INFORMTICA APLICADA

UNIDAD DIDCTICA 1

Tema 1 Sistemas informticos

Introduccin

Desde la antigedad el hombre ha diseado mquinas y mecanismos que le permitan realizar su trabajo ms fcil y cmodamente, aplicando la tecnologa disponible

Trabajos difciles mquinas complejas

Mquinas polivalentes y programables

Qu es la Informtica?

Palabra de origen francs formada por la contraccin de INFORmacin y autoMTICA

R.A.E.: conocimientos cientcos y tcnicas quehacen posible el tratamiento automtico de la informacin por medio de ordenadores

Este tratamiento es racional, pues obedece a rdenes establecidas por razonamientoshumanos (otra cuestin es que sean correctos). El ordenador casi nunca se equivoca

Qu es un ordenador?

1.Mquina automtica programable que obtieneunos datos de salida aplicando unasoperaciones bsicas predefinidas en lsobre unos datos de entrada

2.Conjunto de componentes electrnicosintercomunicados entre s (hardware), capazde recibir un conjunto de operaciones y ejecutarlas (software)

Niveles conceptuales de un ordenador

Nivel Electrnico

Niveles conceptuales de un ordenador

Nivel Electrnico

Nivel Mquina

Niveles conceptuales de un ordenador

Nivel Electrnico

Nivel Mquina

Nivel Sistema Operativo

Niveles conceptuales de un ordenador

Nivel Electrnico

Nivel Mquina

Nivel Sistema Operativo

Nivel Lenguajes Programacin

Niveles conceptuales de un ordenador

Nivel Electrnico

Nivel Mquina

Nivel Sistema Operativo

Nivel Lenguajes Programacin

Nivel de Aplicacin

Componentes de un sistemainformtico

El hardware (CPU, memoria, dispositivos de E/S ...) Facilita los recursos bsicos de la computacin.

El sistema operativo Controla y coordina el uso del hardware por parte de los

distintos programas de aplicacin.

Los programas de aplicacin (procesadores de texto, hojas de clculo, compiladores, bases de datos, videojuegos,...) Definen cmo hay que utilizar estos recursos para resolver los

problemas de los usuarios.

Los usuarios (personas u otros ordenadores o programas).

Tipos de sistemas informticos

Propsito general, para todo tipo de aplicaciones Propsito especfico, aplicaciones concretas:

Diseo propio del sistema informtico Sistema basado en bus industrial Sistemas informticos comerciales:

Sistemas basados en microcontrolador Sistemas basados en PC o compatible Autmatas programables

Sistemas basados en bus industrial

Sistemas basados en micros

Sistemas basados en autmatas

Ms usado en control de entornos industriales

Programacin sencilla Muy robustos y estables Poca capacidad de

cmputo Poca versatilidad

INFORMTICA APLICADA

UNIDAD DIDCTICA 1

Tema 2 Arquitectura de computadores y Representacin de la informacin

Bibliografa

Fundamentos de informtica, 4 Edicin: Captulo 1: 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6 Captulo 4: 4.1, 4.2, 4.5 Captulo 7 Captulo 8: 8.6 Captulo 10: 10.1, 10.2 Captulo 12: 12.4 Captulo 14

Introduccin

Estudio del hardware de los ordenadores basados en tecnologa electrnica digital

Estos ordenadores utilizan un cdigo basado en tensin elctrica con dos estados (0 1), binary digit (bit). 1 byte = 8 bits

Basado en potencias de 2. Los mltiplos son: Kb (1.024 bits) KB (1.024 bytes) Mb (1.024 Kb) MB (1.024 KB) Gb (1.024 Mb) GB (1.024 MB)

Arquitectura von Neumann

CPU

UC

UAL

MEMORIAPRIMARIA

SECUNDARIA

CONTROLADORES

Ctrl_1

Ctrl_N

Unidades de E/S

Unidad_1

Unidad_M

Unidad aritmtico-lgica Unidad de control

Memoria Entrada/salida

Buses del sistema

Unidad central de procesos (CPU)

Circuito electrnico que controla todas las operaciones que se realizan en el ordenador

Sigue siempre la misma secuencia. Es un autmata Principales caractersticas de la CPU:

Frecuencia reloj (MHz) velocidad procesamiento Ancho palabra (bits) potencia de procesamiento.

Nmero de lneas del bus de datos. 8, 16, 32, 64 bits Juego de instrucciones, define operaciones bsicas de

la CPU alfabeto de la CPU (CISC vs. RISC) Mejoras: pipeline, paralelismo, arquitectura superescalar,

Principales unidades de la CPU

Unidad de control del estado y la actividad de la CPU. Se activa cada tick del reloj. Registros especiales: PC, IR, SP, Acc, AR, DR

Unidad aritmtico-lgica y otras, como unidad coma flotante y de propsito especfico

Memoria cach, muy rpida, para almacenar datos e instrucciones utilizadas recientemente

Estructura CPU

Secuencia de funcionamiento CPU

1.Gestin de interrupciones (salto al bloque adecuado)2.Busca en memoria la siguiente instruccin (fetch)3.Analiza la operacin de la instruccin (decode)4.Opcionalmente, busca datos de la instruccin 5.Ejecuta la operacin: (execute)

Operacin aritmtica-lgica o de asignacin Movimiento de datos internos o con el exterior Instruccin de salto con/sin comparacin

6.Opcionalmente, almacena el resultado (write)

Simulador de CPU: PIPPIN

http://www.dsie.upct.es/docencia/pippin/

La memoria

Almacena indistintamente datos e instrucciones, quesuministra a la CPU bajo demanda

Organizada en celdas (registros) de 1 byte Tecnologas: electrnica, magntica, ptica, estado

slido, etc. Tipos: RAM, ROM, PROM, EPROM, etc.

.....500

.....501

.....502

.....503

0 1 2 3 4 5 6 71 1 1 1 1 0 0 00 0 0 0 1 1 1 01 1 0 0 0 0 0 11 0 0 0 1 1 1 1

Jerarqua de memoria

Caractersticas de la memoria: capacidad, coste y tiempo de acceso

No existe la memoria ideal necesario combinar distintas tecnologas: Memoria principal: suministra instrucciones y datos

a velocidad prxima a la de la CPU (RAM y cach) Memoria secundaria: almacena datos y programas

(disco duro, CD, DVD, memorias USB, etc.)

Velocidad y precio

Capacidad

Memoria primaria

Los registros: muy rpidos (conectados a la CPU), pero son pocos (32) con capacidad igual al ancho de palabra de la CPU. Los usa la CPU para guardar la siguiente instruccin a ejecutar y los datos relevantes

La cach: conforme aumenta la capacidad de integracin, queda ms sitio libre en la CPU. Esta memoria se usa para guardar los bloques de instrucciones que, posiblemente, tenga que ejecutar la CPU.

Memoria RAM: menor velocidad pero mayor capacidad. Memoria principal del sistema. Voltil

Memoria virtual: menor velocidad pero mayor capacidad. Artefacto del sistema operativo.

Memoria magntica

Memoria magntica

Memoria ptica

CD Virgen al microscopio

1000 5000 15000

0

Memoria ptica

Memoria de estado slido. SSD

Sistema de entrada/salida

Conjunto de dispositivos que relacionan (comunican) el ordenador con el mundo exterior: usuarios humanos u otro ordenador

Diseo complejo debido a la gran variedad de sistemas y caractersticas:

Hardware: requisitos elctricos dispares Software: los perifricos funcionan a la velocidad del

mundo exterior, con una cadencia impredecible. Problemas de sincronizacin, comparticin de recursos y uso del dispositivo (driver)

Bus del sistema

Une los componentes del ordenador Existen varios tipos de buses, con distintas

caractersticas (ISA, PCI, AGP, I2C, PCI-E, etc.) El bus del sistema est integrado por:

Bus de datos: lleva informacin (datos o instrucciones) entre la CPU y memoria o dispositivos entrada/salida

Bus de control: transmite las seales de control de la CPU (lectura/escritura, habilitacin, etc.)

Bus de direcciones: la CPU indica el destinatario de los datos y el control

Tipos de perifricos

Entrada: teclado, ratn, joystick, micrfono, escner, capturadora de video, tabletas digitalizadoras, etc.

Salida: monitor, altavoz, impresora, etc. Entrada/salida: pantalla tctil, modem, tarjeta

de red, sistemas de almacenamiento, etc.

INFORMTICA APLICADA

Representacin de la informacin

Me lo explicaron y lo olvid, lo v y lo aprend, lo hice y lo entend.- Confucio -

Bibliografa

Informtica aplicada. Programacin en Lenguaje C:

Captulo 2 y 3

Qu es la informacin?

La Informtica es el tratamiento automtico de la informacin por medio de ordenadores

Informacin: secuencia de smbolos que pertenecen a un alfabeto y que representan algn hecho, concepto o idea

E.g. nmero, frase, imgen, vdeo, msica, etc. La informacin en un ordenador va codicada,

es decir, es transformada biunvocamente a otro conjunto de smbolos, interpretables por l

Codificacin de la informacin

Los ordenadores actuales utilizan binario (0, 1), codificacin basada en potencias de 2

El computador no es capaz de discernir el tipode informacin que guarda en memoria

Es tarea del programador darle la interpretacincorrecta al nmero binario

El informtica se usan tambin los sistemas de numeracin octal y hexadecimal

Conversin a decimal

La conversin de un nmero 'N' en base 'b' a base decimal se calcula segn el siguiente polinomio:

Cuntos valores se pueden representar con 'n' bits? Cuntos bits se necesitan para representar un

nmero?

N = an* bn + an-1* bn-1 + + a1* b1 + a0* b0 = ai* bi

De binario a octal y hexadecimal

B O B H B H000 0 0000 0 1000 8001 1 0001 1 1001 9010 2 0010 2 1010 A011 3 0011 3 1011 B100 4 0100 4 1100 C101 5 0101 5 1101 D110 6 0110 6 1110 E111 7 0111 7 1111 F

B BinarioO OctalH Hexadecimal

Conversin de decimal a otra base

Representacin de nmeros enteros

Enteros sin signo, signo y magnitud, sesgado, complemento a 1, complemento a 2, BCD, etc.

55 -55 MtodoSignomagnitud 00110111 10110111

El bit ms significativo define el signo-(2n-1-1) a 2n-1-1, dos ceros ?

Sesgado 10110111 01001001 El nmero binario 0 se asigna a -2n-1

Ca1 00110111 11001000 Como signo y magnitud, magnitud invertido-(2n-1-1) a 2n-1-1, dos ceros ?

Ca2 00110111 11001001 Ca1 + 1-2n-1 a 2n-1-1, un ceroBCD 01010101 - Se codifica cada dgito en binario

8 bits

Representacin de nmeros reales

Son los ms complicados de representar: parte entera finita y parte fraccionaria (in)finita

Parte fraccionaria provoca prdida de precisin, ya que el ordenador tiene precisin finita

Existen valores que no se pueden expresar, como 1/3

La forma de representar los dos campos da lugar a dos tipos de representaciones: coma fija y coma flotante

Representacin IEEE coma flotante

Precisin simple:

Precisin doble:

Signo Exponente Mantisa

23 bits8 bits1 bit

32 bits

Signo Exponente Mantisa

52 bits11 bits1 bit

64 bits

Representacin de caracteres

Mediante tablas nmeros-caracteres Primero ASCII (7 bits), luego ASCII extendido

(8 bits), actualmente Unicode (8, 16 y 32 bits)

INFORMTICA APLICADAIntroduccinTrabajos difciles mquinas complejasMquinas polivalentes y programablesQu es la Informtica?Qu es un ordenador?Niveles conceptuales de un ordenadorNiveles conceptuales de un ordenadorNiveles conceptuales de un ordenadorNiveles conceptuales de un ordenadorNiveles conceptuales de un ordenadorComponentes de un sistema informticoTipos de sistemas informticosSistemas basados en bus industrialSistemas basados en microsSistemas basados en autmatasINFORMTICA APLICADABibliografaIntroduccinArquitectura von NeumannNmero de diapositiva 21Unidad central de procesos (CPU)Principales unidades de la CPUEstructura CPUSecuencia de funcionamiento CPUSimulador de CPU: PIPPINLa memoriaJerarqua de memoriaNmero de diapositiva 29Memoria primariaMemoria magnticaMemoria magnticaMemoria pticaMemoria pticaMemoria de estado slido. SSDSistema de entrada/salidaBus del sistemaTipos de perifricosINFORMTICA APLICADABibliografaQu es la informacin?Codificacin de la informacinConversin a decimalDe binario a octal y hexadecimalConversin de decimal a otra baseRepresentacin de nmeros enterosRepresentacin de nmeros realesRepresentacin IEEE coma flotanteRepresentacin de caracteres