INFORMÁTICA BASICA I
1. Informática
2. La
computadora
3. Evolución
histórica de las computadoras
3.1. Calculadoras
3.2. Calculadoras
mecánicas
3.3. Computadoras
3.3.1. Primera
generación 1940-1960
3.3.2. Segunda
generación 1960-1965
3.3.3. Tercera
generación 1965-1975
3.3.4. Cuarta
generación 1975-1990
3.3.5. Quinta
generación 1990-hoy
4. Estructura
básica de un ordenador
5. Cómo
trabaja una computadora
5.1. El
sistema decimal
5.2. El
sistema binario
5.3. Múltiplos
del BIT
6. Partes
de una computadora
7. Hardware
7.1. Placa
base
7.2. Memoria
7.2.1. Memoria
interna
7.2.2. Memoria
caché
7.2.3. Memoria
o almacenamiento externo
7.3. Formato
del disco
7.4. La
organización de la información
7.5. Controladoras
8. Software
8.1. Tipos
de Software según su Licencia
8.2. Clasificación
del Software
8.2.1. Sistemas
operativos:
8.2.2. Lenguajes
de programación:
8.2.3. Software
de Uso General
8.2.4. Software
de Aplicaciones
1. INFORMÁTICA
Concepto:
Informática es la ciencia que
estudia el tratamiento automático de la información. Se dice que el tratamiento
es automático, por ser máquinas las que realizan los trabajos de entrada,
proceso y salida de la información, y se habla de racional por estar todo el
proceso definido a través de programas que siguen el razonamiento humano.
Infor: Información
Mática: Automática
El tratamiento de datos mediante la
computadora es automático y racional pues se realiza mediante órdenes
establecidas y razonamientos humanos ya que el software es creado por el hombre.
Las computadoras no hubieran
adquirido el volumen comercial actual si gran parte de la información con la
que trabajamos habitualmente no hubiera podido digitalizarse.
Objetivo del estudio de la
informática es la información, las maneras de representarlas y procesarlas, así
como el diseño de máquinas y sistemas para realizar estas tareas.
2. La computadora
Es una máquina electrónica que
desarrolla cálculo y operaciones a grandes velocidades mediante la utilización
de programas creados por el ser humano.
Computadora:
aparato electrónico capaz de interpretar y ejecutar comandos programados para
operaciones de entrada, salida, cálculo y lógica.
El Hardware
es la parte física de la computadora. Es aquello que podemos ver y tocar. Es un
conjunto de placas, circuitos integrados, chips, módulos y cables.
El Software
es la parte lógica de la computadora y esta formado por el conjunto de
programas que controlan el funcionamiento de la computadora
Hay dos tipos de software:
Software de sistema: conjunto
de programas necesarios para que el computador tenga capacidad de trabajar.
Hacen posible que la pantalla funcione, que represente lo que se escribe desde
el teclado y muestre los movimientos del ratón...
Software de aplicación:
son los programas que maneja el usuario, programas de tratamientos de textos,
de bases de datos, hojas de cálculo...
3. Evolución histórica de las
Computadoras
3.1. Calculadoras
Las calculadoras
aparecieron ante la necesidad del hombre por realizar cálculos básicos, que le
permitían un mayor control sobre sus posesiones y sobre diferentes aspectos de
la realidad que le rodeaba.
La calculadora
más antigua son las manos, a través de las cuales el hombre realiza sus
primeros cálculos. Pronto comienza a utilizar objetos de la naturaleza como
trozos de madera y pequeñas piedras, en latín Calculus, para realizar
cálculos mas complicados. Pero para operaciones con números grandes este método
es limitado.
El
paso siguiente es asignar un valor simbólico al objeto, hasta ahora el valor de
un objeto era la unidad, a partir de ahora un objeto puede significar 5, 10 o
cualquier cantidad que se le asigne. Esto hace que aparezcan los primeros
objetos creados con el único propósito de realizar cálculos.
El ábaco es un
ejemplo de estos diseños, se compone de un marco de madera en el que hay
tendidos una serie de hilos o varillas. En cada uno de ellos se insertan una
serie de cuentas que permiten almacenar cantidades y realizar operaciones
básicas de suma y resta.
3.2. Calculadoras mecánicas
En 1623,
un alemán Schickard diseñó la primera calculadora que sumaba y restaba. Tuvo
tan mala suerte que el modelo fue destruido en un incendio. Es considerada como
la primera calculadora mecánica.
Blaise Pascal:
La
calculadora que alcanzó mayor difusión fue la desarrollada por el filósofo
Blaise Pascal, que a la edad de 19 años desarrolló su Machina Aritmética. Años
después creó la Pascaliana que podía realizar sumas y restas. Esta calculadora
estaba basada en una serie de engranajes y ruedas dentadas. La base de las
operaciones consistía en contar los dientes de un engranaje, al igual que un
cuentakilómetros.
Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716)
Construye
la primera máquina capaz de sumar, restar, multiplicar y dividir. El mecanismo
también era de engranajes. Las multiplicaciones se realizaban como sumas
sucesivas y las divisiones como restas sucesivas. Fue denominada Máquina
Universal.
Estas no eran
máquinas automáticas ya que requerían la intervención humana durante el
proceso.
Joseph Jaquard (1752-1834)
Al
comienzo del siglo XIX el francés Joseph-Marie Jacquard, inventa un telar
mecánico cuyos diseños se reproducían gracias a una serie de tarjetas
perforadas, las cuales permitían repetir el diseño del dibujo en la tela
siempre que se desease. Las tarjetas perforadas transmitían a la tejedora las
instrucciones necesarias para su funcionamiento.
Charles Babbage
Charles
Babbage desarrolló en 1834 la Máquina Analítica, utilizando el procedimiento de
tarjetas perforadas unido al anterior diseño de ruedas mecánicas. Esta máquina
se proyectó con los tres componentes básicos de un ordenador actual:
Una
memoria , una unidad de cálculo, y una unidad de control de las operaciones a
través de tarjetas perforadas.
Charles Babbage, matemático e inventor inglés, invento la máquina
diferencial para el cálculo de polinomios.
La máquina tenia
un mecanismo de entrada y salida por tarjetas perforadas separadas para
programas y datos.
Herman Hollerith.-
En
1890 Herman Hollerith, crea una máquina para realizar el censo de EEUU. Esta
máquina utiliza un sistema electrónico para la lectura de las tarjetas
perforadas y un sistema mecánico para calcular. En 1924 la compañía fundada por
Hollerith cambia de nombre para denominarse "International Business
Machines" (IBM).
La aparición de
la tecnología eléctrica permite la incorporación de relés, que son
interruptores binarios con dos posiciones, encendido y apagado.
¿Cómo es posible
representar los números si los interruptores sólo tienen dos posiciones? En
china antiguamente ya se había utilizado un sistema binario de numeración que
fue descrito por Leibniz en el siglo XVII.
Este sistema
consiste en utilizar dos dígitos para representar las cifras, comúnmente 1 y 0,
así 0 = Cero, 1= Uno, 10= dos, 11= Tres, 100= Cuatro, 101= Cinco, etcétera…
Es aquí
importante destacar la aportación de la Lógica Algebraica de Boole, que reduce
la lógica, y en consecuencia las operaciones matemáticas, a combinaciones de
elementos binarios (Boole utiliza Verdadero y Falso, que corresponden a 1 y 0).
3.3. Computadoras
Las computadoras
se diferencian de las calculadoras en que poseen un programa, el cual puede ser
modificado para que la máquina realice diferentes operaciones, mientras que las
calculadoras se limitan a un único propósito, o varios, pero ya prefijados a la
hora de su fabricación.
Las computadoras
que han ido apareciendo desde los años 40 se han agrupado en 5 generaciones,
que se diferencian por sus componentes. Sin embargo la verdadera revolución de
la informática no llegó hasta la aparición de los microprocesadores.
3.3.1. Primera generación 1940-1960
Konrad Zuze
construye la primera computadora que funciona con relés eléctricos, se
denominará Z3. Este fue el primer computador, ya que era controlado por un
programa.
Uttilizaba
tarjetas perforadas para introducir los números y las operaciones. Su velocidad
no era muy elevada.
E.N.I.A.C. Primer ordenador construido totalmente electrónico
Esta máquina
ocupaba todo un sótano, pesaba 30 toneladas y requería todo un sistema de aire
acondicionado.
El proyecto,
subvencionado por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos, culminó dos
años después, cuando se integró el ingeniero húngaro John von Neumann; sus
ideas resultaron tan fundamentales para el desarrollo posterior que es
considerado el padre de las computadoras.
La
idea fundamental de Neumann fue permitir que en la memoria coexistieran datos
con instrucciones, para que la computadora pudiera ser programada a través de
esos datos y no por medio de alambre que eléctricamente programaban las operaciones
de la computadora.
Esta máquina, además de almacenar en
la memoria los datos y las instrucciones, era capaz de almacenar programas
específicos para su funcionamiento, de esta forma el cambio de operaciones se
hacía por medio de programas y no alambres.
Su trabajo fundamental fue el censo
electoral de los EEUU.
En esta generación cabe destacar la
aparición de los primeros lenguajes de programación que permitían substituir la
programación en Lenguaje Máquina, es decir 1 y 0, que eran introducidos directamente
en el computador, por una Programación Simbólica, que traduce símbolos del
lenguaje natural a Lenguaje Máquina.
3.3.2. Segunda generación 1960-1965
Se
caracteriza por el cambio de la válvula de vacío por transistores y por un
aumento de la capacidad de memoria. Los circuitos con transistores, reducen el
tamaño de las máquinas. El transistor es un dispositivo electrónico formado por
un cristal de silicio. Su funcionamiento es sencillo, tiene dos posibilidades,
transmitir o no transmitir.
Su aparición
hizo que las computadores fuesen más rápidas pequeñas y baratas. En esta
generación se ampliaron las memorias auxiliares y se crearon los discos
magnéticos de gran capacidad. Se diseñaron las impresoras y lectores ópticos y
se desarrollaron los lenguajes de programación, aparecen los nuevos lenguajes
de programación denominados Lenguajes de Alto Nivel.
El primer
ordenador con transistores, el ATLAS 1962, se construyó en 1956.
3.3.3. Tercera generación 1965-1975
Se caracteriza
por la aparición de los circuitos integrados realizados a base de silicio, el
aumento de la velocidad, el mayor número de programas y lenguajes: Cobol,
Fortran y la aparición de los terminales para transmitir datos al procesador
central a distancia, o viceversa. Aparecen los sistemas operativos para el
control de la computadora, almacenes centrales de datos a los que se puede
acceder desde varios usuarios a la vez.
El primer
aparato basado totalmente en circuitos integrados es el IBM serie 360 que
incorporó además un Sistema Operativo para el control de la máquina.
A mediados de
los 70 aparecen las primeras minicomputadoras.
3.3.4. Cuarta generación
1975-1990
La
característica más importante de esta generación es la aparición de los
microprocesadores "Chip", que son circuitos con gran cantidad de
transistores integrados en un pequeño espacio.
Otras
características son el aumento de la capacidad de entrada y salida de datos,
mayor duración de los componentes, nuevos lenguajes de programación Logo,
Pascal, Basic, bases de datos. Surgen terminales inteligentes con memoria
propia y los procesadores de palabras. Se reduce del tamaño y coste de los
computadores y mejora la velocidad de cálculo.
Se abre una
nueva era con la aparición de las Computadoras Personales o Personal Computer.
En 1976 Steve
Wozniak y Steve Jobs fabrican en el garaje de su casa la primera
microcomputadora Apple I del mundo y más tarde fundan la compañía Apple.
Otras compañías
lanzan posteriormente sus modelos de microcomputadoras.
En 1981 IBM
lanza al mercado su primer IBM-PC.
Un ejemplo, los
primeros microcomputadores tenían un precio superior a los dos millones de
pesetas. A finales de los 80, el precio estaba sobre las doscientas mil pesetas
y su rendimiento era 100 veces mayor.
En esta época
destaca el desarrollo de los sistemas operativos, que buscan una integración
entre el usuario y el computador, a través de la utilización de gráficos.
3.3.5. Quinta generación 1990-hoy
La revolución
llega con los microprocesadores de nueva generación. La velocidad se dispara y
se suceden las sucesivas generaciones de microprocesadores, se generaliza el
computador personal.
Las alianzas
entre compañías rivales son la tónica de esta época, IBM firma acuerdos con
Apple y Motorola, para la producción de una nueva serie de microprocesadores
denominados PowerPC. Intel lanza el microprocesador Pentium como respuesta a
esta alianza. Conforme avanzan los años la velocidad y el rendimiento de los
microprocesadores es mayor gracias a los avances en la microelectrónica.
Hay que destacar
que por otro lado otras empresas continúan trabajando en supercomputadores que
incorporan varios microprocesadores en la misma máquina.
Según la
"Ley de Moore" el número de transistores por microprocesador se
duplica cada 18 meses. Se ha cumplido en los últimos 30 años y se prevé se
cumpla durante los próximos 20 años.
|
Modelo
|
Fecha
|
Velocidad de
reloj
|
Ancho de bus
interno
|
|
4004
|
15/11/1971
|
108 Khz
|
4 bits
|
|
8008
|
1/4/1972
|
108 Khz
|
8 bits
|
|
8080
|
1/4/1974
|
2 Mhz
|
8 bits
|
|
8088
|
8/6/1978
|
5-8 Mhz
|
8 bits
|
|
8086
|
1/6/1979
|
5-10 Mhz
|
16 bits
|
|
80286
|
1/2/1982
|
8-12 Mhz
|
16 bits
|
|
80386 SX
|
17/10/1985
|
16-33 Mhz
|
16 bits
|
|
80386 DX
|
16/6/1988
|
16-20 Mhz
|
32 bits
|
|
80486 SX
|
10/4/1989
|
16-33 Mhz
|
32 bits
|
|
80486 DX
|
22/4/1991
|
25-50Mhz
|
32 bits
|
|
PENTIUM
|
22/3/1993
|
60-200 Mhz
|
32 bits
|
|
PENTIUM PRO
|
27/3/1995
|
150-200 Mhz
|
64 bits
|
|
PENTIUM II
|
7/5/1997
|
233-300 Mhz
|
64 bits
|
|
PENTIUM III
|
7/5/1999
|
>400 Mhz
|
64 bits
|
|
PENTIUM IV
|
1/12/2000
|
>2.8 GHz
|
64 bits
|
4. Estructura básica de una
computadora
La información
digital va asociada a las actividades humanas y al modo en que el hombre
resuelve los problemas. Por tanto, los computadores digitales son especialmente
apropiados para simular dicho comportamiento y utilizan como modelo para su
funcionamiento y organización interna al cerebro humano.
Resulta útil
ilustrar estas consideraciones con el siguiente ejemplo, en el que se van a
analizar los procesos involucrados en el cálculo manual a base de lápiz y
papel. El principal objetivo del papel es almacenar información. La información
que se almacena en el papel puede incluir una lista de instrucciones que indica
los pasos a seguir en el cálculo- es decir un algoritmo o programa-, así como
los datos iniciales del problema a partir de los cuales se realizan los
cálculos. A lo largo del proceso de cálculo también se escribirán en el papel
los resultados intermedios de las operaciones y, al término del mismo, se
escribirá el resultado final. Los procesos de cálculo tiene lugar en el cerebro
humano, al cual podemos denominar el procesador.
Pueden
distinguirse dos funciones básicas en el cerebro humano mientras realiza este
trabajo:
una función de
control que interpreta las instrucciones del papel y cuida de que se realicen
en el orden adecuado
una función de
ejecución que realiza cálculos concretos tales como sumas, multiplicaciones y
divisiones.
El cerebro
humano es ayudado hoy en día por las calculadores de bolsillo a la hora de
realizar la función de ejecución.
Ejemplo:
Papel con la información almacenada:
Piensa un número
Súmale 3
Multiplica por 2 el resultado
A lo que quedó súmale 4
El resultado divídelo entre 2
A lo que quedó réstale el número que
pensaste.
Rta.: 5
Piensa un número
Súmale 5
Multiplica el resultado por 2
A lo quedó réstale 4
El resultado dividelo entre 2
A lo quedó réstale el número que
pensaste
Rta. : 3
Los elementos
principales de un computador digital, son análogos a
los elementos que hemos identificado en la actividad anterior y se muestran en
la Figura.
La unidad de
memoria (abreviadamente UM) realiza las funciones del papel y su misión es la
de almacenar tanto instrucciones como datos.
La unidad de
control de programa (abreviadamente UC) se encarga de interpretar y secuenciar
las instrucciones.
La unidad
aritmético-lógica (abreviadamente UAL) se encarga de ejecutar las instrucciones
y se denomina así porque, al igual que el cerebro, las operaciones que esta
unidad es capaz de realizar pueden ser tanto de naturaleza numérica:
operaciones aritméticas, como no numérica: operaciones lógicas, tales como
saltos condicionales en el programa o procesamiento simbólico.
Las unidades de
control de programa y aritmético-lógica suelen unirse formando la denominada
unidad central de proceso o, abreviadamente, UCP, que se asemeja en sus
cometidos al cerebro cuando realiza los cálculos humanos.
Una diferencia
sustancial entre el hombre y la máquina radica en la forma en que ambos
representan la información (tanto instrucciones como datos). Los seres humanos
utilizan los lenguajes naturales, que contienen una gran variedad de símbolos,
y suelen representar los números en base 10.
Sin embargo los
computadores actuales, debido a las tecnologías electrónicas en que se
fundamentan basadas en transistores, procesan y almacenan la información en
forma binaria, es decir, utilizando dos únicos símbolos denominados
convencionalmente 0 y 1.
Para
poder establecer la comunicación entre la máquina y los usuarios humanos deberá
utilizarse un traductor que convierta la información desde el lenguaje máquina
al lenguaje humano y viceversa. El dispositivo que realiza esta función es un
computador digital que se denomina unidad de entrada-salida.
Como conclusión
se puede decir que cualquier computador digital o humano debe disponer de los
siguientes elementos:
Un procesador
capaz de interpretar y ejecutar programas.
Una memoria para
almacenar programas y datos.
Un sistema para transferir la
información entre la memoria y el procesador, y entre el computador y el mundo
externo.
5. Como trabaja una computadora
5.1. El sistema decimal
Es un sistema posicional que utiliza
un conjunto de símbolos y sus posiciones relativas al punto decimal, que en
ausencia se supone colocado implícitamente a la derecha.
Utiliza como base 10, que
corresponde al número de símbolos del sistema y que son: 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6,
7, 8, 9
Donde:
Base=10
i =Posición respecto al punto
d = Número de cifras a la izquierda
del punto
n =Número de cifras a la izquierda
del punto –1
cifra =cada una de las que compone
el número.
...X3x103
+ X2x102 + X1x101 + X0x100
+ X-1x10-1 + X-2x10-2 + X-3x10-3
+ ...
siendo Xi cada una de las cifras del
número.
Por ejemplo, la representación de
las cantidades 1234 y 1.125 serán:
1234= 1x103 + 2x102
+3x101 +4x100
1,125= 1x100 + 1x10-1
+2x10-2 +5x10-3
Teorema fundamental de la
numeración:
Se trata de un teorema que relaciona
una cantidad expresada en cualquier sistema de numeración con la misma cantidad
expresada en el sistema decimal. Supongamos una cantidad expresada en un
sistema cuya base es B, y representamos por Xi cada uno de los dígitos que
contiene dicha cantidad y cuyo subíndice indica la posición de la cifra
respecto al punto decimal, posición que hacia la izquierda del punto se numera
desde 0 en adelante y de 1 en 1, y hacia la derecha se numera desde –1 y con
incremento –1.
S XiBi
supongamos el número X4X3X2X1X0.
X-1X-2X-3 [B
Su valor decimal viene expresado por
el sumatorio:
X4B4+X3B3+X2B2+X1B1+X0B0+X-1B-1+X-2B-2+X-3B-3
5.2. Sistema Binario:
Es el sistema de numeración que
utiliza internamente el computador, y en él se basan todos los movimientos de
datos e informaciones en el interior de los circuitos.
Cada dígito de un número
representado en este sistema se denomina bit, que viene de la
contracción de binary y digit.
1 Byte= 8
bits
1
Kilobyte=1024 bytes=210 Bytes
1
Megabyte=1024 kilobyte=220 Bytes
1
Gigabyte=1024 Megabytes=230 Bytes
1 Terabyte=1024
Gigabytes=240 Bytes
CONVERSIONES:
Se divide
sucesivamente el número decimal y los cocientes que se van obteniendo por 2,
hasta que el cociente en una de las divisiones se haga 0. La unión de todos los
restos obtenidos escritos en orden inverso nos proporciona el número inicial
expresado en el sistema binario.
Para convertir
una fracción decimal a binario la forma más simple consiste en multiplicar
dicha fracción por 2, obteniendo en la parte entera del resultado el primero de
los dígitos binarios de la fracción binaria que buscamos. A continuación
repetimos el mismo proceso con la parte fraccionaria del resultado anterior,
obteniendo en la parte entera del nuevo resultado el segundo de los dígitos
buscados. Iteraremos sucesivamente de esta forma, hasta que desaparezca la
parte fraccionaria o hasta que tengamos los suficientes dígitos binarios que
nos permitan no sobrepasar un determinado error.
0.3125*2=0.625
0.625*2 =1.25
0.25*2 =0.5
0.5*2 =1
0.312510=0.01012
Suma Binaria:
Es semejante a una suma decimal, con
la diferencia de que se manejan sólo 2 símbolos (0 y 1) y que cuando el
resultado excede de los símbolos utilizados se agrega el exceso (acarreo) a ka
suma parcial siguiente hacia la izquierda.
Regla:
0+0=0
0+1=1
1+0=0
1+1=10 (0 con acarreo 1)
100100 11001 10.1
+10010
10011 11.01
110110 101100 101.11
Resta binaria:
La resta binaria
es similar a la decimal, con la diferencia de que tiene sólo 2 símbolos y que
al realizar las restas parciales entre dos dígitos, uno del minuendo y otro del
sustraendo, si el segundo excede del primero, se sustrae una unidad del dígito
situado mas a la izquierda en el minuendo (si existe y vale 1), convirtiéndose
este último en 0 y equivaliendo la unidad extraída a 1*2 en la resta parcial
que estamos realizando. Si es o el dígito siguiente del minuendo, se busca en
los sucesivos, teniendo en cuenta que su valor se multiplica por 2 en cada
desplazamiento a la derecha.
110100101- 421-
11101000
232
10111101 189
Regla:
0-0=0
0-1=No cabe
1-0=1
1-1=0
Multiplicación de binarios:
Para la multiplicación de números
binarios utilizaremos las mismas reglas que para la multiplicación de números
decimales.
010011
101101
000000
010011
010011
000000
0010011
010011
01011111
010011
011110111
000000
0011110111
010011
01101010111
Regla:
0x0=0
0x1=0
1x0=0
1x1=1
5.3. Sistema Octal:
Es un sistema de numeración cuya
base es 8; es decir, utiliza 8 símbolos para la representación de cantidades.
Estos símbolos son:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7
5.4. Sistema hexadecimal:
Es un sistema que utiliza 16 símbolos
para representar cantidades; por lo tanto, su base es 16.
Los símbolos utilizados son:
0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E
Muestra de algunos caracteres
codificados, extraídos de una tabla de código ASCII:
|
Carácter
|
Equivalente
Binario
|
Equivalente
Decimal
|
|
Carácter
|
Equivalente
Binario
|
Equivalente
Decimal
|
|
Espacio
|
0100000
|
32
|
|
A
|
1100001
|
97
|
|
. (punto)
|
0101110
|
46
|
|
B
|
1100010
|
98
|
|
0
|
0110000
|
48
|
|
C
|
1100011
|
99
|
|
|
Link: 
Link: 