Curso Propedeutico - Introduccion a La ISC

5/9/2018 Curso Propedeutico - Introduccion a La ISC - slidepdf.com

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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



Introducción a la ISC Ing. Bruno López 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




3

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




21

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




22

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).




23

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.




26

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




27

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




28

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.




29

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.




30

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




31

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.




32

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.




33

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.




34

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




35

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




36

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.




37

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




38

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.




39

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




40

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




41

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




42

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.




43

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




44

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




45

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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• Instituto Tecnológico de La Paz. “Tutorial de Introducción a la Ingenieríaen Sistemas Computacionales”.http://www.itlp.edu.mx/publica/tutoriales/introdingsistcomp/index.htm. 2004.

• Levine, Guillermo. “Computación y programación moderna. Perspectivaintegral de la Informática”. Editorial Addison Wesley. 2001.

Curso Propedeutico - Introduccion a La ISC

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