Tecnología de Comunicación Prof. Ing. Msc. Alirio Chacón falchacon@hotmail.com Contenido: 12 Unidades Duración: 37 semanas Horas Académicas: 2 Horas semanales (teórico prácticas).

Unidad I: Introducción a la Computación 1.1 Historia del Computador Introducción Un poco de historia es necesario, para medir la rápida evolución de los computadores y su influencia en nuestra vida. La computadora no es un invento de alguien en especial. Es el resultado, desde la antigüedad de ideas y realizaciones de muchas personas relacionadas con la mecánica, la electrónica, los materiales semiconductores, la lógica, el álgebra y la programación.

Antigüedad Los babilonios (antigua Mesopotamia) construyeron un dispositivo para contar formado por pequeñas bolas hechas de semillas o pequeñas piedras, a manera de "cuentas― agrupadas en carriles de caña. Además, un matemático babilónico llamado Al Juarismi estableció que para resolver problemas se deben seguir ordenadamente una secuencia de pasos, lo cual se conoce como algoritmo (la palabra algoritmo se deriva del nombre de su creador). En China nace el Ábaco como primer dispositivo mecánico para contar y calcular.

Ilustración: ejemplo de suma (6+3=9) usando

un ábaco.

En la India el matemático Pingala fue el primero en describir el sistema de numeración binario, el cual es esencialmente parte del diseño de una computadora moderna. Nuestro sistema de numeración cotidiano es el decimal y para trabajar en binario debe realizarse una conversión. Ejemplo: el número binario 110101 equivale al número 53 en base decimal. Siglo XVII El matemático escocés John Napier (1550-1617) (mejor conocido por su invención de logaritmos) desarrolló un juego de palos para calcular a las que llamó "Napier Bones". Así llamados porque se tallaron en hueso o marfil.

Ilustración: Tablas de multiplicar usando los

huesos de Napier.

Wilhelm Schickard (1592-1635) en 1623 en Alemania inventó la primera calculadora mecánica Llamada "El Reloj Calculador“ que incorporó los logaritmos de Napier. El mecanismo hacia rodar cilindros en un albergue grande. Se comisionó un Reloj Calculador para Johannes Kepler, el matemático famoso, pero fue destruido por fuego antes de que se terminara.

Imagen: Reproducción del Reloj Calculador

Blaise Pascal (1623-1662) inventa la Pascalina en 1645. Con ésta máquina, los datos se representaban mediante las posiciones de los engranajes. La Pascalina se usó de forma interna en la compañía IBM en los años 1960´s. Por aquellos tiempos era el único dispositivo barato que permitía efectuar muy rápidamente cálculos en numeración hexadecimal, lo que era necesario para la depuración de los programas.

Imagen: Pascalina

El matemático alemán Gottfried von Leibniz (1646-1716) inventó la primera calculadora de propósito general. Se basaba en la Pascalina, pero opera usa un cilindro de dientes (la rueda de Leibniz) en lugar de la serie de engranajes. Aunque el aparato podía ejecutar multiplicación y división, padeció de problemas de fiabilidad que disminuyeron su utilidad.

Imagen: Ruedas de Leibnitz

Siglo XVIII

A finales de 1700 el Jugador de Ajedrez Autómata fue inventado por Barón Empellen, un noble, que supuestamente incluía un jugador de ajedrez "robótico‖: El Automatón. Siempre se creyó que el aparato fue operado por un humano (enano) oculto en el armario debajo del tablero de ajedrez. El Autómata se destruyó en un incendio en 1856.

Se inventó la primera máquina lógica por Charles Mahon, el Conde de Stanhope llamada el "demostrador lógico" y era un aparato tamaño bolsillo que resolvía silogismos tradicionales y preguntas elementales de probabilidad. Mahon es el precursor de los componentes lógicos en computadoras modernas. Siglo XIX El francés Joseph Marie Jacquard, utilizó un mecanismo de tarjetas perforadas para controlar el dibujo formado por los hilos de las telas confeccionadas por una máquina de tejer. Estas plantillas o moldes metálicos perforados permitían programar las puntadas del tejido, logrando obtener una diversidad de tramas y figuras. La idea de Jacquard, fue la base de muchos aparatos de la informática y lenguajes de programación.

Imagen: Plancha con perforaciones o

programa de puntadas de tejido a seguir por la maquina.

Siglo XIX Charles Babbage (1792-1871), inventor y matemático británico diseñó y construyó máquinas de cálculo basándose en principios que se adelantaron al moderno computador electrónico:

Máquina Diferencial: basada en la teoría de Babbage fue después construida y funcionó sin problemas para cálculo de tablas logarítmicas o funciones polinómicas La Máquina Analítica: entre 1833 y 1842, Babbage intentó construir una máquina que fuese programable para hacer cualquier tipo de cálculo. Debido a problemas similares a los de la máquina diferencial, la máquina analítica nunca fue terminada.

Lady Ada Augusta Lovelace sugirió la idea de que las tarjetas perforadas se adaptaran de manera que causaran que el motor de la máquina según Babbage repitiera ciertas operaciones. Debido a esta sugerencia algunos consideran a Lady Lovelace la primera programadora. El irlandés George Boole (1815-1864) propone el Álgebra de Boole. El sistema de Boole redujo argumentos lógicos a permutaciones de tres operadores básicos algebraicos: AND, OR, y NOT. El algebra de Boole es la base de la aritmética computacional.

Imagen: Aplicación del Algebra de Boole en la

definición de la compuerta lógica AND

A los 19 años de edad, Herman Hollerith fue contratado como asistente en las oficinas del censo estadounidense y desarrolló un sistema de cómputo mediante tarjetas perforadas en las que los agujeros representaban el sexo, la edad, raza, entre otros. Gracias a la máquina tabuladora de Hollerith el censo de 1890 se realizó en dos años y medio, cinco menos que el censo de 1880.

Siglo XX Lee de Forest inventa el Tubo de vacío (Audion). El Tubo de vacío Se usó en varias generaciones tempranas de computadoras, a comienzos de 1930.

Imagen: Audión o tubo de vacío

Flip Flop (biestable) por W.H. Eccles y F.W. Jordan. Permitió que un circuito tuviera uno de dos estados estables, que son intercambiables. Formó la base para el almacenamiento del bit binario, de acuerdo a la estructura de las computadoras de hoy. Máquina de Turing por Alan Turing la cual formaliza el concepto de algoritmo. I Generación de Computadores (1945-1955) John Von Neumann propone la idea del computador de programa almacenado. La mayoría de los computadores personales, microcomputadores, minicomputadores y supercomputadores actuales es una máquina de von Neumann. Howard Aiken en la universidad de Harvard (con la subvención de IBM) produce la Mark I, la cual funcionaba con relés, se programaba con interruptores y leía los datos de cintas de papel perforado.

Foto: Mark I en pleno uso (1944)

John Presper Eckert y John William Mauchly en la Universidad de Pennsylvania proponen la ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator):

Computadora electrónica de propósito general.

Ocupaba todo un sótano de la Universidad

Tenía más de 18000 tubos de vacío, consumía 200 KW de energía eléctrica y requería todo un sistema de aire acondicionado

tenía la capacidad de realizar cinco mil operaciones aritméticas en un segundo.

Características:

Foto: Vista parcial de la ENIAC (1946)

I Generación de Computadores (Características): Uso de Válvulas eléctricas (Tubos al Vacío).

Programación en lenguaje máquina. Operarios expertos

Foto: Reemplazo de un tubo de vacío en la

ENIAC (19000 posibilidades)

Se introduce la tarjeta perforada.

Imagen: Tarjeta Perforada

II Generación de Computadores (1955-1965) Características: Invención del transistor a mediados de los años cincuenta.

Imagen: Diferentes encapsulados de

transistores

División de las tareas relacionadas con computación. Comienzan a definirse los roles tales como diseñadores, fabricantes, operadores y personal de mantenimiento. Maquinas menos grandes: ya que un transistor equivale a muchos tubos de vacío en un espacio más reducido. Se introducen los primeros Lenguajes de programación (Fortran, assembler)

Ejemplo de código de un programa en

assembler (note que aún es complejo tratar de entender el significado y utilidad del

programa, pero es más sencillo trabajar en este lenguaje que en lenguaje de máquina o

código binario (1 y 0)..

Mejora de los dispositivos de Entrada/Salida. Se introducen dispositivos como teclados, monitores (pantallas) e impresoras y otros. Se define el Procesamiento por Lote (Batch Processing) que posibilita la ejecución de un conjunto o lote de tareas en forma ordenada, una por una, hasta llegar al final. Se introducen las primeras Memoria de ferrita. Se crean los primeros Sistemas Operativos (como por ejemplo: Fortran Monitor System, IBSYS), los cuales permiten administrar los recursos del computador como la memoria, el procesador (CPU) y los dispositivos de entrada, salida y almacenamiento. III Generación de Computadores (1964-1974)

Características: Se introducen los Circuitos Integrados

Imagen: Circuito Integrado

Apreciable reducción de espacio en el tamaño de los computadores, como consecuencia de que un circuito integrado equivale a muchos transistores. Se introducen los Minicomputadores Aumento de Fiabilidad en la computadora como dispositivo para resolver problemas. Se introduce la Multiprogramación o ejecución ―simultánea‖ de 2 o más programas diferentes en memoria principal en un mismo computador. Las comillas se usan ya que la simultaneidad está dada por la velocidad del computador, pero en un solo CPU solo se puede estar ejecutando una única instrucción a la vez.

Uso de SPOOLING (operaciones simultáneas de periféricos en línea): se refiere al proceso mediante el cual la computadora introduce trabajos en un buffer (un área especial en memoria o en un disco), de manera que un dispositivo pueda acceder a ellos cuando esté listo. El spooling es útil en caso de dispositivos que acceden a los datos a distintas velocidades.

Ejemplo: lectura o escritura en un disco duro mientras se puede imprimir un informe y estar realizando cálculos en un mismo computador, todo simultáneo.

Se introduce el Tiempo compartido que se refiere a compartir un recurso de computación (por ejemplo un gran computador central costoso) entre muchos usuarios conectados por medio de terminales no inteligentes. Esto significa que múltiples usuarios pueden compartir una máquina al asignar el tiempo ocioso de un usuario para servir a otros usuarios.

Ken Thompson crea ―UNICS‖ luego sería UNIX un sistema operativo portátil, multitarea y multiusuario y muy estable. Ken Thompson y Dennis Ritchie elaboran el Lenguaje de programación C que es apreciado por la eficiencia del código que produce y es el lenguaje de programación más popular para crear software de sistemas, aunque también se utiliza para crear aplicaciones. IV Generación de Computadores (comienza 1975) Características: Se introducen los Circuitos integrados (chip)

LSI: un chip con al menos mil compuertas. VLSI Very Large Scale Integration, integración en escala muy grande: varias decenas de miles de compuertas en un solo chip. Los primeros chip semiconductores contenían sólo un transistor cada uno. A medida que la tecnología de fabricación fue avanzando, se agregaron más y más transistores, y en consecuencia más y más funciones fueron integradas en un mismo chip. El microprocesador es un dispositivo VLSI.

Foto: Microchip en un dedo.

Se introducen los primeros Computadores Personales (microcomputadores), de los cuales destacan el altair 8800 (1975) como primer PC, y posteriormente se comercializaron el IBM XT 8080 y el Apple II.

Con el auge de la microcomputación a principios de los años 1980, el tiempo compartido se fue desvaneciendo porque los microprocesadores individuales eran suficientemente baratos para que una sola persona pudiera tener todo el tiempo de CPU dedicado solamente a sus necesidades, incluso cuando estaba ocioso.

Se introducen los sistemas operativos MS-DOS y luego WINDOWS; el UNIX derivó en nuevas y mejoradas versiones. Surge Internet como un conjunto descentralizado de redes de comunicación interconectadas, que utilizan la familia de protocolos TCP/IP, garantizando que las redes físicas heterogéneas que la componen funcionen como una red lógica única, de alcance mundial. Internet 2 es una red telemática desarrollada principalmente por las universidades estadounidenses, construida en fibra óptica y permite altas velocidades con una gran fiabilidad. Se introducen los Sistemas operativos distribuidos que utilizan servicios de red para integrar recursos (impresoras, unidades de respaldo, memoria, procesos, unidades centrales de proceso) en una sola máquina virtual que el usuario accede en forma transparente. Es decir, ahora el usuario ya no necesita saber la ubicación de los recursos, sino que los conoce por nombre y simplemente los usa como si todos ellos fuesen locales a su lugar de trabajo habitual. Las aplicaciones del microprocesador se han proyectado más allá de la computadora y se encuentra en multitud de aparatos, sean instrumentos médicos, automóviles, juguetes, electrodomésticos, etc.

Foto: Aplicación del Microprocesador en ciencias del Deporte.

Uso de Bases de Datos y desarrollo de sistemas de Gestión de las bases de datos. Nacimiento de la WWW (por Tim Berners Lee) o Red Global Mundial es un sistema de documentos de hipertexto y/o hipermedios enlazados y accesibles a través de Internet. V Generación de Computadores Características:

Desarrollo de la inteligencia artificial y los sistemas ―inteligentes‖: Rama de la ciencia de la computación que intenta entender la naturaleza de la inteligencia para producir nuevos tipos de máquinas o programas inteligentes. Emulación mediante sistemas de cómputo, de situaciones asociadas con la inteligencia y el comportamiento humanos como el razonamiento, el aprendizaje y la auto-superación

Foto: Robot dirigiendo una orquesta

sinfónica.

Nace La web semántica se basa en la idea de añadir mayor significado a la World Wide Web. El objetivo es mejorar Internet ampliando la interoperabilidad entre los sistemas informáticos y reducir la necesaria mediación de operadores humanos.

1.2 Conceptos Básicos Algoritmo o proceso: Dado un estado inicial y una entrada, a través de pasos sucesivos y bien definidos se llega a un estado final, obteniendo una solución. Los algoritmos se representan por medio de la construcción de pseudo código o flujogramas.

Ilustración: Ejemplo de un Algoritmo para hablar por teléfono en pseudocodigo y su

flujograma correspondiente.

Programa: Conjunto de ordenes que se le dan a un computador para realizar un proceso determinado.

Ejemplo de un programa escrito en lenguaje Pascal.

Programación: Acción de programar. Escribir las ordenes o instrucciones en un lenguaje (maquina, assembler, compilado o interpretado) que se le dan a un computador para realizar un proceso determinado Aplicación: Es el conjunto de uno o varios programas que realizan un determinado trabajo complejo. Sistema:

Es un conjunto ordenado de elementos cuyas propiedades se interrelacionan e interactúan de forma armónica entre sí. Estos conjuntos se denominan módulos. A su vez cada módulo puede ser un subsistema. Es el conjunto de elementos necesarios para la realización de aplicaciones. Interfaz: En software:

Parte de un programa que permite el flujo de información entre un usuario y la aplicación, o entre la aplicación y otros programas o periféricos. Esa parte de un programa está constituida por un conjunto de comandos y métodos que permiten estas intercomunicaciones. Conjunto de métodos para lograr interactividad entre un usuario y una computadora: Línea de comandos (prompt). GUI (Graphic User Interface).A partir de un hardware el monitor, el teclado y el mouse o ratón, son interfaces gráficas entre el usuario y el computador.

En electrónica:

Puerto por el cual se envían o reciben señales desde un sistema hacia otros. Por ejemplo, el interfaz USB, interfaz SCSI, interfaz IDE, interfaz puerto paralelo o serial, etc.

Usuario

Máquina

Interfaz

Datos: Elemento básico que al ser tratado se convierte en información. Por si mismos los datos no tienen capacidad de comunicar un significado y por tanto no pueden afectar el comportamiento de quien los recibe. Ejemplo: 10853020 y 12284513 (son valores aislados cuyo significado no está definido) Información: Es el elemento a tratar, todo aquello que permite adquirir cualquier tipo de conocimiento. Los datos una vez tratados serían información útil. Ejemplo: NOMBRE CI Alirio Chacón 10853020 Carina Moreno 12284513 Registro:

En programación: tipo de dato estructurado formado por la unión de varios elementos (campos) bajo una misma estructura. En Base de Datos: cada una de las filas que componen una tabla.

Archivo: Conjunto de información que se almacena en un medio de escritura que permita ser leído o accedido por una computadora. Se identifica por un nombre y la una carpeta que lo contiene. Son equivalentes digitales de archivos físicos (en papel) de las oficinas tradicionales.

Informática: El término ‗informática‘ proviene de la fusión de los términos ―INFORmación‖ y ―autoMÁTICA‖, y se define como la ciencia que estudia el tratamiento automático y racional de la información (IT: Information Technology). Computación: Estudio científico que se desarrolla sobre sistemas automatizados de manejo de informaciones, lo cual se lleva a cabo a través de herramientas pensadas para tal propósito. Es de este modo, que aparecen conceptos como la PC, Tecnología, Internet e Informática, que se vinculan entre sí en el marco del procesamiento y movilidad de la información. En ocasiones ambos conceptos (informática y Computación) se usan como sinónimos. Computador Un computador, desde el punto de vista matemático, puede ser visto como la evaluación de alguna función f(X), donde X son los datos de entrada dados y Z=f(X) son los datos de salida deseados. Un computador, desde el punto de vista electrónico, puede ser visto como un conjunto de operaciones secuenciales que operan sobre un conjunto de compuertas y circuitos digitales. Un computador es un dispositivo electrónico capaz de recibir un conjunto de instrucciones y ejecutarlas realizando cálculos sobre los datos numéricos, o bien compilando y correlacionando otros tipos de información. ¿Qué hace un computador? La respuesta está ligada al procesamiento Consiste en someter los datos de entrada a un conjunto de operaciones, como por ejemplo:

• ordenamiento • Selección

Máquina

Máquina

Interfaz

• cálculos matemáticos • etc.,

de forma que en la salida se obtenga cierta información de interés al usuario. Por ejemplo, el cálculo de la suma de los valores once y siete supone el procesamiento de los datos de entrada (números once y siete), transformándolos a la salida en el resultado (número dieciocho). Un ejemplo más complejo de procesamiento podría referirse al control de un avión que está realizando un vuelo con piloto automático, en este caso el sistema de procesamiento recibe determinados parámetros, como la altitud de la aeronave, su posición en el espacio, su velocidad, el punto de destino indicado por el piloto, etc. Después de tratar esos datos, el sistema devuelve como salida el rumbo que debe tomar el avión, esa información no necesariamente es útil para un usuario externo, Procesar información es transformar ciertos datos de entrada en información organizada, significativa y útil.

Para procesar datos, el computador debe ser capaz de realizar ciertos tipos de operaciones: Entrada de datos: Recibir, desde el exterior del computador (teclado, lector de códigos de barras, etc.), la información que será procesada. Salida de datos: Mostrar la información resultante del proceso aplicado (a través de una pantalla, mediante una impresora, etc.) Almacenamiento: Mantener copia de la información en el computador para poder utilizarla posteriormente. Recuperación: Leer la información que ha sido almacenada previamente. Transmisión: Transferir la información a otro computador a través de una red de comunicación de datos. Recepción: Recibir la información enviada a través de una red de comunicación de datos.

Tratamiento: Operaciones aplicadas sobre los datos de entrada para generar la información deseada a la salida (procesamiento). Hardware El hardware se refiere a los componentes materiales (tangibles) de un sistema informático. La función de estos componentes suele dividirse en tres categorías principales: entrada, salida y almacenamiento o entrada y salida. Software El software es el conjunto de instrucciones que un computador emplea para manipular datos. Estos programas suelen almacenarse y transferirse a la unidad central de procesamiento a través del hardware del computador. El software también rige la forma en que se utiliza el hardware Clasificación del Software 1) Software de Sistema Su función es facilitar al usuario la manipulación del computador y gestionar y administrar los recursos del mismo. Ej. Sistema Operativo Windows XP.

Ilustración: El sistema operativo como un tipo de software de sistema.

2) Software de Desarrollo Son programas que permiten construir software.

Proceso

(Transformación) Entrada (Datos)

Salida (Información)

Se clasifican en:

Compiladores e intérpretes. Traducen programas de alto nivel al lenguaje máquina. Ensambladores, montadores y cargadores. Traducen el lenguaje ensamblador a lenguaje máquina, creando un programa que se puede ejecutar y lo cargan en memoria. Depuradores y Trazadores. Ayudan a la detección de errores en los programas y al seguimiento de ellos. 3) Software de Aplicación Son programas que dirige o facilitan las distintas tareas para las que se utilizan los computadores. Por ejemplo: editores de texto, manejadores de base de datos, sistema de facturación, sistema contable, entre otros. Se clasifica en:

Software de Ofimática: P. ej. Microsoft Office (Word, Excel y Powerpoint), OpenOffice. 333 Software de Edición y Diseño Gráfico: P. Ej. AutoCAD, CorelDraw, Photoshop, etc. Software de Gestión Empresarial: P. Ej. ADA, Saint. Software de Ingeniería y Ciencias: P.ej. MathLab, SPSS, Minitab

El software de aplicación generalmente se construye usando software de desarrollo y se ejecuta sobre software de sistema. Un ejemplo de esto lo tenemos en la Aplicación Microsoft Office la cual es construida utilizando lenguajes de programación (como el Visual Basic) y que se ejecuta bajo el sistema Operativo Windows. Firmware

Cuando el hardware y el software son equivalentes Bloque de instrucciones de programa para propósitos específicos, grabado en una memoria tipo ROM, que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en la electrónica del dispositivo es en parte hardware, pero también es software, ya que proporciona lógica y se dispone en algún tipo de lenguaje de programación

Imagen: Detalle del BIOS (Basic Input Output

system o sistema Básico de Entrada y Salida) en una tarjeta madre.

Bit Acrónimo de Binary digit. (dígito binario). Un bit es un dígito del sistema de numeración binario. Es la unidad mínima de almacenamiento empleada en informática, en cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Permite representar dos valores cualesquiera: verdadero o falso abierto o cerrado blanco o negro norte o sur masculino o femenino rojo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de: "apagado" (0), y el otro al estado de "encendido" (1). Byte Los bits se agrupan para poder representar más información.

Cuando se agrupan ocho bits se forma un Byte (octeto). Un byte puede tomar 256 valores que pueden representar caracteres (letras mayúsculas y minúsculas, dígitos, signos de puntuación, etc.). Todo lo que hay que hacer es asignar a cada carácter uno de los valores. Por ejemplo, el carácter "A" puede ser representado por el número 65 (Ver Ascii).

Imagen: ejemplo de un Byte

Otras Unidades

8 Bits = 1Byte 1024 Bytes = 1 Kilobyte 1024 Kilobytes = 1 Megabyte 1024 Megabytes = 1 Gigabyte 1024 Gigabytes = 1 Terabyte 1024 Terabytes = 1 Petabyte 1024 Petabytes = 1 Exabyte 1024 Exabytes = 1 Zettabyte 1024 Zettabytes = 1 Yotta|Byte 1024 YottaBytes = 1 Brontobyte 1024 Brontobytes = 1 GeopByte

Ejemplos (uso de unidades)

Tamaño Capacidad de almacenamiento aproximada

1 B Una letra

10 B Una o dos palabras

100 B Una o dos frases

1 kB Una historia muy corta

10 kB Una página de enciclopedia (tal vez con un dibujo simple)

100 kB Una fotografía de resolución mediana

1 MB Una novela

10 MB Dos copias de la obra completa de Shakespeare

100 MB 1 metro de libros en estantería

1 GB Una furgoneta llena de páginas con texto

1 TB 50.000 árboles de papel

10 TB La colección impresa de la biblioteca del congreso de EE. UU.

Ascii:

El código ASCII (acrónimo inglés de American Standard Code for Information Interchange — Código Estadounidense Estándar para el Intercambio de Información). Es un código de caracteres basado en el alfabeto latino tal como se usa en inglés moderno y en otras lenguas occidentales. Tabla Ascii:

Tabla: Vista parcial del código ASCII, note el alfabeto y sus valores en decimal (Dec), el cual es representado en el computador haciendo la respectiva conversión a código binario.

Ejemplo: Letra A es 65 en Decimal y se almacena en un Byte como 01000001 Taxonomía de los Computadores Grandes computadores También llamados mainframes. Suelen tener más de una unidad central de proceso y múltiples periféricos conectados. Permiten la utilización simultánea de un número de personas elevado.

Sistemas empleados en grandes corporaciones o entidades bancarias

Foto: Mainframe IBM z9

Minicomputadores Sistemas que disponen de gran capacidad de procesamiento de información. Lo usual es que posean una única unidad central de proceso. Se emplean en las pymes. Los más conocidos son los sistemas AS/400 de IBM, los HP-9000 de Hewlett Packard, etc Microcomputadores Computador personal o PC. Computador de sobremesa cuyo tamaño es mucho más reducido que los primeros computadores que se conocían, Se podría decir que fueron los primeros computadores de usuario Computadora portátil (notebook o laptop) Computador personal o PC es transportable, pesa poco y se suele emplear para realizar trabajos desde fuera del domicilio ó la empresa Nanotecnología

Ciencias y técnicas que se aplican a un nivel de nanoescala extremadamente pequeña que permiten trabajar y manipular las estructuras moleculares y sus átomos. Posibilidad de fabricar materiales y máquinas a partir del reordenamiento de átomos y moléculas Nanocomputadores Son computadores teóricos Muy pequeños, Podrán ejecutar un número astronómico de operaciones por segundo. Su desarrollo futuro dependerá del progreso de la informática cuántica

1.3. Componentes del Computador El computador de John Von Neumann, está organizado como muestra la siguiente figura:

Donde:

• La CPU es la Unidad Central de Procesamiento,

• la memoria es donde serán almacenados los programas y datos, y

• los dispositivos de entrada, salida y almacenamiento permiten introducir y sacar información del computador.

Luego de buscar un programa en almacenamiento secundario (p. ej. Un disco duro, un pen drive, un CD u otro medio), y de que dicho programa es cargado a la memoria principal (RAM) para su ejecución, para ejecutar cada instrucción el CPU realiza la siguiente serie de pasos:

Lee de la memoria la instrucción que hay que ejecutar y la guarda en un registro interior de la CPU.

Identifica la instrucción que acaba de leer

Comprueba si la instrucción necesita utilizar nuevas posiciones de la memoria, si fuera así, determina donde debe ir a buscarlos usando el bus de direcciones.

Busca los datos, accediendo a las casillas que indique el bus de direcciones, en la memoria y los trae al CPU.

Ejecuta la instrucción propiamente dicha, controlando el proceso con el bus de control.

El resultado de la misma puede ser que se almacene o invoque la necesidad de tener que comunicarse con la memoria o con otro elemento externo a la propia CPU.

Vuelve al primer paso para empezar una nueva instrucción.

La anterior es una lista simplificada de los pasos que ejecuta el microprocesador.

Estructura básica de un Computador

• Unidad Central de Procesamiento (CPU)

• Memoria

• Dispositivos de Entrada y Salida

• Dispositivos de Almacenamiento

Estructura Funcional de un Computador

Unidad Central de Procesamiento (CPU) Es el ―cerebro‖ del computador Posee una serie de registros que sirven como soporte para el manejo de datos y programas. Se ocupa de:

La ejecución de las órdenes de comandos, los cálculos matemáticos y comparaciones lógicas solicitados.

Controlar los componentes del sistema de cómputo

La CPU está conformada por:

a) Unidad de Control b) Unidad Aritmética Lógica c) Registros

d) Buses a) Unidad de Control: Coordina todas las tareas que realiza el computador. Maneja todas las operaciones de acceso, lectura y escritura a cada una de las posiciones de la memoria principal. Interpreta las operaciones en proceso. Realiza las tareas que se indican en la instrucción. b) Unidad Aritmética Lógica: Su misión es realizar las operaciones con los datos que recibe, Sigue las indicaciones de la unidad de control. Realiza cálculos (aritmética) y comparaciones y toma decisiones (lógica). Determina si una afirmación es cierta o falsa mediante las reglas del álgebra de Boole. c) Registros (del CPU): Es la memoria de‖ primer nivel‖ Almacenan temporalmente los datos a ser procesados. La mayoría de los datos de cualquier operación que realice la UCP tienen que pasar por los registros. d) Buses Dispositivo de transferencia de información (comunicación) entre los diferentes componentes que forman el sistema de cómputo. Es un conjunto de conductores eléctricos en forma de pistas metálicas impresas sobre la tarjeta madre del computador. Por este circulan las señales que corresponden a los datos binarios del lenguaje máquina con que opera el Procesador. El bus conecta la CPU con:

Los dispositivos de almacenamiento (por ejemplo un disco duro),

Los dispositivos de entrada (por ejemplo un teclado o un mouse) y

Los dispositivos de salida (por ejemplo un monitor o una impresora). Funcionamiento de la CPU

Tipos de Buses Bus de datos Mueve los datos entre los dispositivos del hardware de: Entrada como el teclado, el escáner, el ratón, etc.; Salida (Impresora, Monitor o la tarjeta de Sonido) Almacenamiento como el Disco Duro (Disquete o la Memoria-Flash). Su trabajo equivale, simplificando mucho el asunto, a una central de semáforos para el tráfico en las calles de una ciudad. Bus de direcciones

Está vinculado al bloque de Control de la CPU para tomar y colocar datos en el Sub-sistema de Memoria durante la ejecución de los procesos de cómputo. El bus de dirección (o direcciones) es un bus del microprocesador totalmente independiente al bus de datos donde se establece la dirección de memoria del dato en tránsito. Las direcciones de memoria son números naturales que indican la posición de los datos dentro de la memoria principal o del espacio de direcciones de la unidad de entrada/salida. Las direcciones son generadas por la CPU, que es quien decide a qué dato se debe acceder en cada momento.

Bus de control Transporta señales de estado de las operaciones efectuadas por la CPU. Memoria

La Memoria Principal está formada por circuitos integrados (chips), en ellos la información se almacena: 1: estado de tensión (+5 V) 0: no tensión (0 V) por tanto el sistema de almacenamiento sólo posee dos posibles valores (1,0) y por ello se denomina binario, ésta es por lo tanto la menor cantidad de información que podemos almacenar en un computador (bit).

La memoria principal puede ser vista como: un conjunto de casillas, cada una con una dirección que la identifica (dirección de memoria), donde se almacenan los datos y las instrucciones correspondientes a los programas.

En cada casilla se puede almacenar una determinada cantidad de bits según el computador, 8bits (1 Byte), 16 bits, 32 bits, etc. El número de bits que almacena un computador en cada casilla de la memoria y que puede manipular en cada ciclo se la denomina longitud de palabra (Word) Tipos de Memoria Memoria ROM (Read Only Memory, memoria de Sólo Lectura) Es no volátil: no se puede escribir sobre ella conservando intacta la información almacenada, incluso en el caso de que se interrumpa la corriente. Tiene almacenado las instrucciones de arranque del sistema y la del manejador de entrada y salida (firmware BIOS). Su uso principal reside en la distribución de programas que están estrechamente ligados al soporte físico de la computadora, y que seguramente no necesitarán actualización

Cartucho de Video Juego: Son memorias ROM, pegadas a cajas de plástico aptas para ser utilizadas e introducidas repetidas veces.

Circuito de memoria RAM y su ubicación en la placa madre en un Computador Personal (con microprocesador).

Memoria ROM conteniendo la BIOS de una antigua tarjeta madre

Memoria ROM conteniendo la BIOS en un socket removible

Memoria RAM (Random Access Memory, memoria de Acceso Aleatorio) Es volátil, pierde sus datos cuando se suspende la energía. Se utiliza como memoria de almacenamiento de los datos y programas. El tiempo de acceso a cualquier localidad es el mismo, a diferencia de las memorias secuenciales como las cintas y tarjetas perforadas.

Circuito de Memoria RAM para un Microcomputador

Memoria caché Es un tipo especial de memoria que poseen los computadores. Se sitúa entre el microprocesador y la memoria RAM y se utiliza para almacenar datos que se utilizan frecuentemente.

Esta memoria permite agilizar o evitar demoras en la transmisión de datos entre el microprocesador y la memoria principal. Es de acceso aleatorio (también conocida como acceso directo). Funciona de una manera similar a como lo hace la memoria principal (RAM), siendo la memoria caché mucho más rápida que la RAM.

Caché de disco: Los datos más recientes del disco duro a los que se ha accedido se almacenan en un buffer de memoria principal convencional. Cuando el programa necesita acceder a datos del disco, lo primero que comprueba es la caché del disco para ver si los datos ya están ahí. La caché de disco puede mejorar drásticamente el rendimiento de las aplicaciones, dado que acceder a un byte de datos en RAM puede ser miles de veces más rápido que acceder a un byte del disco duro. Jerarquías de Memoria La memoria puede ser jerarquizada de la siguiente forma:

Ejemplo (Costo): Un disco duro para un PC de 160 GB puede costar 140 mil Bs, es decir, 875 Bs. Por cada Gigabyte. Una memoria RAM de 1 GB puede costar 200 mil Bs. La existencia de caché le suma un costo considerable al valor total del computador, y mientras mas registros posea un CPU es mas costoso. Con respecto a la velocidad de acceso, la memoria interna del CPU, es decir, sus registros, tienen un tiempo de acceso instantáneo y en ellos se coloca la instrucción que se va a ejecutar junto con sus datos. Como ya se ha mencionado, la velocidad de acceso a la memoria caché es más rápida que acceder a la RAM y, finalmente, acceder a la RAM tiene mayor velocidad de acceso que acceder a la memoria secundaria (discos, pen drive, diskette, CD u otro), Dispositivos Periféricos Unidades o dispositivos a través de los cuales la computadora se comunica con el mundo exterior, como a los sistemas que almacenan o archivan la información, sirviendo de memoria auxiliar de la memoria principal. Conjunto de dispositivos que, sin pertenecer al núcleo fundamental de la computadora (CPU y la memoria), permiten realizar operaciones de entrada/salida (E/S) complementarias al proceso de datos que realiza la CPU. Permiten al usuario introducir y extraer datos, comandos y programas en la Unidad Central de Procesamiento (CPU).

Están conectados a la CPU a través de la memoria principal. Pueden ser de Entrada, Salida y Almacenamiento (Entrada y salida) Periféricos de Entrada Son los que introducen datos externos a la computadora para su posterior tratamiento por parte de la CPU. Estos datos pueden provenir de distintas fuentes, siendo la principal un ser humano. Los periféricos de entrada más habituales son: Teclado Mouse Escaner Cámara web Micrófono Tabla digitalizadora Conversor Analógico digital Escáner de código de barras Joystick Pantalla táctil

Dispositivos o Periféricos de Entrada Teclado Compuesto como su nombre indica por una serie de teclas que representan letras, números y otros caracteres especiales

Mouse Puedes ser: Mecánicos (bola, ejes perpendiculares y ruedas dentadas) y ópticos (luz). Al deslizar el ratón sobre una superficie, el movimiento se transmite hacia la CPU, que mediante el programa adecuado podrá situar el cursor en la pantalla.

Escáner Un periférico que se utiliza para convertir, mediante el uso de la luz, imágenes impresas, es decir, información analógica a formato digital. Cámara Web Una cámara web o web cam es una pequeña cámara digital conectada a una computadora, la cual puede capturar imágenes y transmitirlas a través de Internet en directo, ya sea a una página web o a otra u otras computadoras de forma privada.

Tabla Digitalizadora Tablero de dibujo que puede ser recorrido por un lápiz, los movimientos del lápiz se

convierten en informaciones digitales y se envían al computador a través del puerto serie o USB. Muy popular entre los ilustradores y dibujantes en general

Dispositivos de Salida Reciben información que es procesada por el CPU y la reproducen para que sea perceptible para el usuario. Los más comunes son Monitor o Pantalla, Impresoras, Altavoces o cornetas, Auriculares o audífonos, Fax, Pantalla táctil. Pantalla En los equipos de sobremesa consiste en un tubo de rayos catódicos (CRT o Catode Ray Tube).

Las más nuevas se basan en cristal líquido o LCD.

Impresora

Permite tener una copia impresa de la información que tiene el computador. Pueden ser: de impacto (matriciales o de margarita).

Las que no son de impacto (impresoras térmicas, de chorro de tinta e impresoras láser).

Dispositivos de Almacenamiento o de Entrada y Salida Permiten guardar o salvar los datos de los que hace uso la CPU para que ésta pueda hacer uso de ellos una vez que han sido eliminados de la memoria principal, ya que ésta se borra cada vez que se apaga la computadora. Pueden ser internos, como un disco duro, o extraíbles, como un CD. Los más comunes son: Disco duro, Grabadora y/o lector de CD, DVD, Blu-ray, HD DVD, Memoria Flash, Cintas magnéticas, Tarjetas perforadas, Memoria portátil, Disquette. Disquetes Disco flexible (5,25) 180 Kb – 360 Kb (doble cara).

Disco 3 ½ (rígido) 720 Kb DD- 1,44 Mb HD.

Sin embargo, los disquetes son un medio poco fiable para almacenaje a largo plazo, ya que son muy vulnerables a campos magnéticos, dobladuras, humedad, polvo, golpes, etc. Además, las grandes necesidades de espacio de almacenamiento los han vuelto obsoletos e imprácticos. Disco Duro La estructura física de un disco duro es un conjunto de platos, en la superficie de los platos están las pistas que son concéntricas y estas a su vez en sectores. Cada uno de los platos tiene dos caras y entre los discos van a tener dos lectores que leen cada una de las caras de los discos. El cilindro esta formado por las pistas concéntricas de cada cara del cada plato que están situadas unas justo encima de las otras, de modo que la cabeza lectora no tiene moverse para acceder a las diferentes pistas de un mismo cilindro.

Imagen. Disco duro

Dispositivos Multimedia Multimedia: hace referencia al uso conjunto y simultáneo de diversos medios, como imágenes, sonidos y texto, en la transmisión de una información.

La utilización de técnicas multimedia en los computadores permite, por ejemplo en el ámbito docente, mejorar notablemente la atención, la comprensión y el aprendizaje. Algunos de los dispositivos multimedia más comunes en los computadores son: Tarjeta de sonido, Altavoces, Capturadora de vídeo, aceleradoras de video, Cámara Web, Micrófono

Imágenes: Aceleradora de video y tarjeta de sonido

Dispositivos de Comunicación Su función es permitir o facilitar la interacción entre dos o más computadoras, o entre una computadora y otro periférico externo a la computadora. Entre ellos se encuentran los siguientes: Fax-Módem, Tarjeta de red, Tarjeta Wireless, Tarjeta Bluetooth, Controladores de puertos (serie, paralelo, infrarrojo, etc.), Hub USB.

MODEM para acceso banda ancha y trajeta de red inalambrica.

La tarjeta madre (Motherboard) Es la tarjeta o la placa más importante del computador, sin ella el computador no funciona. Insertados en esta tarjeta están los elementos que confieren capacidad y potencia al computador: el microprocesador y la memoria. También, en la placa madre están los buses, el manejador de entrada y salida (BIOs en memoria ROM), las ranuras de expansion de la memoria y las ranuras para colocar nuevas tarjetas que mejoran o amplian las unciones del computador.

Es una superficie o plancha de metal sobre la que se encuentran un montón de cajitas oscuras de distintos tamaños con muchas patas (un conjunto de chips), un procesador y la memoria entre otros elementos.

1.4. Introducción a los Sistemas Operativos Definición El Sistema Operativo (SO) es el encargado de administrar todos los recursos del computador (como la Memoria, el CPU y los periféricos). Es un conjunto de programas de computación que administra todo lo que ocurre dentro de un sistema de computación. Proporciona la interfaz que un usuario utiliza para comunicarse con el computador. Permite el procesamiento de información en segundo plano. Administra la salida de información hacia el monitor, la impresora u otro dispositivo de salida.

Funciones Coordinar y manipular el hardware del computador: por ejemplo gestionar la memoria principal (RAM) y el disco duro Organizar los archivos en diversos dispositivos de almacenamiento. Por ejemplo la estructura y archivos de carpetas que se obtienen al abrir el explorador de Windows Gestionar los errores de hardware y la pérdida de datos: por ejemplo cuando ocurre un error al tratar de leer un CD deteriorado, el sistema operativo intentará leer los datos Ejemplos de Sistemas Operativos MS-DOS UNIX Linux OS/2 Windows en sus diferentes versiones (95, 98, NT, XP, 2000 Server, 2003 Server,Vista, etc.) Composición de Sistemas Operativos

Se puede representar en forma de capas concéntricas, donde, partiendo desde el

núcleo hacia el exterior va aumentando el nivel del desarrollo.

Comúnmente nos referimos a lenguajes u operaciones de bajo nivel cuando las instrucciones o procesos están muy relacionados con el hardware. Por el contrario, cuando se habla de alto nivel se hace referencia a instrucciones que son comprensibles por el ser humano

Composición de Sistemas Operativos Los drivers son pequeños módulos de software de bajo nivel que funcionan como traductores entre el sistema operativo y el dispositivo concreto para el que han sido implementados. Es por esto que cada dispositivo de hardware requiere la instalación de su driver como paso previo a ser utilizado.

A medida que se van superponiendo capas, las rutinas van perdiendo

dependencias con el hardware, puesto que

ya utilizan al núcleo para comunicarse con los dispositivos.

Esta forma de construcción permite no tener que implementar para cada aplicación todas las instrucciones hasta el nivel del hardware. En la parte más externa hay un conjunto de programas conocidos como programas del sistema, necesarios para el funcionamiento habitual de la máquina. Algunos de estos programas se suministran con el sistema operativo y en ocasiones se consideran parte integrante del mismo. El software del sistema está constituido, además del sistema operativo, por:

Unidades generales de programación, que contiene programas o utilidades que facilitan la construcción de las aplicaciones de los usuarios, sea cual sea la naturaleza de éstas. Incluye herramientas como editores de texto, depuradores de errores de programación, sistemas de gestión de archivos, compiladores, etc.

Programas de diagnóstico, generación y mantenimiento, que permiten localizar problemas de funcionamiento de determinados dispositivos o las causas de errores en algún módulo del sistema operativo.