INFORMÁTICA APLICADA UNIDAD DIDÁCTICA 1. Tema 1 Sistemas informáticos

Transcripción

1 INFORMÁTICA APLICADA UNIDAD DIDÁCTICA 1 Tema 1 Sistemas informáticos

2 Introducción Desde la antigüedad el hombre ha diseñado máquinas y mecanismos que le permitan realizar su trabajo más fácil y cómodamente, aplicando la tecnología disponible

3 Trabajos difíciles máquinas complejas

4 Máquinas polivalentes y programables

5 Qué es la Informática? Palabra de origen francés formada por la contracción de INFORmación y automática R.A.E.: «conocimientos científicos y técnicas que hacen posible el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores» Este tratamiento es racional, pues obedece a órdenes establecidas por razonamientos humanos (otra cuestión es que sean correctos). El ordenador casi nunca se equivoca

6 Qué es un ordenador? 1.Máquina automática programable que obtiene unos datos de salida aplicando unas operaciones básicas predefinidas en él sobre unos datos de entrada 2.Conjunto de componentes electrónicos intercomunicados entre sí (hardware), capaz de recibir un conjunto de operaciones y ejecutarlas (software)

7 Niveles conceptuales de un ordenador Nivel Electrónico

8 Niveles conceptuales de un ordenador Nivel Electrónico Nivel Máquina

9 Niveles conceptuales de un ordenador Nivel Electrónico Nivel Máquina Nivel Sistema Operativo

10 Niveles conceptuales de un ordenador Nivel Electrónico Nivel Máquina Nivel Sistema Operativo Nivel Lenguajes Programación

11 Niveles conceptuales de un ordenador Nivel Electrónico Nivel Máquina Nivel Sistema Operativo Nivel Lenguajes Programación Nivel de Aplicación

12 Componentes de un sistema informático El hardware (CPU, memoria, dispositivos de E/S...) Facilita los recursos básicos de la computación. El sistema operativo Controla y coordina el uso del hardware por parte de los distintos programas de aplicación. Los programas de aplicación (procesadores de texto, hojas de cálculo, compiladores, bases de datos, videojuegos,...) Definen cómo hay que utilizar estos recursos para resolver los problemas de los usuarios. Los usuarios (personas u otros ordenadores o programas).

13 Tipos de sistemas informáticos Propósito general, para todo tipo de aplicaciones Propósito específico, aplicaciones concretas: Diseño propio del sistema informático Sistema basado en bus industrial Sistemas informáticos comerciales: Sistemas basados en microcontrolador Sistemas basados en PC o compatible Autómatas programables

14 Sistemas basados en bus industrial

15 Sistemas basados en micros

16 Sistemas basados en autómatas Más usado en control de entornos industriales Programación sencilla Muy robustos y estables Poca capacidad de cómputo Poca versatilidad

17 INFORMÁTICA APLICADA UNIDAD DIDÁCTICA 1 Tema 2 Arquitectura de computadores y Representación de la información

18 Bibliografía Fundamentos de informática, 4ª Edición: Capítulo 1: 1.1, 1.2, 1.3, 1.5, 1.6 Capítulo 4: 4.1, 4.2, 4.5 Capítulo 7 Capítulo 8: 8.6 Capítulo 10: 10.1, 10.2 Capítulo 12: 12.4 Capítulo 14

19 Introducción Estudio del hardware de los ordenadores basados en tecnología electrónica digital Estos ordenadores utilizan un código basado en tensión eléctrica con dos estados (0 ó 1), binary digit (bit). 1 byte = 8 bits Basado en potencias de 2. Los múltiplos 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)

20 Arquitectura von Neumann Unidad aritmético-lógica Unidad de control Memoria Entrada/salida CPU UC UAL MEMORIA PRIMARIA SECUNDARIA CONTROLADORES Ctrl_1 Ctrl_N Unidades de E/S Unidad_1 Unidad_M Buses del sistema

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22 Unidad central de procesos (CPU) Circuito electrónico que controla todas las operaciones que se realizan en el ordenador Sigue siempre la misma secuencia. Es un autómata Principales características de la CPU: Frecuencia reloj (MHz) velocidad procesamiento Ancho palabra (bits) potencia de procesamiento. Número de líneas del bus de datos. 8, 16, 32, 64 bits Juego de instrucciones, define operaciones básicas de la CPU alfabeto de la CPU (CISC vs. RISC) Mejoras: pipeline, paralelismo, arquitectura superescalar,

23 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 aritmético-lógica y otras, como unidad coma flotante y de propósito específico Memoria caché, muy rápida, para almacenar datos e instrucciones utilizadas recientemente

24 Estructura CPU

25 Secuencia de funcionamiento CPU 1.Gestión de interrupciones (salto al bloque adecuado) 2.Busca en memoria la siguiente instrucción (fetch) 3.Analiza la operación de la instrucción (decode) 4.Opcionalmente, busca datos de la instrucción 5.Ejecuta la operación: (execute) Operación aritmética-lógica o de asignación Movimiento de datos internos o con el exterior Instrucción de salto con/sin comparación 6.Opcionalmente, almacena el resultado (write)

26 Simulador de CPU: PIPPIN

27 La memoria Almacena indistintamente datos e instrucciones, que suministra a la CPU bajo demanda Organizada en celdas (registros) de 1 byte Tecnologías: electrónica, magnética, óptica, estado sólido, etc. Tipos: RAM, ROM, PROM, EPROM, etc

28 Jerarquía de memoria Características de la memoria: capacidad, coste y tiempo de acceso No existe la memoria ideal necesario combinar distintas tecnologías: Memoria principal: suministra instrucciones y datos a velocidad próxima a la de la CPU (RAM y caché) Memoria secundaria: almacena datos y programas (disco duro, CD, DVD, memorias USB, etc.)

29 Capacidad Velocidad y precio

30 Memoria primaria Los registros: muy rápidos (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 instrucción a ejecutar y los datos relevantes La caché: conforme aumenta la capacidad de integración, queda más 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. Volátil Memoria virtual: menor velocidad pero mayor capacidad. Artefacto del sistema operativo.

31 Memoria magnética

32 Memoria magnética

33 Memoria óptica CD Virgen al microscopio

34 Memoria óptica

35 Memoria de estado sólido. SSD

36 Sistema de entrada/salida Conjunto de dispositivos que relacionan (comunican) el ordenador con el mundo exterior: usuarios humanos u otro ordenador Diseño complejo debido a la gran variedad de sistemas y características: Hardware: requisitos eléctricos dispares Software: los periféricos funcionan a la velocidad del mundo exterior, con una cadencia impredecible. Problemas de sincronización, compartición de recursos y uso del dispositivo (driver)

37 Bus del sistema Une los componentes del ordenador Existen varios tipos de buses, con distintas características (ISA, PCI, AGP, I2C, PCI-E, etc.) El bus del sistema está integrado por: Bus de datos: lleva información (datos o instrucciones) entre la CPU y memoria o dispositivos entrada/salida Bus de control: transmite las señales de control de la CPU (lectura/escritura, habilitación, etc.) Bus de direcciones: la CPU indica el destinatario de los datos y el control

38 Tipos de periféricos Entrada: teclado, ratón, joystick, micrófono, escáner, capturadora de video, tabletas digitalizadoras, etc. Salida: monitor, altavoz, impresora, etc. Entrada/salida: pantalla táctil, modem, tarjeta de red, sistemas de almacenamiento, etc.

39 INFORMÁTICA APLICADA Representación de la información «Me lo explicaron y lo olvidé, lo ví y lo aprendí, lo hice y lo entendí.» - Confucio -

40 Bibliografía Informática aplicada. Programación en Lenguaje C: Capítulo 2 y 3

41 Qué es la información? La Informática es «el tratamiento automático de la información por medio de ordenadores» Información: «secuencia de símbolos que pertenecen a un alfabeto y que representan algún hecho, concepto o idea» E.g. número, frase, imágen, vídeo, música, etc. La información en un ordenador va codificada, es decir, es transformada biunívocamente a otro conjunto de símbolos, interpretables por él

42 Codificación de la información Los ordenadores actuales utilizan binario (0, 1), codificación basada en potencias de 2 El computador no es capaz de discernir el tipo de información que guarda en memoria Es tarea del programador darle la interpretación correcta al número binario El informática se usan también los sistemas de numeración octal y hexadecimal

43 Conversión a decimal La conversión de un número 'N' en base 'b' a base decimal se calcula según el siguiente polinomio: N = a n * b n + a n-1 * b n a 1 * b 1 + a 0 * b 0 = a i * b i Cuántos valores se pueden representar con 'n' bits? Cuántos bits se necesitan para representar un número?

44 De binario a octal y hexadecimal B O B H B H A B C D E F B Binario O Octal H Hexadecimal

45 Conversión de decimal a otra base

46 Representación de números enteros Enteros sin signo, signo y magnitud, sesgado, complemento a 1, complemento a 2, BCD, etc. 8 bits Método Signo magnitud Sesgado El número binario 0 se asigna a -2 n-1 Ca El bit más significativo define el signo -(2 n-1-1) a 2 n-1-1, dos ceros? Como signo y magnitud, magnitud invertido -(2 n-1-1) a 2 n-1-1, dos ceros? Ca Ca n-1 a 2 n-1-1, un cero BCD Se codifica cada dígito en binario

47 Representación de números reales Son los más complicados de representar: parte entera finita y parte fraccionaria (in)finita Parte fraccionaria provoca pérdida de precisión, ya que el ordenador tiene precisión 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

48 Representación IEEE coma flotante Precisión simple: 1 bit 8 bits 23 bits Signo Exponente Mantisa 32 bits 1 bit 11 bits 52 bits Precisión doble: Signo Exponente Mantisa 64 bits

49 Representación de caracteres Mediante tablas números-caracteres Primero ASCII (7 bits), luego ASCII extendido (8 bits), actualmente Unicode (8, 16 y 32 bits)