Curso Propedeutico - Introduccion a La ISC
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SEP SEIT DGIT
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE NUEVOLAREDO
DEPTO. DE SISTEMAS Y COMPUTACIÓN
INTRODUCCIÓN A LA INGENIERÍA EN SISTEMAS COMPUTACIONALES
Por:
Ing. Bruno López Takeyaswww.itnuevolaredo.edu.mx/takeyas
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CONTENIDOPág.
1.- CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ISC………………….. 41.1. Definición de informática………………………………………………… 41.2 Carreras profesionales en Informática y Computación........................ 41.3 La ISC en el ITNL…………………………………………………………. 51.4 Objetivo general de la carrera...…………………………………………. 51.5 Perfil del egresado de ISC.………………………………………………. 51.6 Plan reticular de ISC…...…………………………………………………. 6
2.- DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS SISTEMAS DECÓMPUTO………………………………………………... 82.1. Evolución histórica...……………………………………………………... 82.2. Generaciones de las computadoras……………………………………. 122.3. Historia y aplicación de los lenguajes algorítmicos…………………... 16
3.- DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LASCOMPUTADORAS………………………………………. 173.1. Clasificación por tamaño………………………………………………… 173.2. Clasificación por tipo…...………………………………………………… 18
4.- ELEMENTOS DE UN SISTEMA COMPUTACIONAL.. 204.1. Elementos de un sistema de procesamiento de información……….. 204.2. Definiciones de hardware y software…………………………….…….. 204.3. Firmware, orgware y humanware………………………………………. 21
4.4. Arquitectura básica de las computadoras……………………………... 224.4.1. Esquema básico de una computadora (modelo de vonNeumann)………………………………………………………………….. 22
4.4.1.1. La Unidad Central de Procesamiento (CPU)…………... 234.4.1.1.1. La Unidad de Control (CU)…………………….. 244.4.1.1.2. La Unidad Aritmética-Lógica (ALU)…………… 254.4.1.1.3. Los Registros……………………….…………… 25
4.4.1.2. La Memoria Principal…….............................................. 264.4.1.3. Dispositivos de entrada…………………………………… 29
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4.4.1.3.1. El teclado…………………..…………………….. 294.4.1.3.2. El Ratón o Mouse…………….…………………. 31
4.4.1.3.3. El digitalizador (scanner)………………..……… 314.4.1.3.4. La tableta digitalizadota………………………… 314.4.1.3.5. Otros dispositivos de entrada………………….. 32
4.4.1.4. Dispositivos de salida…………………………………….. 324.4.1.4.1. Terminales y monitores……………………….... 334.4.1.4.2. Salida impresa…………...…………………….... 344.4.1.4.3. Salida gráfica……………………………………. 344.4.1.4.4. La tarjeta de sonido….…………………………. 35
4.4.1.5. El Modem…………………………………………………... 36
4.4.1.6. Memoria Secundaria (dispositivos de almacenamiento) 374.4.1.6.1. Unidades de diskettes………………………….. 394.4.1.6.2. Discos duros (HD)…...………………………….. 404.4.1.6.3. Discos compactos (CD)…...…………………… 414.4.1.6.4. Discos Digitales de Video (DVD)……………… 424.4.1.6.5. Otras unidades de almacenamiento………….. 43
4.4.2. La tarjeta madre (motherboard)…………………………………. 44 BIBLIOGRAFÍA………………………………………………. 47
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1. CONCEPTOS BÁSICOS DE LA ISC
La era de la computación nace a mediados del siglo XX, cuando los modelos
matemáticos hasta entonces desarrollados al fin lograron hacerse realidad
mediante complejos aparatos de ingeniería electrónica. De ahí surge una ciencia
que, como en el inglés se usa el nombre Computer Science, la traducción obvia al
español es Ciencias de la Computación, concepto que en francés se conoce como
Informatique y que por nuestras influencias culturales adoptamos con el término
“informática”.
1.1. Definición de Informática
Informática es la ciencia del tratamiento automático (por realizarse mediante
máquinas - hoy en día electrónicas -) y racional (está controlado mediante órdenesque siguen el razonamiento humano) de la información. Este término apareció en
Francia en 1962 uniendo las palabras 'information' y 'automatique' .
La informática se ocupa entre otros de los siguientes temas:
o El desarrollo de nuevas máquinas (computadoras y periféricos)
o El desarrollo de nuevos métodos de trabajo (sistemas operativos)
o El desarrollo de nuevas aplicaciones (software o programas)
1.2. Carreras profesionales en Informática y Computación
Como consecuencia de la evolución de esta área de la ciencia, han surgido varias
carreras universitarias bajo el término de “informática” amparadas en todo tipo de
planes de estudio, desde los orientados a Computer Science (con fuertes
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influencias de computación y matemáticas) hasta los enfocados en la aplicación
de algunas técnicas dentro de las empresas (con un fuerte componente de
administración y negocios). Lejos de hacer un análisis comparativo de las diversas
carreras profesionales en el área de Informática, durante este curso propedéutico
se hace especial énfasis en la carrera Ingeniería en Sistemas Computacionales
(ISC), que se imparte en el Instituto Tecnológico de Nuevo Laredo (ITNL).
1.3. La ISC en el ITNL
Como parte del Proceso de Reforma Curricular del Sistema Nacional de Institutos
Tecnológicos, a partir de Agosto del 2004 se implantará el nuevo Plan Reticular de
la carrera de ISC.
A continuación se analizan los aspectos importantes de la carrera de ISC con la
intención de aclarar posibles dudas entre los aspirantes a cursarla. Cabe
mencionar que re recomienda consultar el sitio de Internet
https://gacela.itc.mx/reforma_curricular/carreras/sistemas.htm con la finalidad de
consultar a detalle el contenido temático de cada materia.
1.4. Objetivo general de la carrera
Formar profesionistas de manera integral con capacidad analítica, crítica, creativa
y de liderazgo que aporten soluciones computacionales en las organizaciones,
aplicando las tecnologías de información y de las comunicaciones, comprometidoscon su entorno.
1.5. Perfil del egresado de ISC
1. Analizar, desarrollar y programar modelos matemáticos, estadísticos y de
simulación.
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2. Reconocer y guiarse por los aspectos sociales, profesionales y éticos en su
entorno.
3. Dirigir y coordinar equipos de trabajo multi e interdisciplinarios.
4. Coordinar y realizar investigaciones que fortalezcan el desarrollo cultural,
científico y tecnológico.
5. Aplicar nuevas tecnologías a la solución de problemas de su entorno
laboral.
6. Desarrollar y administrar sistemas de información, redes de computadoras y
aplicaciones distribuidas.
7. Poseer una visión empresarial y detectar áreas de oportunidad paraemprender y desarrollar proyectos aplicando las tecnologías de información
y de las comunicaciones.
8. Seleccionar y administrar los Recursos Humanos y computacionales para
unidades de servicios de cómputo.
9. Estar comprometido con el desarrollo sustentable, respetando el entorno
social y cultural donde se desarrollan las organizaciones.
10. Desarrollar y administrar software de aplicación y de base.
11. Desarrollar interfases Hombre-Máquina.
12. Desarrollar e integrar soluciones de arquitectura básica máquina-máquina.
13. Proporcionar consultaría a usuarios de diferentes niveles en una
organización.
14. Conocer y aplicar las normas y estándares correspondientes a las
tecnologías de información y de las comunicaciones.
15. Identificar riesgos y aplicar esquemas de seguridad en las tecnologías de
información y de las comunicaciones.16. Comprender y aplicar los aspectos legales del uso y explotación de los
sistemas computacionales.
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1.6. Plan reticular de ISC
Como producto de reuniones nacionales de revisión curricular organizadas por la
Dirección General de Institutos Tecnológicos (DGIT), la Fig. 1.1 muestra el Plan
Reticular de ISC vigente a partir de Agosto del 2004.
Fig. 1.1. Plan Reticular de ISC vigente a partir de Agosto del 2004.
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2. DESARROLLO HISTÓRICO DE LOS SISTEMAS
DE CÓMPUTO
El desarrollo de dispositivos de cálculo no se limita al siglo XX. Mucho antes de la
aparición de los primeros computadores electrónicos hubo calculadores
electromecánicos y, mucho, mucho antes que éstos existieron dispositivos
mecánicos. A continuación se hace una reseña histórica de la evolución de los
sistemas de cómputo.
2.1. Evolución histórica
Uno de los primeros dispositivos mecánicos para contar fue el ábaco, cuya historia
se remonta a las antiguas civilizaciones griega y romana. Este dispositivo es muy
sencillo, consta de cuentas ensartadas en varillas que a su vez están montadas en
un marco rectangular. Al desplazar las cuentas sobre varillas, sus posiciones
representan valores almacenados, y es mediante dichas posiciones que este
representa y almacena datos. A este dispositivo no se le puede llamar
computadora por carecer del elemento fundamental llamado programa (Fig. 2.1).
Fig. 2.1. El ábaco
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John Napier inventa los logaritmos y construye las primeras tablas. Mediante
estas funciones matemáticas convierte los productos y divisiones en simplessumas y restas.
Otro de los inventos mecánicos fue la Pascalina inventada por Blaise Pascal
(1623 - 1662) de Francia y la de Gottfried Wilhelm von Leibniz (1646 - 1716) de
Alemania. Con estas máquinas, los datos se representaban mediante las
posiciones de los engranajes y se introducían manualmente estableciendo dichas
posiciones finales de las ruedas, de manera similar a como leemos los númerosen el cuentakilómetros de un automóvil. La Máquina Aritmética o Sumadora de
Pascal (1642), fue construida por éste a la edad de 19 años.
Wilhelm von Leibniz construyó la primera máquina capaz de multiplicar
directamente, efectuaba divisiones y raíces cuadradas.
La primera computadora fue la máquina analítica creada por Charles Babbage,
profesor matemático de la Universidad de Cambridge en el siglo XIX. La idea quetuvo Charles Babbage sobre un computador nació debido a que la elaboración de
las tablas matemáticas era un proceso tedioso y propenso a errores. En 1823 el
gobierno Británico lo apoyó para crear el proyecto de una máquina de diferencias,
un dispositivo mecánico para efectuar sumas repetidas.
Fig. 2.2. La máquina analítica de Babbage
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George Boole (1815-1864) desarrolló la famosa álgebra que lleva su nombre. Su
lógica formal asignaba un 1 a cada proposición verdadera y un 0 a la falsa. Boole
definió las operaciones no con operadores aritméticos sino con operadores lógicos
Y, O y NO.
Mientras tanto Charles Jacquard (francés), fabricante de tejidos, había creado un
telar que podía reproducir automáticamente patrones de tejidos leyendo la
información codificada en patrones de agujeros perforados en tarjetas de papel
rígido. Al enterarse de este método Babbage abandonó la máquina de diferencias
y se dedicó al proyecto de la máquina analítica que se pudiera programar con
tarjetas perforadas para efectuar cualquier cálculo con una precisión de 20 dígitos.
La tecnología de la época no bastaba para hacer realidad sus ideas. El mundo no
estaba listo y no lo estaría por cien años más.
A finales del siglo XIX se utilizan en los negocios y la gestión de empresas
máquinas de cálculo mecánicas, como la Máquina Tabuladora de H. Holletrith
(1886), con ella se realizó el 11º censo norteamericano, fundó la Tabulating
Machine Corporation que después se transformaría en IBM.
En 1944 se construyó en la Universidad de Harvard, la Mark I, diseñada por un
equipo encabezado por Howard H. Aiken. Esta máquina no está considerada
como computadora electrónica debido a que no era de propósito general y su
funcionamiento estaba basado en dispositivos electromecánicos llamados
relevadores.
En 1947 se construyó en la Universidad de Pennsylvania la ENIAC (Electronic Numerical Integrator And Calculator ) que fué la primera computadora electrónica,
el equipo de diseño lo encabezaron los ingenieros John Mauchly y John Eckert.
Esta máquina ocupaba todo un sótano de la Universidad, tenía más de 18,000
tubos de vacío, consumía 200 KW de energía eléctrica y requería todo un sistema
de aire acondicionado, pero tenía la capacidad de realizar cinco mil operaciones
aritméticas en un segundo (Fig. 2.3).
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El proyecto, auspiciado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos,
culminó dos años después, cuando se integró a ese equipo el ingeniero y
matemático húngaro John von Neumann (1903 - 1957). Las ideas de von
Neumann resultaron tan fundamentales para su desarrollo posterior, que es
considerado el padre de las computadoras y propuso almacenar el programa y los
datos en la memoria de la computadora, con lo que se evitaba la modificación del
cableado en el cambio de programas.
La EDVAC (Electronic Discrete Variable Automatic Computer ) fue diseñada por
este nuevo equipo. Tenía aproximadamente cuatro mil bulbos y usaba un tipo de
memoria basado en tubos llenos de mercurio por donde circulaban señales
eléctricas sujetas a retardos.
La idea fundamental de von Neumann fue: permitir que en la memoria coexistan
datos con instrucciones, para que entonces la computadora pueda ser
programada en un lenguaje y no por medio de alambres que eléctricamente
interconectaban varias secciones de control, como en la ENIAC.
En 1946 se desarrolló el diseño de otra máquina de programa almacenado muy
similar al diseño de EDVAC pero su memoria se construye también con bulbos y
tubos de rayos catódicos, esta máquina se conoce como “IAS” y se considera el
prototipo de todas las máquinas subsecuentes de todo proceso general.
Fig. 2.3. La máquina ENIAC
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De 1940 a 1950 se construye un buen número de computadoras bajo los diseños
de EDVAC e IAS y se incluyen otros diseños como la “ATLAS” del Tecnológico de
Masachusetts que se considera la primera en utilizar memoria de núcleos de
ferrita.
En 1947 la compañía Remington Rand entra al mercado de las computadoras
comerciales, su máquina mas importante es la “UNIVAC” (Universal Automatic
Computer ) se lanza al mercado en 1951. Esta máquina utiliza memoria construida
bajo la tecnología “Línea de Retardo de Mercurio”. Esta memoria con tecnologíade línea de mercurio utiliza también cinta magnética como medio de
almacenamiento.
En este tipo, IBM era el principal fabricante de equipo con tarjetas perforadas y
entrega su primera computadora del programa almacenado en 1953, la llama
“Modelo 701” que es la primera de una serie del modelo 700; para 1955 IBM
alcanza el liderazgo en la producción de computadoras y se mantiene durante
mucho tiempo como el principal proveedor.
2.2. Generaciones de las computadoras
El proceso de adopción y adaptación de tecnologías y el propio desarrollo de la
tecnología del área de computación ha traído cambios tanto en la fabricación
como en la aplicación de las computadoras y en su ambiente; en un intento por
agrupar estos cambios, surgen las llamadas generaciones por computadoras. Estaclasificación que considera 3 generaciones que reflejan el desarrollo en el área de
la electrónica y 2 o más generaciones que reflejan los cambios en el ambiente de
sistemas, es la clasificación generalmente aceptada, aunque tiene la polémica de
algunos autores de la bibliografía de computación en cuanto el número de
generaciones, la duración de cada generación, la descripción del ambiente de
sistemas y otras diferencias. Sin embargo, resulta aparente que deben cumplirse
al menos los siguientes requisitos:
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• La forma en que están construidas.
• Forma en que el ser humano se comunica con ellas.
En términos generales las llamadas generaciones de computadoras se describen
de la siguiente manera:
Primera generación.- (1940 a 1954)
Esta generación agrupa todas las computadoras de construcción electromecánica
y las computadoras electrónicas de bulbos hasta el modelo prototipo de la IAS y la
constituyen las construidas en la década de los 50 a base de válvulas de vacío obulbos (1937-1953). En 1951 se construyó la UNIVAC 1, primera computadora
comercial.
Esta generación se caracteriza por el estilo de programación, fundamentalmente
en lenguaje de máquina y por los medios de entrada/salida, fundamentalmente
tarjetas de papel perforado.
Segunda generación.- (1955 a 1964)
Esta generación se caracteriza por el cambio en la construcción de los
componentes principales de las computadoras que pasan a ser de bulbos a
transistores con la consecuente reducción del tamaño de los dispositivos. Otro
cambio característico de esta generación será en la tecnología de las memorias
que de una construcción de bulbos o reveladores cambia a núcleos de ferrita,
también comienzan a utilizarse cilindros magnéticos como memoria externa.
En esta generación todos los circuitos aritméticos son basados en binario con latécnica de punto flotante. Se comienza a utilizar los lenguajes de programación
de alto nivel y los fabricantes comienzan a suministrar programas para el control
del equipo. La máquina representativa de esta generación es la IBM 7094 o viene
a ser un modelo transistorizado de la IBM 709. Diversas compañías IBM, UNIVAC,
Honeywell, etc. construyen computadoras de este tipo.
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Tercera generación.- (1965 a 1971)
Los circuitos integrados remplazan a los circuitos de transistores trayendo como
consecuencia una nueva y mayor reducción en el tamaño de las computadoras lo
cual a su vez producen una reducción en su costo. Se difunde el uso de la micro
construcción en todas las áreas de la electrónica y en el área de las computadoras
surge el concepto de microprocesador (memoria, unidad de control, unidad
aritmética; todo en un solo circuito integrado). Las memorias de semiconductores y
transistores se construyen también con circuitos integrados para ser utilizados enforma de bancos o tarjetas de memoria.
Se difunde el uso de una técnica llamada “microprogramación” para el diseño y la
operación de los procesadores y para la administración del hardware externo.
Aparecen los primeros paquetes de software (editores, reportadores y una gran
variedad de lenguajes de alto nivel).
En esta generación se desarrolla una gran variedad de técnicas de procesamiento,
todas ellas buscando aprovechar más y mejor las crecientes velocidades de
procesamiento y buscando también aumentar la utilización de los sistemas de
cómputo. Surgen y se desarrollan conceptos tales como: multitarea,
multiprogramación, tiempo compartido y otros sistemas multiusuario.
El modelo representativo de esta generación es un sistema de lotes y
multiprogramación IBM S3 implementado en una computadora IBM 360.
Los lenguajes de alto nivel como COBOL y FORTRAN se usan cada vez más.
Cuarta generación.- (1971 a 1981)
Esta generación se caracteriza por la miniaturización de los circuitos electrónicos y
por el alto grado de compactación de los circuitos integrados. En esta época se
consolidan los microprocesadores (unidad central de proceso, memoria,
aritmética, lógica) que junto con la integración a la gran escala de otros circuitos
componentes hacen posible la aparición de computadoras de escritorio,
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microcomputadoras o computadoras personales (1975 ALTAIR, 1977 APPLE,
1981 IBM-PC).
En estos años se difunde el uso del diskette, se desarrollan los conceptos de
plataformas y ambientes gráficos y aparecen programas diversos para la
interconexión de computadoras dando origen al fenómeno de comunicación por
computadora (redes).
Quinta generación.- (1981-1989)
En 1981 los principales fabricantes de computadoras anuncian el nuevo reto parael desarrollo del software que propicie un avance tecnológico ya no de los
dispositivos sino de los sistemas de cómputo. Este avance menciona las
siguientes características:
1.- Muy alta escala de integración V.L.S.I. (Very Large Scale Integration).
2.- Muy alta velocidad de procesamiento el uso de lenguajes para la programación
vía voz.
3.- El desarrollo de sistemas expertos basados en el concepto de Inteligencia
Artificial.
Esta generación está formada por computadoras que incorporan tecnologías muy
avanzadas que surgieron a partir de 1980, básicamente mayor integración y
capacidad de trabajo en paralelo de múltiples microprocesadores.
Sexta generación.- (1990-…)
La sexta generación viene dada por nuevos algoritmos para explotar masivas
arquitecturas paralelas en computadoras y el crecimiento explosivo de redes.
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2.3. Historia y aplicación de los lenguajes algorítmicos
Al igual que los idiomas sirven de vehículo de comunicación entre los seres
humanos, existen lenguajes que realizan la comunicación entre los seres humanos
y las computadoras. Estos lenguajes permiten expresar los programas o el
conjunto de instrucciones que el operador humano desea que la computadora
ejecute.
Los lenguajes de computadoras toman diferentes formas; los de las primeras
computadoras, como la ENIAC, se componían en el lenguaje real de las máquinas
mismas. La dificultad de programar las máquinas de esta manera limitaba
drásticamente su utilidad y proporcionaba un fuerte incentivo para que se
desarrollaran lenguajes de programación más orientados hacia la expresión de
soluciones con la notación de los problemas mismos.
Los primeros lenguajes de programación se conocieron como Lenguajes
Ensambladores. En los lenguajes ensambladores se define un código especial
llamado mnemónico para cada una de las operaciones de la máquina y se
introduce una notación especial para especificar el dato con el cual debe
realizarse la operación.
A mediados de los años 60’s aparecieron los primeros lenguajes de propósito
general como FORTRAN, FORTRAN IV, ALGOL, COBOL, BASIC, PL/I, ADA, C,
C++, PASCAL, etc. pero el desarrollo de nuevas tecnologías, tanto en arquitecturade computadoras como en lenguajes de programación, continúa a paso acelerado,
cada vez con mayor velocidad, el panorama está cambiando de una etapa de
sistemas y lenguajes especialmente desarrollados para aplicaciones individuales.
Los lenguajes de programación actuales son los conocidos como Lenguajes
visuales, como por ejemplo Visual Fox, Visual Basic, Visual C++.
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3. DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS
COMPUTADORAS
Una computadora de uso particular usualmente es un dispositivo que ha sido
diseñado y construido para resolver una clase restringida de problemas o puede
ser un pequeño conjunto de dispositivos diseñados o construidos para la
realización de una sola tarea; estos dispositivos pueden llegar a tener operaciones
interconectadas e interconstruidas y generalmente utilizan para “control directo por
retroalimentación”.
Algunos ejemplos para este tipo de computadoras son de aplicación militar,
navegación, comunicaciones, tecnología especial o en procesos industriales
(fabricas, líneas de producción, petroquímica).
Las computadoras de uso general son máquinas que en teoría se pueden adaptar
para la solución de cualquier tipo de problemas; esta versatilidad está dada
principalmente por la facilidad de modificar e intercambiar los conjuntos deinstrucciones que pueden ejecutarse (programas). Habrá que considerar que si no
existe limite teórico si existen limitaciones pero que estas limitaciones son
inherentes a la disponibilidad de memoria, velocidad de operación del procesador,
al tipo de dispositivos de entrada/salida y su velocidad de respuesta.
3.1. Clasificación por tamaño
El desarrollo de circuitos integrados, núcleos y películas magnéticas de espesor
milimétrico, el avance en la construcción de componentes de las computadoras ha
dado como resultado que la clasificación por tamaño de una computadora no se
exprese en función del tamaño físico sino que se exprese en función de la
capacidad o de la cantidad potencial de trabajos que se puedan realizar. Desde el
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punto de vista de la computadora como dispositivo, el tamaño y la velocidad de
operación son las características que permiten clasificarlo.
Desde el punto de vista de computadora como conjunto de dispositivos
tendríamos que:
Una pequeña computadora construida en la unidad de proceso de baja velocidad y
uno de 2 dispositivos de entrada y salida.
Las computadoras medianas tienen mayor capacidad de almacenamiento interno
y externo, este será de acceso mas rápido, su procesador será de mayor
velocidad y constará de más de 2 dispositivos de entrada/salida.
Las computadoras grandes suministran mayor capacidad de almacenamiento,facilitan la operación simultánea de varios dispositivos de entrada/salida y
generalmente operan bajo sistemas operativos de multitarea, multiprogramación
y/o multiusuarios.
Otros nombres conocidos para esta clasificación:
Supercomputadora.- Para computadoras de gran potencia y capacidad.
Mainframes.- Para sistemas medianos y grandes que soportan multiusuarios.
Minicomputadora.- Para computadoras medianas pero que no están basadas en
microprocesadores.
Microcomputadora o Computadora Personal (PC).- Para cualquier
computadora cuya construcción está basada en microprocesadores y son de uso
personal.
3.2. Clasificación por tipo
Todas las computadoras electrónicas pueden ser clasificadas en 2 tipos deacuerdo a los datos que maneja y la manera en que los presenta. Estas pueden
ser analógicas y digitales.
Una computadora analógica efectúa sus funciones de entrada, proceso y salida
estableciendo analogía de situaciones físicas con modelos matemáticos. La
característica principal para este tipo de computadoras es que operan sobre datos
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de variables físicas continuas por ejemplo: precisión, temperatura, velocidad,
niveles de iluminación, niveles de sonido, niveles de voltaje de desplazamiento o
niveles de movimiento, etc.; a estas variables la computadora puede procesar
mediante la entrada utilizando sensores para luego convertirlos, representarlos y
procesarlos mediante modelos matemáticos implementados en circuitos lógicos.
La salida de este tipo de máquinas generalmente es una medida de la condición
física que resuelve pero puede ser también una acción física de las variables que
opera; esto las hace las más aplicables para el control directo por
retroalimentación de sistemas físicas.
Una computadora digital opera representando números reales y otros caracteres
codificados numéricamente; sus entradas generalmente son dadas por un usuario
y siempre serán manejadas como cantidades; sus procesos se basan en la
cuenta, la suma, resta, multiplicación, división y la comparación de cantidades y su
salida en casi siempre en algún tipo de reporte (desplegado e impreso).
Computadora híbrida: Es la combinación de una computadora digital y una
computadora analógica. Ejemplo: en un hospital un dispositivo analógico puede
medir el funcionamiento del corazón, temperatura y otros signos vitales, estas
medidas se convierten en números y enviados a una computadora digital, este
componente controla los signos vitales y envía una señal a la estación de
enfermeras en caso de una lectura anormal.
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4. ELEMENTOS DE UN SISTEMA COMPUTACIONAL
Para analizar los componentes de un sistema computacional típico, es necesario
partir de lo general a lo particular.
Un sistema en general, se define como el “conjunto de componentes conectados e
interactivos que tienen un propósito y una unidad total” (Joyanes, 1999). Es
entonces, muy importante identificar el enfoque de la descomposición de los
sistemas de cómputo (desde sistemas de información hasta los componentes deuna computadora).
4.1. Elementos de un sistema de procesamiento de información
Un sistema de procesamiento de información es un sistema que transforma datos
brutos en información organizada, significativa y útil. Este tipo de sistemas se
componen de dispositivos de entrada, procesamiento y salida (Fig. 4.1).
Retroalimentación
Fig. 4.1. Sistema de procesamiento de información
4.2. Definiciones de Hardware y Software
Existen dos conceptos importantes a considerar en los sistemas de procesamiento
de información: hardware y software.
Procesador Salida=InformaciónEntrada = Datos
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Hardware.- Es el término aplicado a la computadora y sus componentes físicos
que sean elementos de una instalación computacional. El hardware puede estar
constituido por uno o más dispositivos de entrada, por uno o más dispositivos de
salida, generalmente una unidad central de proceso (CPU) y uno o más
dispositivos de almacenamiento. En este elemento se consideran también todos
aquellos componentes físicos para la interconexión de los anteriores, por ejemplo:
tarjetas, cables, interfaces, conectores, adaptadores, etc.
Software.- Es el nombre genérico que se da a los programas que son utilizadosen un sistema computacional. El software es el elemento mediante el cual los
usuarios pueden utilizar la instalación computacional, pueden resolver problemas
con ayuda de la computadora, pueden incluso de disponer de ciertas facilidades
en un ambiente hasta cierto punto agradable.
4.3. Firmware, orgware y humanware
A últimas fechas se han introducido en el vocabulario de computación otros
términos y otros conceptos para denominar ciertos aspectos relativos a los
elementos involucrados en el trabajo de sistemas.
Se utiliza el término firmware para denominar a cierta parte del software que las
computadoras tienen grabado desde su fabricación, generalmente en memoria
tipo ROM o en circuitos incorporados desde el diseño y fabricación de la máquina;
generalmente el firmware se constituye con una parte mínima del sistema
operativo, rutinas de arranque, set up, microprogramación, circuitos sumadores o
aritméticos, etc.
El término orgware se utiliza para señalar aspectos de organización arquitectónica
y construcción de las computadoras, de sus componentes y de otros elementos
del área de sistemas; orgware estudia entre otras cosas el diseño, el estándar de
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construcción, los materiales de fabricación, etc. del equipo, del mobiliario y del
área de trabajo.
El término humanware se utiliza para hacer referencia a diversos aspectos
relacionados con el personal que interviene en el trabajo computacional; pueden
ser aspectos administrativos o de estructura organizacional, de relaciones
humanas, de métodos, procedimientos y estándares de trabajo, aspectos éticos,
legales, trabajos en equipo, comportamiento social, etc.
4.4. Arquitectura básica de las computadoras
En esta parte se estudiará la forma de operación de una computadora digital
electrónica. Para ello es necesario conocer sus componentes básicos,
apoyándose en lo que se conoce como el modelo de von Neumann.
4.4.1. Esquema básico de una computadora (modelo de von Neumann)
La idea central del modelo de computación propuesto por John von Neumann
consiste en almacenar las instrucciones del programa de una computadora en su
propia memoria, logrando así que la máquina siga los pasos definidos por su
programa almacenado. Este esquema se emplea prácticamente en todos los
modelos de computadoras y presenta la configuración general de una
computadora (Fig. 4.2).
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Fig. 4.2. Esquema básico de una computadora
4.4.1.1. La Unidad Central de Procesamiento (CPU)
La CPU (por sus siglas en inglés Central Processing Unit ) es el conjunto de
circuitos electrónicos capaces de ejecutar algunos cálculos sencillos como suma o
multiplicación de números. La potencia de una computadora depende
completamente de la velocidad y fiabilidad de la CPU.
La Unidad de Control, los Registros y la Unidad Aritmética Lógica se integranen las computadoras con el nombre de Unidad Central de Procesamiento (Fig.
4.3).
La función de la CPU es clara: ejecutar instrucciones. Para ello necesariamente
deben cumplirse estas condiciones:
• Que las instrucciones sean entendibles por la CPU.
• Que estén almacenadas en la memoria.
Unidad Central de
Procesamiento
Unidades de SalidaUnidades de
Entrada
Memoria Principal
Memoria
Secundaria
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En una computadora los datos se introducen al CPU vía dispositivo de entrada y
se extraen o se obtienen por medio de dispositivos de salida.
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
Fig. 4.3. La Unidad Central de Procesamiento (CPU)
4.4.1.1.1. La Unidad de Control (CU)
La CU (por sus siglas en inglés Control Unit ) es en esencia la que gobierna todas
las actividades de la computadora, así como el CPU es el cerebro de la
computadora, se puede decir que la CU es el núcleo del CPU. Supervisa la
ejecución de los programas coordina y controla al sistema de cómputo, es decir,
coordina actividades de Entrada/Salida (E/S) determina que instrucción se debe
de ejecutar y pone a disposición los datos pedidos por la instrucción. Determina
donde se almacenan los datos transfiere desde las posiciones donde están
Unidad Aritmética-
Lógica
(ALU)
Unidad de Control
(CU)
Registros
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almacenados. Una vez ejecutada la instrucción la unidad de control debe
determinar donde pondrá el resultado para la salida o para su uso posterior.
4.4.1.1.2. La Unidad Aritmética-Lógica (ALU)
La ALU (por sus siglas en inglés Arithmetic-Logic Unit ) es en esencia la que
realiza los cálculos (suma, resta, multiplicación y división) y operaciones lógicas
(comparaciones). Transfiere los datos entre las posiciones de almacenamiento. Al
realizar operaciones aritméticas y lógicas, la ALU mueve datos entre ella y el
almacenamiento. Los datos usados en el procesamiento se transfieren de su
posición en el almacenamiento a la ALU. Los datos se manipulan de acuerdo con
las instrucciones del programa y regresan al almacenamiento. Debido a que el
procesamiento no puede efectuarse en el área de almacenamiento, los datos
deben trasferirse a la ALU. Para terminar una operación puede suceder que los
datos pasen de la ALU al área de almacenamiento o varias veces.
4.4.1.1.3. Los Registros
Los registros son celdas de memoria interna de alta velocidad en los que se pone
la información para procesar o el programa de control. Se encuentran dentro de la
CPU y pueden ser de las categorías siguientes:
Registros de propósito general: Son de trabajo de la CPU. En estos registros secolocan los valores para su procesamiento que incluye operaciones aritméticas,
comparaciones e instrucciones de bifurcación o saltos.
Registros de base de puntero e índice: Se usan para proporcionar soporte a
cosas como direccionamiento relativo, apuntador de pila e instrucciones para
mover bloques.
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Registros de segmento: Son usados para soportar el esquema de memoria
segmentada. El registro CS guarda el segmento de código actual, el DS el
segmento actual de datos, el ES el segmento extra y el SS el segmento de pila.
Registros de propósito especial: Guardan el estado de la CPU y el apuntador
de instrucciones que indica la siguiente instrucción que ejecutará la CPU.
4.4.1.2. La Memoria Principal
La memoria da al procesador el almacenamiento temporal para programas y
datos. Todos los programas deben trasferirse a la memoria desde un dispositivo
de entrada o desde el almacenamiento secundario (diskette, disco duro, CD, etc.)
antes de que puedan ejecutarse o procesarse los datos. Las computadoras usan 2
tipos de memoria primaria:
• ROM (Read Only Memory).- Memoria de sólo lectura, en la cual se
almacena ciertos programas e información que necesita la computadora las
cuales están grabadas permanentemente y no pueden ser modificadas por
el programador. Las instrucciones básicas para arrancar una computadora
están grabadas aquí.
• RAM (Random Access Memory ).- Memoria de acceso aleatorio, la utiliza
el usuario mediante programas y es volátil; es decir, requiere el suministro
de energía para que funcione ya que si se apaga la computadora, pierde su
contenido. La memoria del equipo permite almacenar datos de entrada,
instrucciones de los programas que se están ejecutando en ese momento,
los datos resultados del procesamiento y los datos que se preparan para la
salida. Los datos proporcionados a la computadora permanecen en el
almacenamiento primario hasta que se utilizan en el procesamiento.
Durante el procesamiento, el almacenamiento primario almacena los datos
intermedios y finales de todas las operaciones aritméticas y lógicas. El
almacenamiento primario debe guardar también las instrucciones de los
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programas usados en el procesamiento. La memoria está subdividida en
celdas individuales cada una de las cuales tiene una capacidad similar para
almacenar datos.
La Memoria Principal está formada por circuitos integrados (chips), en ellos la
información se almacena en estados de tensión o voltaje (+5 V) al que hacemos
corresponder un uno, y no tensión (0 V) al que le corresponde un cero, por tanto el
sistema de almacenamiento sólo posee dos posibles valores y por ello se
denomina binario. Ésta es por lo tanto la menor cantidad de información que
podemos almacenar en una computadora, y se denomina bit (o cero o uno), y alconjunto de ocho bits se le denomina Byte u Octeto.
Podemos imaginar la memoria como un conjunto de casillas, cada una con una
dirección que la identifica, donde se almacenan los datos y las instrucciones
correspondientes a los programas.
Para conocer la ubicación de cada dato estas casillas deben estar
convenientemente numeradas, es lo que se denomina dirección de memoria. En
cada casilla podremos almacenar una determinada cantidad de bits según la
computadora, 8bits (1 Byte), 16 bits, 32 bits, etc.
La Fig. 4.4 muestra, a modo de ejemplo, varias posiciones de memoria en una
computadora cuya longitud de palabra es de 8 bits, por tanto en cada dirección de
memoria se almacena 1 Byte.
Dirección de memoria Dato almacenado
0 = 00000000 01011010
1 = 00000001 01001100
2 = 00000010 110110013 = 00000011 00101110
4 = 00000100 10001101
Etc etc
Fig. 4.4 Celdas de memoria
La cantidad de Bytes que se pueden almacenar en la memoria de una
computadora es bastante elevada y por ello se utilizan prefijos, así 1 KiloByte o KB
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corresponde a 210 = 1024 Bytes (y no 1000 KB), 1 MegaByte o MB = 1024 KB, 1
GigaByte o GB = 1024 MB, 1 TeraByte o TB = 1024 GB.
La memoria se comunica con el resto de la CPU mediante unos canales
denominados "Buses". Existen tres, el Bus de datos por donde circulan los datos,
el Bus de direcciones encargado de indicar la posición de un dato concreto
almacenado en memoria, y el Bus de control por donde circulan las instrucciones
de los procesos que lleva a cabo la computadora.
Por tanto, para localizar un dato en la memoria principal, la dirección que ocupa
éste debe circular por el bus de direcciones. Según cual sea la amplitud del bus de
direcciones y la longitud de palabra, así será el tamaño de la memoria que puedegestionar la computadora. Es decir, el número de casillas o direcciones de
memoria que pueden ser indicadas y el tamaño de la información que contienen.
Para un bus de direcciones de 8 bits la computadora podrá gestionar 28 = 256
posiciones de memoria y en cada una de ellas podremos almacenar 8 bits si ésta
es la longitud de palabra de esa computadora.
La Fig. 4.5 muestra la memoria de una computadora con una longitud de palabra
de 8 bits y un bus de direcciones también de 8 bits. Deberían existir 28 = 256
casillas - desde la 00000000 hasta la 11111111 (en lenguaje binario), cada una
conteniendo un dato de 8 bits de tamaño, en total 256 x 8 = 2048 bits o 256 Bytes.
Los datos contenidos en las casillas de memoria no tienen evidentemente ninguna
relación con la dirección de estas, ya que van variando conforme se ejecuta el
programa o se producen entradas de nuevos datos.
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Fig. 4.5. Bus de direcciones y bus de datos
4.4.1.3. Dispositivos de entrada
Son todos aquellos elementos o vía de comunicación hombre-máquina-hombre y
están representados por las diferentes maneras en que el hombre puede
comunicarse con la máquina.
La necesidad de poder operar y poder programar más fácilmente ha dado como
resultado el desarrollo, la adopción y la adaptación de diversos mecanismos,
dispositivos, medios y métodos.
4.4.1.3.1. El teclado
Compuesto como su nombre indica por una serie de teclas que representan letras,
números y otros caracteres especiales. Al presionar un carácter en el teclado se
produce un tren de impulsos que ingresa en la computadora a través de un cable.
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Todo tren de impulsos está constituido por estados de tensión eléctrica y no
tensión, unos y ceros, es decir, por bits.
Para codificar los caracteres se suele usar el estándar ASCII ( American Standard
Code for Information Interchange ) o el EBCDIC menos extendido. En ambos,
cada carácter esta codificado mediante ocho bits, así por ejemplo utilizando ASCII
la letra A sería 01000001, la B 01000010 y la C 01000011. Al pulsar la letra C en
el teclado se originaria el tren de impulsos de la Fig. 4.6.
Fig. 4.6 Impulsos generados por el teclado
Para intentar asegurar la fiabilidad en la transmisión, se añade un bit adicional
denominado bit de paridad, si la computadora que empleamos es de paridad par se añadirá un uno o un cero a cada carácter para que el total de unos trasmitidos
sea par. Por ejemplo, si pulsamos la letra C, el número de unos correspondiente a
su código ASCII es tres, y en este caso, añadiríamos un uno adicional para que el
total de unos transmitidos sea cuatro, es decir par. Si pulsáramos la letra A, el total
de unos sería dos y por tanto par y en este caso se añadiría un cero, ver Fig. 4.7.
Fig. 4.7. Bit de paridad
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4.4.1.3.2. El Ratón o Mouse
Los más habituales son los ratones mecánicos, en estos en su parte inferior se
encuentra una bola que rueda al deslizar el ratón sobre la superficie de la mesa o
de una alfombrilla, el movimiento de la bola se transmite a dos ejes
perpendiculares y de éstos a unas ruedas dentadas con un sistema óptico que
permite captar el giro de cada una de estas ruedas, de aquí, mediante la
electrónica del ratón, estos valores de movimiento serán enviados por el puerto
serie (COM 1, COM 2,..) o por el USB- por el puerto serie los datos se transmiten
bit a bit -, o de un bus especial para el ratón, hacia la CPU, que mediante elprograma adecuado podrá situar el cursor en la pantalla. Al pulsar el botón o
botones del ratón, la CPU sabrá, por tanto, sobre que elemento de la pantalla se
está actuando.
4.4.1.3.3. El Digitalizador (Scanner)
Permite convertir información gráfica en una imagen digitalizada o mapa de bits("Bitmap"). La imagen que se desea digitalizar se coloca en el escáner, en éste la
imagen es recorrida por un haz luminoso, y la luz reflejada es recogida por un
dispositivo tipo CCD (del mismo tipo que el que incorporan las cámaras de vídeo)
que convierte la señal luminosa en señal eléctrica, posteriormente esta
información se convierte en señales digitales que ingresaran en la computadora.
4.4.1.3.4. La tableta digitalizadora
Consiste en un tablero de dibujo que puede ser recorrido por un lápiz, los
movimientos del lápiz se convierten en informaciones digitales y se envían a la
computadora a través del puerto serie o del puerto USB.
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4.4.1.3.5. Otros dispositivos de entrada
Algunos dispositivos de entrada permiten la comunicación directa entre los seres
humanos y la máquina, mientras que otros requieren la grabación de los datos en
un medio de entrada, por ejemplo algún material magnetizable. Con frecuencia se
utilizan dispositivos que leen datos grabados en plástico flexible con un
recubrimiento especial (disco flexible) o en cinta magnética.
Existen otros dispositivos de entrada como lectores de códigos de barras, lectores
de huellas digitales, lectores de retina, pantallas sensibles al tacto, lectores detarjetas (fichas) perforadas (en desuso), micrófonos, etc.
Todos estos dispositivos son componentes que interpretan la información y
permiten la comunicación entre las personas y entre los sistemas de cómputo.
4.4.1.4. Dispositivos de salida
Al igual que las unidades de entrada, los dispositivos de salida son instrumentos
que interpretan información y permiten la comunicación entre los seres humanos y
las computadoras. Estos dispositivos convierten los resultados que produce el
procesador y que están en código de máquina en una forma susceptible de ser
empleada por las personas (por ejemplo, informes impresos o desplegados en
pantallas) o como entrada para otras máquinas que formen parte de un ciclo de
procesamiento distinto. En los sistemas personales de exhibición y las impresoras
de escritorio, los dispositivos que aceptan las salidas de sistemas mayoresgeneralmente son impresoras más grandes y rápidas, muchas estaciones de
trabajo en línea y unidades de cinta magnética y disco rígido. A las unidades de
entrada/salida y almacenamiento secundario se les llama en ocasiones
dispositivos periféricos porque a menudo se les coloca cerca de la unidad de
proceso.
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4.4.1.4.1. Terminales y monitores
La importancia de un teletipo y el monitor de una video terminal son en esencia
dispositivos de salida; sin embargo, pocas veces se utilizan para obtener
resultados de los procesos, pero como consulta del operador pueden ser utilizados
para llevar un control de las entradas; el monitor de una video simplemente
proporciona el eco de las entradas.
Una video-terminal se puede utilizar como medio de salida particularmente cuandola información que se desea obtener no requiere copia permanente. Una ventaja
adicional de estos dispositivos es su operación silenciosa y su rapidez lo cual
propicia la interacción durante la ejecución del programa.
El principio del funcionamiento de un monitor es similar al de una televisión en
donde la información se obtiene por medio de puntos iluminados en el interior de
una pantalla. Estos puntos se iluminan mediante la visión de los rayos controlados
magnéticamente. Por su principio de funcionamiento un monitor podría tener la
capacidad para suministrar información gráficamente, sin embargo, esto está
condicionado a ciertas características físicas de construcción del video
fundamentalmente de lo que se conoce como resolución y en todo caso requiere
de alta programación.
Consiste, en los equipos de sobremesa, en un tubo de rayos catódicos, en éste
tres haces de electrones correspondiendo a los tres colores básicos (rojo, verde y
azul) inciden sobre una rejilla tras la cual está situada una pantalla de fósforo quese ilumina. Estos haces recorren la pantalla de izquierda a derecha y de arriba a
abajo formando la imagen. Hecho esto se sitúan de nuevo en la esquina superior
izquierda para formar una nueva imagen.
Cada uno de estos tres haces da lugar a un punto de color básico (rojo, verde o
azul), la agrupación de los tres puntos de color básicos da lugar a un punto de la
imagen denominado píxel.
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Por último, respecto al monitor cabe destacar la frecuencia con que estos haces
forman una imagen, cuanto mayor sea ésta mayor será la calidad de la imagen, y
la máxima resolución con que pueda trabajar, número de pixeles horizontales y
verticales.
El monitor recibe a su vez la información de la tarjeta gráfica, en ésta cabe
distinguir la memoria de vídeo que implicará la máxima resolución que pueda
producir la tarjeta gráfica, y a partir del desarrollo VGA el DAC (Conversor Digital
Analógico) encargado de traducir la señal digital generada por el procesador a
formato analógico para que pueda ser representada en el monitor.
4.4.1.4.2. Salida impresa
Es el método más común para obtener documentos de salida en una
computadora. El dispositivo llamado de líneas o simplemente o simplemente
impresora funciona de forma muy similar a una máquina de escribir pero
controlada totalmente por la computadora. Las impresoras en toda su relación han
operado con diferentes modalidades y diversos principios de funcionamiento, los
cuales en una cronología pueden ser descritos comenzando con impresoras de
cadena o de tambor, luego las de cabeza móvil o matriz de puntos; todas ellas
utilizando la técnica de impacto para la impresión de caracteres a través de una
cinta y otras técnicas electrostáticas, fotoquímicas, térmicas hasta las técnicas o
principio de rayos de láser y las de tinta.
4.4.1.4.3. Salida gráfica
La información puede tener diferentes presentaciones y en muchos casos podrá
presentarse por medio de gráficas de barras, gráficas de líneas de tendencias,
gráficas de relación entre 2 o mas parámetros, imágenes, iconos, figuras, etc. todo
esto de acuerdo al uso o al usuario que la reciba. En otros casos la información
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gráfica es la forma en que se presentan los datos por ejemplo; fotografías,
imágenes, pero sobre todo, diagramas, planos, mapas, etc. que para ser
obtenidos como resultado de un proceso se utilizan dispositivos con la capacidad
de producir este tipo de reportes. En general se conocen con el nombre de
graficas o ploters.
Actualmente, sobre todo en las computadoras personales, la mayoría de las
impresoras pueden operar en modo gráfico la cual las hace aplicables para
obtener información gráfica; sin embargo para algunas aplicaciones la precisión
podría ser menos que la que se logra en un graficador. Otro limitante es el tamaño
de las gráficas que pueden obtenerse.
4.4.1.4.4. La tarjeta de sonido
Se encargan de digitalizar las ondas sonoras introducidas a través del micrófono,
o convertir los archivos sonoros almacenados en forma digital en un formato
analógico para que puedan ser reproducidos por los altavoces o bocinas.
Los sonidos que puede percibir el oído humano abarcan las frecuencias de 20 a
20.000 Hz.
La tarjeta de sonido recorre estas ondas tomando muestras del tipo de onda (de
su frecuencia), esta operación se realiza con valores variables de muestreo, desde
8.000 hasta 44.100 Hz, a mayor frecuencia de muestreo mayor será la calidad
de la grabación. Y del nivel sonoro de esta onda, esta información se guarda en 8
bits (28 = 256 niveles de sonido) o en 16 bits (216 = 65.536 niveles de sonido). Y
en un canal o Mono o dos canales o Estéreo.La calidad telefónica correspondería a 11.025 Hz, 8bits y Mono. La calidad de la
radio a 22.050 Hz, 8 bits y Mono, ocupando el archivo el doble que el primero. Y
la calidad del CD a 44.100 Hz, 16 bits y Estéreo, ocupando el archivo 16 veces
más que el primero.
Muchas tarjetas de sonido poseen capacidades MIDI; esto significa que en un chip
de la tarjeta, sintetizador, se encuentran almacenadas las características de
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diferentes instrumentos musicales, y la grabación o reproducción de un sonido se
hace en referencia a éstos y las notas musicales correspondientes.
4.4.1.5. El Modem
Se utiliza para enviar y recibir datos a través de la línea telefónica.
El término Módem procede de Modulador / Demodulador que resume la función
del módem, es decir, los datos que una computadora debe enviar están formados
por bits, los cuales se trasmiten de uno en uno por el puerto serie al módem, éste
convierte estos datos digitales en señales analógicas de modo que puedan circular
por la línea telefónica, modula los datos. El módem que se encuentra en el otro
extremo de la línea telefónica y recibe estas señales de frecuencia las convierte en
señales digitales, bits, decimos que demodula los datos, y los transmite por el
puerto serie de uno en uno a la computadora. La Red de Telefonía Básica (RTB)
permite transmitir frecuencias de hasta 2400 Hz, por esto los módems si no
utilizaran otras técnicas de compresión podrían transmitir como máximo 2400 bits
por segundo. No se debe confundir por tanto la frecuencia de la señal con que se
transmiten los datos por la RTB que se expresa en baudios (2400 baudios, 1200
baudios,..), con la cantidad de datos que se transmiten que se expresa en bits/s
(28.800 bits/s, 14.400 bits/s,..).
Para realizar esta comunicación entre la PC y el Módem existe un chip que juega
un papel muy importante, es el denominado UART (Receptor Transmisor
Asíncrono Universal). Éste chip se encarga de convertir los datos que recibe engrupos de 8 bits de ancho en cadenas de 1 bit de ancho de modo que puedan salir
por el puerto serie. También comprueba el bit de paridad de los datos recibidos y
de insertarlo en los enviados, así como los bits de inicio y de parada, es decir los
bits que van al inicio y final de un grupo de datos, normalmente grupos de 8 bits.
En los PC la UART 8250 solo podía realizar transferencias a baja velocidad, la
16450 mediante compresión hasta 115,200 bits/s en sistemas monotarea y la
16550 de idéntica velocidad pero con multitarea.
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La mayoría de módems utilizan un grupo de órdenes o comandos de
comunicación denominados comandos Hayes o comandos AT, debido a que
todos ellos empiezan con las letras AT (por ejemplo ATDT significa realizar la
marcación por tonos o ATDP por pulsos).
4.4.1.6. Memoria Secundaria (Dispositivos de almacenamiento)
La necesidad de una memoria auxiliar, memoria externa, memoria secundaria o derespaldo surge de la consideración de 2 aspectos principales: la memoria principal
tiene una capacidad limitada, necesariamente tiene que ser de tipo RAM y solo
retiene información mientras esta energizada (es volátil). En la mayoría de las
ocasiones los programas y en muchos casos los datos requieren ser grabados
para uso posterior y se trata de evitar tener que volver a capturarlos. Los recursos
disponibles, los mas utilizados como medios y dispositivos de almacenamiento
externo se pueden agrupar en los siguientes grupos:
a) Medios de papel
b) Medios magnéticos
c) Medios ópticos
a) Medios de papel.- Los medios y dispositivos de cinta y papel perforado son
en esencia permanente de tal forma que fueron también utilizados como
medios de almacenamiento externo. Sus desventajas principales radican en
que las tarjetas son voluminosas, que las tarjetas y la cinta dificultan su
manejo y se deterioran con el uso, la lentitud en el proceso de lectura pero
sobre todo que solo permiten acceso secuencial de la información.
b) Medios magnéticos.- El principal funcionamiento de estos medios es el
mismo que se utiliza en la grabación de audio y video; en ellos se pueden
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identificar los mismos elementos básicos, lectores, circuitos, cabeza de
lectura o reproductora, cabeza de escritura o grabación, etc. y una
superficie de recubrimiento magnetizable la información grabada
(almacenada en estas unidades se realiza como una secuencia de puntos
magnetizados en el material de recubrimiento de una cinta o de un disco
que solo puede variarse con el registro de nueva información).
La desventaja principal de las cintas magnéticas que solo permiten acceso
secuencial a la información; actualmente el uso de estos dispositivos tiende a
limitarse como medios de soporte y respaldo de grandes sistemascomputacionales.
La denominación de estos dispositivos se basa en la ubicación con respecto al
gabinete de la computadora y/o con la facilidad para ser transportados; así los
discos o las unidades de disco pueden ser denominados fijos o removibles;
internos o externos; duros o flexibles.
c) Medios ópticos.- Las unidades y dispositivos de almacenamiento óptico
funcionan bajo el principio de reflejo de un rayo láser (un haz de luz
concentrado) en la superficie de un disco. Algunas de las áreas de disco
reflejan la luz son superficies planas que presentan los unos, los que no
reflejan son áreas surcadas que representan los ceros.
Otra diferencia de los medios ópticos con respecto a los medios magnéticos es la
forma de organización de los sectores; en los medios ópticos los sectores son detamaño uniforme y se organizan en espiral.
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4.4.1.6.1. Unidades de diskettes
Contienen un motor eléctrico que permite girar el soporte de datos, diskette o
floppy disk o FD y uno o dos cabezales de lectura y escritura que pueden situarse
en un punto específico del diskette, éste a su vez está formado por una superficie
circular de material plástico recubierto de una substancia que puede magnetizarse.
El cabezal, al situarse sobre una zona del diskette, que se encuentra girando a
unas 360 r.p.m., provoca en éste una señal eléctrica que es codificada en formato
binario por la electrónica de la unidad de diskette. Esta señal se transmite por unacinta (un grupo de finos cables eléctricos) a la controladora de FD/HD - conectada
en una de las ranuras de expansión o integrada en la propia placa base -, y de
ésta al microprocesador o a la memoria. El proceso de escritura en el FD sigue los
mismos pasos pero en sentido contrario.
Existen disqueteras de diferentes tipos, las primeras tenían una anchura de 5 ¼
pulgadas y evolucionaron desde las que podían contener 160 KB hasta las más
modernas de 1.2 MB, más tarde hicieron su aparición las disqueteras de 3½
pulgadas que podían almacenar en un principio 720 KB y posteriormente 1.44 MB.
Éstas últimas unen a su menor tamaño y mayor capacidad, el albergar en una
carcasa de plástico rígido al diskette y de este modo protegerlo de modo mucho
más efectivo.
En ambos tipos de unidades los diskettes pueden ser protegidos contra escritura,
en las primeras es necesario usar un papel adhesivo, mientras que en las de 3½ "
esta función la realiza un cierre deslizante (Fig. 4.8).
Fig. 4.8. Protección contra escritura en diskettes
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Para poder localizar los datos en el FD previamente se deben realizar una serie de
marcas en el mismo, este proceso se denomina formatear el disquete y consiste
en dividirlo en una serie de pistas concéntricas y cada una de éstas en una serie
de sectores, véase Fig. 4.9, por ejemplo los disquetes de 3½ " y 1,44 MB de
capacidad poseen 80 pistas en cada cara y 18 sectores por pista. La situación de
cada archivo está almacenada en la FAT (File Allocation Table), éste método es el
que sigue el MS-DOS y algunos otros sistemas operativos.
Fig. 4.9. Formateo de diskettes
4.4.1.6.2. Discos duros (HD)
Se componen de varios discos circulares rígidos, y no flexibles como en el caso de
los diskettes, recubiertos de un material susceptible de ser magnetizado. Pueden
ser grabados o leídos mediante un cabezal por ambas caras mediante un proceso
similar al de los FD, la diferencia estriba en la muy superior velocidad de giro de
éstos, por lo menos unas 3.600 r.p.m. Los HD pueden lograr estas elevadas
velocidades de giro debido a que se encuentran herméticamente cerrados dentro
de una carcasa de aluminio. Debido a las elevadas velocidades de giro los HD
logran unos tiempos de búsqueda promedio muy inferiores a las unidades de
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diskettes y unas velocidades de transferencia muy superiores, ambas
características los convierten en el medio más rápido - excluyendo la memoria
principal - para almacenar o transferir información por el momento.
El proceso de formatear el HD se realiza de forma similar al diskette, pero como ya
hemos comentado, los discos duros suelen estar formados por más de un disco y
cada uno de estos puede ser formateado por ambas caras. Así un HD se divide en
cabezales, cada uno de éstos en cilindros o pistas, y cada una de éstas, en
sectores. La capacidad total de un HD se puede calcular entonces:
Capacidad total = nº de cabezales x nº de cilindros x nº de sectores por pista
x nº de bytes por sector
Por otra parte, el HD y el FD necesitan de una electrónica para comunicarse con la
computadora. Está electrónica se encuentra en una tarjeta denominada
"controladora de HD/FD", existen diversos estándares de controladoras, y cada
controladora sólo puede operar con los HD de su tipo. Los antiguos HD eran del
tipo MFM o RLL, después surgieron los IDE y los Enhanced IDE, y los SCSI en
sus distintas versiones. Las controladoras IDE también pueden "controlar" otros
dispositivos como unidades CD-ROM, las SCSI aparte de los CD-ROM también se
utilizan con otros dispositivos como Escáneres.
4.4.1.6.3. Discos compactos (CD-ROM)
Estas unidades de almacenamiento están constituidos por un soporte plástico en
las que un láser ha realizado unas pequeñas hendiduras, esta capa se recubre
con una capa de material reflectante, y ésta con otra capa de protección. En el
momento de la lectura un láser de menor intensidad que el de grabación reflejará
la luz o la dispersará y así podrán ser leídos los datos almacenados.
Las pistas en este soporte se encuentran dispuestas en forma de espiral desde el
centro hacia el exterior del CD-ROM, y los sectores son físicamente del mismo
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tamaño. El lector varía la velocidad de giro del CD-ROM, según se encuentre
leyendo datos en el centro o en los extremos, para obtener una velocidad
constante de lectura.
La velocidad de transferencia de estas unidades ha ido variando, las primeras
unidades tenían una velocidad de 150 KB/s y se denominaron de simple
velocidad, ya que esta velocidad de transferencia era la que venía recogida en las
especificaciones del MPC (Multimedia PC Marketing Council), posteriormente han
ido apareciendo unidades 2X (2 x 150 = 300 KB/s), hasta en la actualidad 12X ( 12
x 150 = 1,800 KB/s ).
Una de las principales ventajas de los CD-ROM es que el desgaste esprácticamente nulo, y la principal desventaja es que no podemos cambiar lo que
existe grabado, como podemos hacer en un HD o un FD.
En un CD-ROM podemos almacenar hasta 650 MB de información, lo que supone
almacenar unas 150,000 páginas de información, o la información contenida en
1,200 diskettes.
Existen unidades CD-ROM que se conectan a controladoras IDE y otras a
controladoras SCSI como ya se ha mencionado al hablar de los discos duros.
4.4.1.6.4. Discos Digitales de Video (DVD)
Recientemente han hecho su aparición las unidades DVD (Digital Video Disc),
éstas unidades son básicamente un CD-ROM con una muy superior densidad de
grabación, logrando una capacidad de almacenamiento de 4.38 GB si se graban
por una sola cara y una capa, hasta 15.90 GB si la grabación se realiza en doscaras y con dos capas. Cada cara puede tener hasta dos capas, ver Figuras 4.10
y 4.11.
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Tipo Diámetro Caras Capas Capacidad
DVD-5 12 cm 1 1 4,38 Gb
DVD-9 12 cm 1 2 7,96 Gb
DVD-10 12 cm 2 1 8,75 Gb
DVD-18 12 cm 2 2 15,90 Gb
DVD-R 12 cm 1 1 3,68 Gb
DVD-RAM 12 cm 1 1 2,40 Gb
Fig. 4.10. Capacidades de DVD´s
Fig. 4.11. Proceso de grabación de DVD´s
Respecto a la compatibilidad de los DVD con los CD-ROM es absoluta en el caso
de los CD-ROM estampados industrialmente y de los CD-RW; pero no así con los
CD-R (procedentes de un grabador) que necesitan para ser accesados por un
lector DVD, que éste disponga de dos láser (láser dual).
4.4.1.6.5. Otras unidades de almacenamiento
Las unidades de Backup que utilizan cinta similar a las de los cassettes. Los
discos magneto-ópticos que utilizan un láser para calentar la superficie y una
cabeza de lectura-escritura como los FD, una de sus ventajas es la práctica
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inalterabilidad de los datos, ya que no pueden ser modificados por campos
electromagnéticos si no son calentados previamente por el láser. Existen otros
medios de almacenamiento como las unidades ZIP, los flash drives, etc.
4.4.2. La tarjeta madre (motherboard)
Se denomina tarjeta madre (MotherBoard en inglés) a la placa de circuito impreso
que integra los siguientes elementos:
1. Microprocesador: Consiste en un circuito integrado que contiene la Unidad
Aritmético/Lógica y la Unidad de Control. En la familia PC corresponde a los
micros 8088, 8086, 80286, Pentium, etc. En esta familia a partir del 80486
también se incorpora el coprocesador matemático encargado de las
operaciones en punto flotante.
2. Banco de memoria: Está formado por uno o varios "chips" que forman la
RAM, ésta es una de las dos partes que componen la memoria principal.
Los PC actuales contienen una serie de zócalos donde se insertan losdenominados módulos SIMM (Single Inline Memory Module) o DIMM (Dual
In-Line Memory Module) formados estos a su vez por varios "chips"; esta
construcción modular permite añadir más módulos, y por tanto más
memoria, cuando resulta necesario de una forma muy sencilla; eso si,
respetando unas reglas de colocación en cuanto a su número y tamaño.
3. ROM: Formada a su vez por uno o varios circuitos integrados, aunque de
características distintas a los que forman la RAM, que contienen
información de modo permanente.
4. Ranuras o Slots de expansión: Se trata de conexiones para las tarjetas
de ampliación de la tarjeta madre; las más habituales suelen ser la tarjeta
gráfica, la controladora de discos, la tarjeta de los puertos serie y paralelo.
5. Resto: Los cristales de cuarzo que suministran la frecuencia o frecuencias
para el funcionamiento del sistema, el controlador programable de
interrupciones que controla las interrupciones - las interrupciones, IRQ, son
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señales generadas por los componentes de la computadora, indicando que
se requiere la atención de la CPU - y las presenta a la CPU, el controlador
DMA - el propósito de este controlador es escribir o leer datos directamente
de memoria prescindiendo del microprocesador -, el conector a la fuente de
alimentación y otros como la memoria caché o el coprocesador matemático
que no se encuentran en todos las computadoras o incluso pueden estar
integrados en el propio microprocesador (Fig. 4.12).
Fig. 4.12. La tarjeta madre o motherboard
Como se observa en la Fig. 4.12 en esta placa existen dos tipos de ranuras de
expansión las ISA y las PCI. Las primeras PC XT tenían un bus de datos de 8 bits
y los dispositivos que se conectaban en las ranuras de expansión seguían el
estándar ISA de 8 bits. Más tarde con la aparición de los PC AT el bus de datos se
amplió a 16 bits y las ranuras de expansión tipo ISA pasaron a tener un ancho de
16 bits, ambos con una frecuencia de 8 MHz. Con la aparición de procesadores de
32 bits y la utilización de entornos gráficos este bus resultaba demasiado estrecho,
sólo podía transportar 5 MB/s, y surgieron los estándares MCA, MCA/2 y EISA
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ambos permitían un ancho de 32 bits y tenían un ancho de banda de 40 MB/s el
MCA/2 y 33 MB/s para el EISA.
Aún con este tipo de buses ciertos dispositivos como las tarjetas gráficas, los
discos duros y los adaptadores de red se veían frenados en su necesidad de
transmitir o recibir datos de la CPU.
Aparece ante esta situación la idea de "bus local", que consiste en que periféricos
como los citados puedan saltarse el bus de expansión y se comuniquen
directamente con la CPU, de un modo parecido a como lo hace la memoria con el
procesador.
El primer desarrollo estándar de un bus local fue el denominado VESA Local Bus(VLB) - VESA es un consorcio formado por más de 120 compañías dedicado a
crear especificaciones comunes -, este diseño tenía un ancho de banda de 132
MB/s funcionando a 32 bit y una frecuencia de 33 MHz. El diseño del VLB no era
un diseño cerrado y podían surgir problemas de incompatibilidades.
Hoy en día el bus local que se suele utilizar el es denominado PCI - desarrollado
por SIG otro consorcio formado por más de 160 compañías - es un bus local de 32
bits, funcionando a una frecuencia de 33 MHz y con un ancho de banda máximo,
como el VLB, de 132 MB/s, pero con características adicionales al VLB como son:
la transferencia de ráfagas lineales, grandes volúmenes de datos son escritos o
leídos de una dirección que se incrementa automáticamente para el próximo byte
del flujo; posee un menor tiempo de latencia, desde que un periférico realiza
una petición hasta que le es concedido el control; y también permite la
concurrencia de tareas, la CPU puede estar dedicada a un cálculo mientras un
dispositivo conectado al bus realiza su transferencia. Este bus permite además no
tener que determinar en cada tarjeta, cambiando los puentes, IRQ’s, DMA’s ydirecciones de memoria como en el bus ISA o VLB y que se realice esa asignación
de modo automático "Plug & Play".
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BIBLIOGRAFÍA
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