polos del electroimán se producen campos magnéticos que reproducen la señal eléctrica (que, a su vez, reproduce la señal sonora original).

Cabezal de lectura o reproducción. Al reproducir, la señal magnética se transforma en

señal eléctrica. Para la lectura / reproducción, la cinta se mueve

nuevamente en el hueco (entrehierros) que hay ente los polos del electroimán, revirtiendo los campos magnéticos nuevamente en un voltaje alterno (señal eléctrica) que es inducido corrientes en los alambres que rodean al núcleo.

Esta señal eléctrica, los altavoces se encargaran de convertirla en señal de audio.

Materiales: Suelen ser: hierro, cobalto, níquel, alguno

óxidos de cromo y manganeso Se colocan en forma de película fina que

recubre un soporte de la requerida robustez mecánica.

Tipos: Disco flexible Uso obsoleto

Capacidad 1,4MB Lentitud en el proceso de grabación y lectura

Disco duro: Formado por varios discos rígidos montados sobre

un eje Cada disco está organizado mediante coronas y

sectores circulares, definiendo a los sectores. Los sectores son la unidad básica de información y

suelen almacenar 512 bytes cada uno.

VENTAJAS

•Rapidez de rotación (entre 4200 y 15000 rpm)

•Rapidez de acceso a la información

•Posibilidad de realizar el proceso de grabación sobre la misma superficie en un número elevadísimo de ocasiones.

•Almacenamiento de grandes cantidades de información (500GB)

INCONVENIENTES

•Son sensibles a campos magnéticos externos

•Muy sensibles a los golpes

Almacenamiento ópticoEs una variante de almacenamiento informático

surgida a finales del siglo XX consistente en la lectura a través de haces de luz que interpretan las refracciones provocadas sobre su propia emisión.

Esta tecnología codifica la información digital haciendo orificios o surcos sobre un material.

Proceso de grabación y lectura:La superficie de los discos contiene hendiduras que

modifica la reflexión de un rayo láser.Un lente interpreta, descodifica la información que se

halla en las hendiduras (pits) y en los llanos (lands) y la convierte en números binarios.

La combinación de pits y lands codifica la información digital, que está ordenada en forma de espiral:

Transición de pit a land o viceversa (1) Longitud de cada pit o land (número de 0)

Tipos: CD-ROM (Disco compacto de sólo lectura) CD-R (Disco compacto grabable) CD-RW (Disco compacto regrabable) DVD (Disco versátil digital)

Materiales y discos: Discos originales:

Fabricados mediante un troquel metálico que se emplea para estampar una capa de policarbonato

Posteriormente se recubre de una capa fina de material metálico (aluminio)

Se envuelve de plástico protector. Discos grabables:

Igual que los originales, sólo que la capa de material metálico está pigmentada, para que el rayo láser altere sus propiedades.

En los discos regrabables, la capa pigmentada puede volver a su color original gracias al calor del láser.

Unidades reproductoras: La posibilidad de leer CD y DVD reside en que

el láser pueda emitir en diferentes longitudes de onda

Más altas para la lectura del CD Más bajas para la lectura de DVD

VENTAJAS

•Bajo coste

•Inmune ante los campos magnéticos

INCONVENIENTES

•Susceptibles por efecto del calor o la luz

•Superficie rayada por el uso

•Vulnerables a agentes biológicos

Almacenamiento magneto-ópticoEs una tecnología que usa los dos tipos de

almacenamiento anteriormente vistos. Esta tecnología codifica la información digital

mediante codificación magnéticaEsta tecnología lee la información mediante

medios ópticos.Proceso de grabación:

Calentamiento de una pequeña zona por encima de 180ºC para que pierda el magnetismo.

Un cabezal orienta la zona codificando la información

El material se enfría y la información grabadaProceso de lectura:

El láser se ocupa de la lectura, aprovechando las diferentes reflexiones que ofrecen las zonas magnetizadas.

VENTAJAS

•Gran durabilidad

•Capacidad acorde con lo necesitado hoy en día.

TIPOS

•5 ¼ : capacidad de 2,3 GB

•3 ½ : capacidad de 1,3 GB

•Minidisc: tamaño (7x6cm), capacidad hasta 1GB

INCONVENIENTES

•Lectores especiales

Memorias volátilesTambién llamada Memoria RAM (Random

Access Memory)Almacena información digital mediante campos

eléctricos en pequeños condensadores

VENTAJAS

•Gran velocidad de escritura y lectura

•Es imprescindible para almacenar datos y programas mientras dura la ejecución

INCONVENIENTES

•Necesita alimentación eléctrica para mantener los datos en sus circuitos integrados

Memorias permanentes de estado sólidoTambién llamadas memorias flashCodifican la información mediante campos

eléctricos, que son retenidos por condensadores que se encuentran es circuitos integrados:Carga negativa: 0Carga positiva: 1

VENTAJAS

•No precisan alimentación eléctrica para mantener datos.

•Son de tamaño reducido

•No les afectan los campos magnéticos

•No tienen piezas móviles (no hay desgasto)

TIPOS

•Memorias en pequeñas tarjetas.

•Memorias alojadas en dispositivos conectables por USB

•Memorias de gran capacidad para uso interno de los ordenadores.

ProcesadoresUn procesador o microprocesador es un dispositivo que

recibe información, la transforma y gestiona según un programa establecido y devuelve el resultado.

Es el centro funcional de los ordenadores y de otros electrodomésticos o incluso el DNI.

Constitución y principio de funcionamiento

•Es un circuito integrado que contienen millones de componentes que procesan la información de acuerdo con la lógica binaria.

•La lógica binaria responde al algebra de Boole.Funcionamiento

•Los datos llegan al microprocesador a través de la memoria RAM

•Se ejecutan las órdenes sobre los datos entrantes y se devuelve los datos de salida.

•Los datos de salida se almacenan a través de la memoria del sistema.

3. Digitalización y codificación de textoToda la información que introducimos en un

ordenador puede ser modificada (aspecto, copiar o pegar en otro documento…)

Esto es posible gracias a que la información queda almacenada con unos métodos de codificación estándares (normas ISO).

Codificación ASCIICódigo ASCII (American Estándar Code for

Informaction Interchange)Se creó en la década de los setentaSe emplea para asignar a cada letra y carácter de

control un código entre el 0 y el 127

Códigos ASCII extendidos:Se creó para poder representar lo caracteres

específicos de lenguajes (acentos, diferentes caracteres…)

Tipos de código Código 437

Codificación inglesa Utiliza 256 códigos Sistema operativo MS-DOS

Código 850 Codificación europea occidental Utiliza 256 códigos

ISO8859-1 Parte de una norma ISO y codifica el alfabeto latino Utiliza 256 códigos

Unicode Codificación mundial Utiliza 50000 símbolos (los primeros 256 son coincidentes con

ISO8859-1

4.Digitalización de la imagenToda la información que nos llega de una

imagen en soporte digital es mediante conversores analógico – digital (cámaras de fotos, escáneres)

Una vez recibida pueden realizarse modificaciones y adaptarlas a nuestras necesidades.

Conversión analógico – digital de la imagenLos dispositivos capturadores transforman la

imagen a un dato numérico mediante una malla, que codifica el color de la imagen.

Cada celda se denomina pixel y su cantidad determina la resolución de la imagen.

El pixel está codificado por la profundidad de color (bits que codifican el color)

Formatos de archivos contenedores de imágenesPara poder manejar los archivos de imágenes, se

indica su formato mediante una extensión de su nombre de archivo (jpg, bmp, gif…)

Cada formato para guardar la información digital tiene unas característica, de entre las cuales destacan: Compresión

Empleo de algoritmos de compresiónCuidado con la pérdidas de datos (destructiva)

Cantidad de coloresLimitan la cantidad de colores posibles

(profundidad de color limitada)

Imágenes vectoriales.Son aquellas que codifican la información

gráfica mediante funciones matemáticas.Ocupan poco espacio, pero no son

adecuadas para imágenes fotográficas.Dispositivos de entrada/salida de imagen.

Cámara fotográfica digital:

•Sistema óptico similar a las cámaras analógicas.•Sensor que convierte la luz en información digital con una determinada profundidad de color.•El resto de los componentes procesan la imagen y la almacenan en memorias de estado sólido.

Escaner:Sistema que transforma información en papel

a formato digital.Sensor que recoge el reflejo de la luz

proyectada sobre una imagen, convirtiendo la información en digital con una determinada profundidad de color.

El resto de los componentes son los necesarios para depositar la imagen (vidrio) y mover el sensor lineal a lo largo de la misma.

5.Digitalización del sonidoEl sonido puede almacenarse en soportes digitales gracias a los conversores analógico-

digitales que se encuentran en las tarjetas de sonido de los ordenadores.Una vez digitalizada pueden realizarse modificaciones y adaptarlas a nuestras

necesidades. Conversión analógico – digital del sonido

Los dispositivos capturadores extraen un número determinado de muestras de cada fracción temporal del mismo (entre 8000 y 44100 por cada segundo)-> frecuencia de muestreo.

Se codifica numéricamente los valores de frecuencia y amplitud de cada muestra con una determinada cantidad de bits (8 ó 16).

Formatos de archivos contenedores de sonidoLos archivos digitales que resultan de la codificación del sonido

tienen un formato que es necesario normalizarWAV

Waveform audio format Guarda la información digital mediante la secuencia de ceros y

unos. No posee compresión destructiva Se usa en los discos compactos

MP3 MPEG-1 Audio Layer 3 Formato de tabla de ondas (0 y 1) Compresión destructiva y ajustable: elimina sonidos débiles para

favorecer la emisión de los fuertes. 10 ó 12 veces más pequeño que los archivos WAV. Bitrate: Parámetro que determina la calidad del MP3 (128 y 256

Kbps,

MIDI Musical Instrument Digital Interface No es una tabla de ondas: guarda la información en

lenguaje musical El archivo almacenado es de formato matemático, que se

interpreta como música Dispositivos de entrada/salida (tarjeta de sonido)

La tarjeta de sonido es el dispositivo con el que cuentan los ordenadores para digitalizar el sonido.

Entrada: micrófono y entrada de línea.Propiedades:

Puede formar parte de la placa base o ser independiente. Incluyen bancos de sonido instrumentales capaces de

emular diferentes instrumentos.Suelen incluir una entrada MIDI.

6.Almacenamiento y manejo de la informaciónCasi cualquier tipo de información puede

digitalizarse y guardarse.Pero es importante manejarla, operar con ella,

relacionarla y seleccionarla.Para que esto sea posible un ordenador

necesita de los programas adecuados:Programas multimediaHojas de cálculo (Excel, Calc…)Hojas electrónicasBases de datos (Access…)MATLAB…

Programas que manejan datos

Programas que gestionan

Programas matemáticos que estudian