1.0.- Introducción:

1.0.1.- Definición:

Informática es la ciencia del tratamiento automático (por realizarse mediante máquinas - hoy en día electrónicas -) y racional (está controlado mediante órdenes que siguen el razonamiento humano) de la información.

Este término apareció en Francia en 1962 uniendo las palabras 'information' y 'automatique'.

En los países anglosajones se utiliza la frase Ciencia de las Computadoras (Computer Science).

Figura 1

La informática se ocupa entre otros de los siguientes temas:

o El desarrollo de nuevas máquinas (ordenadores y periféricos) o El desarrollo de nuevos métodos de trabajo (sistemas operativos) o El desarrollo de nuevas aplicaciones informáticas (software o programas)

1.0.2.- Elementos constitutivos

La parte física, también denominada hardware, formada por:

Unidad Central de Proceso Unidades de memoria auxiliar Unidades de entrada Unidades de salida

La parte lógica, también denominada software (programas), formada por:

Sistema Operativo (programas para que el ordenador tenga capacidad de trabajar)

Aplicaciones (programas que hacen que el ordenador trabaje)

Las personas, estas se dividen en dos grandes grupos:

El personal informático: personas encargadas de controlar y manejar las máquinas para que den un buen servicio:

o El Personal de dirección (Director, Jefe del área de desarrollo, Jefe del área de explotación)

o El Personal de análisis y programación (Jefe de proyectos, Analistas, Programadores)

o El Personal de explotación (Operadores, Grabadores de datos) Los usuarios

1.1.- Ordenador y Periféricos:

Un Ordenador procesa o elabora los datos que se le suministran, puede por ejemplo realizar el promedio de unos datos introducidos previamente, realizar una gráfica con esos datos o suministrar un listado ordenado de mayor a menor de dichos datos.

Para realizar estos procesos, el ordenador debe disponer de recursos para almacenar la información mientras ésta es elaborada, memoria, y asimismo de los dispositivos que permitan tanto su introducción, como ofrecerla, ya elaborada, a los usuarios. Estos últimos dispositivos reciben el nombre de periféricos.

Esquemáticamente un ordenador se compone de:

1. Unidad de Entrada: Permiten la introducción de información en el ordenador, existen dos tipos de dispositivos, aquellos que convierten los datos en un formato capaz de ser interpretado por el ordenador como el teclado y los que permiten su entrada directa como el escáner, lectores de tarjetas o códigos de barras o la pantalla táctil.

2. Unidad de Almacenamiento o Memoria: Dispositivos donde se almacenan los datos y los programas para procesarlos. Existen dos tipos: Memoria Principal, constituida por circuitos integrados y que a su vez se subdivide en RAM y ROM; y la Memoria Secundaria, donde se almacenan otros datos que no tienen cabida en la principal, la constituyen los Discos duros (HD), CD-ROM, disquetes (FD), Unidades de cinta,..

3. Unidad Aritmético/Lógica: Es la parte encargada de procesar los datos, se conoce también como ALU (Arithmetic-Logic Unit). Las operaciones que realiza son de tipo aritmético: suma, resta, multiplicación y división; y de tipo lógico: igual, mayor que o menor que.

4. Unidad de Control: Dirige la ejecución del programa y controla tanto el movimiento entre memoria y ALU, como las señales que circulan entre la CPU y los Periféricos.

5. Unidad de Salida: Presentan al usuario los datos ya elaborados que se encuentran en la memoria del ordenador, los más habituales son la pantalla y la impresora.

La Unidad de Control con la Unidad Aritmético/Lógica y la Memoria Principal forman la Unidad Central de Procesos (CPU), es decir el Ordenador.

Las Unidades de Entrada y de Salida son los denominados Periféricos.

Figura 2

1.2.- La Memoria:

Como ya hemos visto en el apartado 1.1 la Unidad Central de Procesos (en inglés CPU: Central Processing Unit), se compone de la Memoria, la Unidad de Control y la Unidad Aritmético/Lógica, ver Figura 2.

La Memoria Principal está formada por circuitos integrados (chips), en ellos la información se almacena en estados de tensión (+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 un ordenador, y se denomina bit (o cero o uno), y al conjunto 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 el ordenador, 8bits (1 Byte), 16 bits, 32 bits,.. .El número de bits que almacena un ordenador en cada casilla de la memoria y que puede manipular en cada ciclo se la denomina longitud de palabra ("word" en inglés).

La siguiente tabla muestra, a modo de ejemplo, varias posiciones de memoria en un ordenador cuya longitud de palabra es de 8 bits, por tanto en cada dirección de memoria se almacena 1 Byte.

Dirección de memoria Dato almacenado0 = 00000000 010110101 = 00000001 010011002 = 00000010 110110013 = 00000011 001011104 = 00000100 10001101etc etc

Figura 3

La cantidad de Bytes que se pueden almacenar en la memoria de un ordenador es bastante elevada y por ello se utilizan prefijos, así 1 KiloByte o KB 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 el ordenador.

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 puede gestionar el ordenador. 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 el ordenador podrá gestionar 28 = 256 posiciones de memoria y en cada una de ellas podremos almacenar 8 bits si esta es la longitud de palabra de ese ordenador.

La siguiente figura (Figura 3) muestra la memoria de un ordenador 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.

Figura 4

Podemos escribir M = 2 D * P , siendo D la amplitud del bus de direcciones, P la longitud de palabra del ordenador y M la memoria en bits.

 

Existen dos tipos de memoria en el ordenador, una de ellas es la denominada RAM (Random Access Memory, Memoria de Acceso Aleatorio) que es la encargada de almacenar los datos y los programas que la CPU está procesando. El término acceso aleatorio significa que no es necesario leer una serie de datos para acceder al que nos interesa, sino que podemos acceder directamente al dato deseado. Esta memoria depende del suministro de tensión eléctrica para mantener la información y por tanto al apagar el ordenador los datos almacenados en ella se perderán.

La otra parte de la memoria se denomina ROM (Read Only Memory, Memoria de Solo Lectura), en la que se encuentran el test de fiabilidad del ordenador (POST: Power on Self Test), las rutinas de inicialización y arranque, y la BIOS que proporciona los servicios fundamentales para que el ordenador sea operativo, en su mayor parte controla periféricos del ordenador como la pantalla, el teclado y las unidades de disco. El término Memoria de Solo Lectura, significa que esta memoria no puede ser modificada y aun cuando apaguemos el ordenador la información permanecerá inalterada en la ROM.

Existe otra porción de memoria denominada CMOS que contiene datos básicos de éste, como pueden ser el número de unidades de disquetes y su tipo, de discos duros y su tipo, la fecha, la hora y otros datos respecto al comportamiento fundamental del ordenador. Esta memoria no es de tipo permanente, ya que podemos variar la configuración de nuestro equipo y para ser mantenida necesita de la tensión que le suministra una pequeña pila o batería.

1.3.- La Placa Base:

Se denomina Placa Base o 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,… . 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 los denominados módulos SIMM (Single Inline 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 placa base; las más habituales suelen ser la tarjeta gráfica, la controladora de discos, la tarjeta de los puertos serie y paralelo. Las placas base - también se denominan placas madre - más modernas suelen incorporar tanto la controladora de discos, como la serie-paralelo y algunas también la tarjeta gráfica e incluso otros periféricos.

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 señales generadas por los componentes del ordenador, 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 los ordenadores o incluso pueden estar integrados en el propio microprocesador.

Figura 5

Como se observa en la Figura 5 en esta placa existen dos tipos de ranuras de expansión las ISA y las PCI.

Los primeros 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 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.

Aun 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 y direcciones de memoria como en el bus ISA o VLB y que se realice esa asignación de modo automático "Plug & Play".

1.4.- Los Periféricos:

1.4.1.- Periféricos de entrada

1.4.1.1.- 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 el ordenador a través de un cable. 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 Figura 6.

Figura 6

Para intentar asegurar la fiabilidad en la transmisión, se añade un bit adicional denominado bit de paridad, si el ordenador 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 Figura 7.

Figura 7

 

1.4.1.2.- 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,..) - por el puerto serie los datos se transmiten bit a bit -, o de un bus especial para el ratón, hacia la CPU, que mediante el programa 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.

 

1.4.1.3.- El Escáner:

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 el ordenador.

 

1.4.1.4.- 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 al ordenador a través del puerto serie.

 

1.4.1.5.- Otros periféricos de entrada:

Lectores de códigos de barras, Lectores de fichas perforadas (en desuso), …

 

1.4.2.- Periféricos de salida:

1.4.2.1.- La pantalla:

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 que se 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 pixel, ver Figura 8.

Figura 8

Los círculos en negro que agrupan a tres puntos de color representan un pixel y el diámetro de éste el tamaño del pixel; la doble flecha indica la distancia entre pixels, ambos elementos decisivos en la calidad de un monitor.

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 pixels 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.

En la Figura 9 se representa la memoria correspondiente a diversos estándares de tarjetas gráficas.

Tipo Pixels Colores Memoria (bits) MemoriaCGA 320 x 200 4 320x200x2 16.000 BEGA 640 x 350 16 640x350x4 112.000 BVGA 640 x 480 16 640x480x4 153.600Super VGA 800 x 600 256 800x600x8 480.000XGA 1024 x 768 65.536 (High Color) 1024x768x16 1.536 KBOtros 800 x 600 232 (True Color) 800x600x32 1.875 KB

Figura 9

1.4.2.2.- La impresora:

Nos sirve para tener una copia impresa de datos o figuras, en definitiva de la información elaborada o almacenada en el ordenador.

Existen diferentes tipos de impresoras, matriciales o de agujas, de inyección de tinta, láser, etc. . Todas ellas suelen recibir la información a través del puerto paralelo del ordenador - por el puerto paralelo (LPT 1,..) los datos se transmiten en grupos de 8 bits - y utilizan para ello un cable tipo Centronics.

 

Las impresoras matriciales contienen en el cabezal de impresión una serie de agujas (9, 18, 24 ó 48) que golpean la cinta entintada y ésta al papel, dando lugar así a la información impresa. El número de agujas, evidentemente, implica una mayor calidad en la impresión. Las impresoras matriciales suelen disponer de una técnica denominada NLQ que consiste en imprimir el mismo carácter dos veces pero ligeramente desplazado, de este modo se puede mejorar la calidad de la impresión, aunque ésta resulta más lenta. La principal ventaja de las impresoras matriciales es su bajo costo y su rapidez. Existen impresoras matriciales de color aunque los resultados son bastante limitados.

Las impresoras de inyección contienen un cartucho de tinta para la impresión en blanco y negro y otro o otros tres con los colores Cyan, Magenta y Amarillo para la impresión en color. En estas impresoras la tinta se sitúa en el cabezal y mediante una resistencia se

calienta éste que expulsa una burbuja de tinta contra el papel. Las impresoras de inyección producen muy buenos resultados en la impresión tanto en blanco y negro como en color. Debido a su reducido coste y a su calidad son hoy día las de mayor aceptación.

Las impresoras láser utilizan un tambor fotosensible que es activado por un láser, este tambor después de ser activado por el láser queda impregnado por el carboncillo del toner que puede pasar al papel. Las impresoras láser producen documentos de gran calidad y con una velocidad superior a las de inyección, pero requieren de una memoria o buffer elevada y suelen ser caras.

Un grupo especial de impresoras láser y también de inyección lo constituyen las impresoras PostScript, en éstas la imagen no es enviada a la impresora en forma de matriz de puntos, sino como gráfico vectorial, de este modo se le puede decir a la impresora "imprime un circulo de radio r cm centrado en el punto x,y", el resultado es una mayor calidad de impresión en gráficos y figuras.

 

Existen otros tipos de impresoras como las de margarita, transferencia térmica de cera, de sublimación, etc. .

 

1.4.2.3.- Otros dispositivos de salida:

El Trazador Gráfico o Plotter: Este dispositivo mediante una serie de lápices de dibujo que va escogiendo puede realizar dibujos de gran precisión, se utiliza en diseño gráfico y estudios de arquitectura básicamente.

1.4.3.- Periféricos de Entrada y Salida

1.4.3.1.- El Módem:

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 un ordenador debe enviar están formados por bits, estos bits 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 quese 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 al ordenador. 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 el 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 en grupos 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.

 

La mayoría de módems utilizan un grupo de ordenes 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).

1.4.3.2.- 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.

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.

 

El proceso de reproducción sigue los mismos pasos pero en sentido contrario.

Muchas tarjetas de sonido poseen capacidades MIDI; esto significa que en un chip de la tarjeta, sintetizador, se encuentran almacenadas las características de diferentes instrumentos musicales, y la grabación o reproducción de un sonido se hace en referencia a éstos y las notas musicales correspondientes.

1.4.3.3.- Otros periféricos de entrada y salida:

La pantalla táctil que permite seleccionar, tocando la pantalla, las opciones que se le presentan al usuario. La tarjeta digitalizadora y compresora de vídeo...

1.4.4.- Sistemas de almacenamiento

1.4.4.1.- Disqueteras:

contienen un motor eléctrico que permite girar el soporte de datos, disquete o floppy disk o FD , y uno o dos cabezales de lectura y escritura que pueden situarse en un punto específico del disquete, 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 disquete, 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 disquetera. Esta señal se transmite por una cinta (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 3 ½ 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 disquete y de este modo protegerlo de modo mucho más efectivo.

 

En ambos tipos de disqueteras los disquetes pueden ser protegidos contra escritura, en las primeras es necesario usar un papel adhesivo, mientras que en las de 3 ½ " esta función la realiza un cierre deslizante (véase Figura 10).

Figura 10

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 Figura 11, por ejemplo los disquetes de 3 ½ " 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.

Figura 11

1.4.4.2.- Discos Duros (HD):

Se componen de varios discos circulares rígidos, y no flexibles como en el caso de las disqueteras, 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 disqueteras 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 disquete, 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 sistema operativo MS-DOS divide el HD en los denominados "clusters", éstos constituyen las unidades más pequeñas de información que puede direccionar éste sistema operativo dentro de un HD, y están formados por un número variable de sectores según sea la capacidad total del HD. Una de las nefastas consecuencias de éste método consiste en que cuando el HD es grande, 1 GB o más, los clusters también son muy grandes y cada fichero que se encuentra en el HD ocupa al menos un cluster, cuando el fichero es más pequeño que el cluster parte del cluster se desperdicia, ya que en este cluster no se puede guardar ningún otro fichero. Así nos encontramos discos duros prácticamente llenos, en los que si sumamos el tamaño total ocupado por los ficheros no coincide con el tamaño ocupado que nos muestra el sistema operativo. Por ejemplo, en un HD de 2 GB de capacidad se pueden llegar a desperdiciar fácilmente más de 500 MB. La única solución a este problema consiste en dividir el disco duro en varios de menor tamaño, es decir, realizar varias particiones mediante el comando FDISK de MS-DOS.

Por otra parte, el HD y el FD necesitan de una electrónica para comunicarse con el ordenador. 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.

 

1.4.4.3.- 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 tamaño. El lector varia 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 es prácticamente 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 disquetes.

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.

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 dos caras y con dos capas. Cada cara puede tener hasta dos capas, ver Figura 12 y 13.

Tipo Diámetro Caras Capas CapacidadDVD-5 12 cm 1 1 4,38 GbDVD-9 12 cm 1 2 7,96 GbDVD-10 12 cm 2 1 8,75 GbDVD-18 12 cm 2 2 15,90 GbDVD-R 12 cm 1 1 3,68 GbDVD-RAM 12 cm 1 1 2,40 Gb

Figura 12

 

Figura 13

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 leidos por un lector DVD, que éste disponga de dos láser (láser dual).

1.4.4.4.- 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 inalterabilidad de los datos, ya que no pueden ser modificados por campos electromagnéticos si no son calentados previamente por el láser. Las unidades ZIP, etc. .

1.5.- Evolución Histórica:

1.5.1.- Breve Historia

La historia de las máquinas de cálculo que dieron origen a los ordenadores actuales empieza con un instrumento utilizado por diversas civilizaciones, siglos antes de Jesucristo: el ábaco, véase Figura 14.

Figura 14

John Napier inventa los logaritmos y construye las primeras tablas. Mediante estas funciones matemáticas convierte los productos y divisiones en simples sumas y restas.

 

En los siglos XVI y XVII se construyeron máquinas mecánicas basadas en ruedas dentadas que simulaban el funcionamiento del ábaco, como la Máquina Aritmética o Sumadora de Pascal (1642), construida por éste a la edad de 19 años.

 

Wilhelm von Leibniz (1646-1716) construyó la primera máquina capaz de multiplicar directamente, efectuaba divisiones y raíces cuadradas.

 

Charles Babbage (1792-1871) diseñó la Máquina Analítica, ésta máquina fue pensada como un calculador universal, que pudiera resolver de forma automática cualquier problema matemático, y capaz de albergar distintos programas, murió sin poder construirla.

George Boole (1815-1864) desarrollo la famosa álgebra que lleva su nombre. Su lógica formal asignaba un 1 a cada proposición verdadera y un 0 a las falsas. Boole definió las operaciones no con operadores aritméticos sino con operadores lógicos Y, O y NO.

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.

 

El primer ordenador electromecánico fue el Mark I construido en la Universidad de Harvard por Howard H. Aiken en 1944 con la subvención de IBM, tenía 760.000 ruedas y relés y 800 Km de cable y se basaba en Maquina Analítica de Babbage.

 

El primer ordenador electrónico fue el ENIAC, construido en la Escuela Moore de Ingeniería Eléctrica, por John W. Mauchly y John Presper Eckert en 1945, era capaz de realizar 5.000 sumas por segundo, pesaba 30 Tm utilizaba 18.200 válvulas, ocupaba 140 m2 y tenía un consumo medio de 150.000 W. Evidentemente necesitaba un potente equipo de refrigeración..

John von Neumann (1903-1957), matemático húngaro, propuso almacenar el programa y los datos en la memoria del ordenador, con lo que se evitaba la modificación del cableado en el cambio de programas.

1.5.2.- Generaciones de Ordenadores:

La primera generación de ordenadores los constituyen los construidos en la década de los 50 a base de válvulas de vacío. (1937-1953)

En 1951 se construyó el UNIVAC 1, primer ordenador comercial

La segunda generación se basan en el funcionamiento del transistor. (1954-1962)

Aparecen los primeros lenguajes de alto nivel

Diversas compañías IBM, UNIVAC, Honeywell,.. construyen ordenadores de este tipo.

 

La tercera generación fue la que incorporó los circuitos integrados (Texas Instruments). (1963-1972)

Se introduce la multiprogramación y el multiproceso

Aparecen familias de ordenadores que hacen compatible el uso de programas.

Los lenguajes de alto nivel como Cobol y Fortran se usan cada vez más.

 

La cuarta generación es la que incorpora el denominado microprocesador. (1972-1984)

Empieza la muy alta integración (VLSI very large scale integration) en chips y memorias.

 La quinta generación está formada por ordenadores que incorporan tecnologías muy avanzadas que surgieron a partir de 1980, básicamente mayor integración y capacidad de trabajo en paralelo de múltiples microprocesadores. (1984-1990)

La sexta generación viene dada por nuevos algoritmos para explotar masivas arquitecturas paralelas en ordenadores, y el crecimiento explosivo de redes. (1990-)

1.6.- Apéndice:

1.6.1.- El Sistema Decimal:

El sistema de numeración que utilizamos se denomina decimal ya que emplea diez dígitos para indicar una cantidad, y es además un sistema posicional ya que cada dígito debe su valor a la posición que ocupa en la cantidad a la que pertenece.

Valor posicional 103 102 101 100    4 en 100       4 4 x 100 43 en 101     3   3 x 101 305 en 102   5     5 x 102 5001 en 103 1       1 x 103 1000

Figura 15

1.6.2.- El Sistema Binario:

El sistema binario, como el decimal, es un sistema posicional; pero el valor de la posición viene dado por potencias de 2 ( 20, 21, 22,…) ya que solo se utilizan dos dígitos, el cero y el uno.

Por tanto, si queremos convertir un número en base 2 (binario) al sistema decimal (base 10), no tenemos mas que multiplicar el dígito (0 ó 1) por la potencia de 2 correspondiente a su posición, véase tabla adjunta.

Valor posicional 23 22 21 20   Valor decimal1 en 20       1 1 x 20 11 en 21     1   1 x 21 20 en 22   0     0 x 22 01 en 23 1       1 x 23 8

Figura 16

Como 1 + 2 + 0 + 8 = 11 tenemos que 1011(2 = 11(10 .

Si lo que queremos es convertir un número binario a decimal, dividiremos sucesivamente el valor decimal por 2 hasta llegar a 1. Los restos de las divisiones nos indicarán el valor binario, véase tabla adjunta

División Cociente Resto52 / 2 26 026 / 2 13 013 / 2 6 16 / 2 3 03 / 2 1 11   1

Figura 17

Por tanto 52(10 = 110100(2 .

Como ya he comentado, los ordenadores "utilizan" este sistema de numeración, en cada posición de memoria solo pueden almacenar 1 bit ( o un cero o un uno).

1.6.3.- El Sistema Hexadecimal:

El sistema hexadecimal, como los anteriores, también es posicional. En este caso el valor de la posición viene dado por potencias de 16 (160, 161, 162,…).

Como sólo poseemos 10 caracteres para representar los posibles dígitos, se añaden las letras A, B, C, D, E y F.

Por tanto en base 16 disponemos de los siguientes caracteres 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, y F = 15.

Para realizar la conversión al sistema decimal seguiremos un método similar al anterior, véase tabla.

Valor posicional 163 162 161 160   Valor decimalF en 160       F F x 160 152 en 161     2   2 x 161 325 en 162   5     5 x 162 1280A en 163 A       A x 163 40960

Figura 18

Por tanto, como 15 + 32 + 1280 + 40960 = 42287 tenemos que A52F (16 = 42287(10 , también se suele representar como A52Fh, indicando la h que se trata de un valor hexadecimal.

Si lo que queremos es convertir una cantidad hexadecimal a decimal, seguiremos un método similar al utilizado con los valores binarios, teniendo en cuenta que si

obtenemos como restos 10, 11, 12, 13, 14 ó 15 debemos sustituirlos por A, B, C, D, E o F.

División Cociente Resto332 / 16 20 12 = C20 / 16 1 41   1

Figura 19

Por tanto 332(10 = 14C(16 ó 14Ch.

El sistema hexadecimal se suele utilizar ampliamente en informática, por ejemplo para indicar direcciones de memoria.