Se define como base de un sistema de numeración, el número de dígitos distintos que utiliza. Así, en el sistema decimal la base es 10.

Transcripción

1 1. Introducción al sistema binario 2. Esquema general de un ordenador. 3. Parte física (Hardware) Reloj Unidad Central de Proceso ( C.P.U.) Memorias Unidades de entrada salida Periféricos Buses. 4. Lenguajes de Programación (Software) Programación en código máquina Lenguaje ensamblador Lenguajes de alto nivel Sistemas operativos. 5. Microprocesadores. 1. Introducción al sistema binario. SISTEMAS DE NUMERACIÓN. Desde muy antiguo el hombre ha necesitado un sistema común para poder entenderse a la hora de cuantificar o medir las cosas. Si se tuviera que dar un nombre a cada medida, sería tal la cantidad de símbolos utilizados, que no se podrían realizar operaciones rápidas con ellos. Desde que el hombre empezó a cuantificar las cosas, lo hizo con los dedos de la mano, de ahí que en la actualidad el sistema de numeración que utilizamos es el sistema decimal, que utiliza 10 símbolos ó dígitos para su representación, que son: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9. Se define como base de un sistema de numeración, el número de dígitos distintos que utiliza. Así, en el sistema decimal la base es 10. Tal y como se ha dicho anteriormente, en los circuitos digitales solamente se trabaja con dos niveles de tensión eléctrica, por lo que los símbolos utilizados para definir cada nivel van a ser solamente dos, el 0 y el 1. Cualquier cantidad que se quiera representar, se deberá hacer con estos dos dígitos. Por tanto, en los circuitos digitales el sistema de numeración utilizado es el sistema binario o de base 2. Todo número decimal en cualquier sistema de numeración, se puede expresar de la siguiente forma polinómica: n n-1 n N = an b + an - 1 b + an - 2 b a0 b + a - 1 b + a - 2 b +... Siendo : N = número decimal a = número perteneciente al sistema b = base del sistema Según esta expresión, dado un número en cualquier base, se puede obtener su equivalente en decimal sumando todos los términos de su polinomio equivalente. Ejercicio 1. Representa el número 7586 en base 10 en su forma polinómica. Pag. 1

2 Ejercicio 2. Representa el número 9783 en base 10 en su forma polinómica. Ejercicio 3. Representa el número 1011 en base 2 en su forma polinómica. Como se puede observar para representar en su forma polinómica un número en el sistema binario, no es necesario poner aquellos términos cuyo valor sea 0, con lo que la expresión se reduce para poder operar mejor, quedando de la siguiente forma: N = (10) 2 Conversión de un número decimal a otro sistema con otra base. Si lo que se quiere hacer es al contrario, es decir, convertir un número decimal a otro sistema con otra base, se procederá de la siguiente forma: Si el número es entero: se divide dicho número por la base, quedando el resto como el número menos significativo (primero de la derecha). El cociente se vuelve a dividir por la base, quedando el resto como el segundo número, y así sucesivamente, quedando el último cociente como el número más significativo (primero de la izquierda). Ejercicio 5. Expresa el número decimal 251 en su equivalente binario. Ejercicio 6. Calcula el equivalente en decimal del número binario anterior. Pag. 2

3 2. ESQUEMA GENERAL DE UN ORDENADOR. Un ordenador está formado por un conjunto de circuitos digitales integrados capaces de interpretar y ejecutar de forma secuencial las órdenes contenidas en un programa, de tal forma, que las funciones que va a realizar dependerán del contenido de dicho programa. En un sistema programable hay dos partes: la parte física o hardware y la programada o software. Hardware: es la parte física del sistema programable, es decir, el conjunto de todos los circuitos y componentes electrónicos que lo componen. Software: Es el conjunto de instrucciones y rutinas con las que se programa el sistema, así como todo lo referente a los lenguajes empleados para obtener dichos programas. 3. PARTE FÍSICA (HARDWARE). La estructura básica de un sistema programado consta de los siguientes bloques: reloj, unidad central de proceso ( C.P.U.), memorias, unidades de entrada salida, periféricos y buses Reloj. El Reloj es un circuito oscilador que genera autónomamente (es decir, sin necesidad de ninguna entrada) una señal en forma de pulsos. La señal de reloj representa la temporización básica del sistema, ya que determina el menor tiempo que puede durar una operación elemental. Se llama periodo a la duración del tiempo elemental entre dos pulsos consecutivos del reloj. Si en un computador el reloj tiene un periodo de 100 ns (nano segundos) se dice que trabaja a 10 MHz (Mega Hertcios), ya que la frecuencia es la inversa del periodo. Pag. 3

4 3.2. Unidad Central de Proceso (CPU). Es el centro nervioso de la computadora ya que desde ella se controlan y gobiernan todas las operaciones. La misión fundamental de esta unidad se cifra en recoger las instrucciones que componen un programa, interpretarlas y controlar su ejecución. En otras palabras, dado que las instrucciones se encuentran almacenadas en la unidad de memoria, deberá encargarse en primer lugar de recibirlas en el orden establecido. En segundo lugar, deberá identificar de qué instrucción se trata en cada caso. Por último, deberá generar la secuencia adecuada de señales/ordenes para el resto de elementos funcionales que constituyen el computador, de manera que cada instrucción se ejecute correctamente Memorias. Son dispositivos encargados del almacenamiento de los datos y programas que va a manejar el sistema. La unidad básica que se utiliza para medir la capacidad de almacenamiento de una memoria es el bit. En la práctica ésta resulta muy pequeña, por lo que se suelen emplear los siguientes múltiplos: - Byte: corresponde con una palabra o información de 8 bits. - Kilobyte (kb): equivale a 2 10 bytes o, lo que es igual, a bytes. - Megabyte (MB): equivale a 2 20 bytes, es decir, bytes = 1024 kb - Gigabyte (GB): equivale a 2 30 bytes, es decir, bytes = 1024 kb Existen en el mercado diferentes tipos de memorias. Cabe destacar las siguientes: Memorias RAM: son las que se encargan de almacenar temporalmente los datos e instrucciones de los programas que se vayan utilizando en cada momento, por lo que la información que contienen varía continuamente al introducir nuevos datos en ella. Son volátiles, es decir, pierden los datos que contienen al cortar la alimentación del circuito. En ellas se pueden realizar operaciones de lectura y escritura de datos. Existen en le mercado múltiples tipos diferentes de memorias RAM en función de su capacidad, su velocidad de lectura/escritura, etc. La memoria RAM optimiza el funcionamiento del ordenador en su conjunto, ya que en ella se guardan temporalmente los programas que están abiertos por el sistema operativo, por lo que ahorra mucho tiempo al microprocesador, al no tener que ir a buscar esos programas al disco duro. La BIOS es una memoria RAM con pila, de muy bajo consumo, que guarda programa que se encarga de dar soporte para manejar ciertos dispositivos denominados de entrada-salida (Input-Output). Además, la BIOS conserva ciertos parámetros como el tipo de disco duro, la fecha y hora del sistema, etc. Memorias ROM: son las encargadas de contener los programas que necesita el sistema para el proceso de arranque del mismo. Es una memoria en la que se pueden leer datos, pero no se puede escribir en ella. La información que contienen siempre es la misma puesto que no se pueden borrar los datos Unidades de entrada-salida (I/O). Puertos. Se encargan de la comunicación del sistema con los equipos periféricos, con el fin de poder recoger datos del exterior o de entregar información para que pueda ser analizada por los usuarios. Lo pueden hacer de varias formas, usando una conexión que el ordenador tiene prevista para ellos (pantalla, Pag. 4

5 teclado), usando una salida de su tarjeta de control (la red, altavoces) o usando unos conectores de utilización general que reciben el nombre de puertos. Estos pueden ser: Serie: la información viaja en serie es decir por un solo cable (ratón). Paralelo: la información viaja en varios hilos a la vez (impresora). USB: (Universal serial bus) nuevo sistema del puerto serie más rápido Periféricos. Son dispositivos, generalmente externos al sistema, que realizan dos tipos de funciones: comunicación del sistema con el usuario o viceversa y almacenamiento de información. Pueden clasificarse en dos grupos: periféricos de comunicación y periféricos de almacenamiento: a) Periféricos de comunicación: Teclado: es un periférico de entrada hacia el sistema y su misión consiste en hacer que el usuario pueda introducir datos al mismo. Ratón: periférico de entrada que junto a la pantalla nos permite introducir instrucciones al sistema. Pantalla: es un periférico de salida del sistema y sirve para que el usuario pueda visualizar tanto las informaciones que introduce al sistema como las que éste indica al usuario. Escáner: es un periférico de entrada al sistema que se usa principalmente para digitalizar documentos impresos (texto y gráficos). Impresora: periférico de salida del sistema usado para producir textos, dibujos,... sobre papel. Módem: es un interface que permite la comunicación,usando la línea telefónica, entre dos equipos situados a gran distancia uno del otro. Otros Periféricos de este tipo son micrófonos, altavoces, ploter, etc... b) Periféricos de almacenamiento: Unidades de disco magnético: son periféricos de entrada salida de información del o hacia el sistema. Emplean un soporte plano y circular recubierto de una capa magnética delgada, que se divide en círculos concéntricos (cilindros). Existen dos tipos diferentes: los discos duros (hard disk), que pueden ser externos o internos y los discos flexibles (floppy disk), con una capacidad de almacenamiento de 1 44 MB. Estos últimos están cada vez más en desuso. Unidades de CD-ROM: es un dispositivo de sólo lectura que puede almacenar grandes cantidades de información porque utiliza luz (láser) para grabar los datos. Esta forma es más compacta que la lograda magnéticamente con cabezas de lectura/escritura de una unidad convencional. La capacidad total de un CD-ROM oscila sobre los 700 MB. Grabadoras de discos compactos: son unidades de entrada-salida, que permiten que el sistema lea ó escriba datos a través de ellas. Para grabar los datos en su superficie se recurre a un láser de alta potencia que realiza las pequeñas marcas en el soporte, marcas que luego pueden ser codificadas en forma de bits. Hoy en día se empieza a imponer el DVD o Digital Video Disc. La diferencia del DVD con el CD-ROM es el aumento de la densidad de información, que puede dar cabida hasta 8,5 Gbytes. Pag. 5

6 Actualmente están muy en uso las unidades de almacenamiento llamadas Pen Drive. Estas unidades de almacenamiento tienen una capacidad cada vez mayor y ya las hay en el mercado de 64 GB. La conexión al ordenador se hace mediante el bus USB Buses. Son conjunto de hilos que transportan información entre los diferentes bloques internos del sistema programado. Existen tres tipos diferentes de buses: Bus de datos: se utilizan para transportar los datos cuando se quieren enviar de un bloque a otro diferente del sistema. Bus de direcciones: su misión es transmitir, al bloque correspondiente, la dirección con la que va a trabajar la CPU. Bus de control: son unas líneas de salida o de entrada a la CPU, que se encargan del control de todo el sistema. 4. LENGUAJES DE PROGRAMACIÓN (SOFTWARE). El software es la parte del sistema que se encarga de que el hardware realice las operaciones que el usuario determine. La operación de programar consiste en escribir una serie de instrucciones que en su conjunto constituyen un programa, el cual, es capaz de hacer que el sistema desarrolle una determinada función o tarea. El lenguaje de programación será el método utilizado para codificar la información que se introduce a un sistema programable, el cual, deberá ser lo más fácilmente comprensible tanto para el sistema como para el usuario. A continuación se analizan los diferentes niveles de programación por el usuario Programación en código máquina. Es el único lenguaje que entienden los sistemas programables (ceros y unos) y es directamente interpretable y ejecutable por la CPU. Es el nivel más bajo dentro de los lenguajes de programación. Escribir programas mediante el código máquina resulta complicado por el hecho de tener que realizar las instrucciones a partir de ceros y unos; además se necesita un conocimiento profundo del hardware interno del microprocesador Lenguaje ensamblador. Es un lenguaje muy próximo al código máquina y también requiere un gran conocimiento del microprocesador utilizado. Este lenguaje asocia a cada uno de los códigos utilizados en las instrucciones una palabra llamada mnemónico, que está más próxima al lenguaje del hombre y evita tener que conocer los códigos de operaciones utilizados por el microprocesador. Cada microprocesador dispone de un repertorio de mnemónicos o instrucciones diferentes que son facilitadas por el fabricante del mismo y que van a permitir realizar los programas Lenguajes de alto nivel. Es el tipo de lenguaje más evolucionado y, por tanto, el más cercano al utilizado por el hombre. Estos lenguajes realizan una abstracción mayor del hardware, con lo que el programador no necesita tener grandes conocimientos del mismo. Cada una de las instrucciones utilizadas en este lenguaje, equivale a varias instrucciones en código máquina, facilitando la labor del programador. Como en el caso anterior, es necesario utilizar un programa que haga de traductor y convierta el programa realizado en lenguaje de alto nivel a código máquina. Éstos son los denominados compiladores. Pag. 6

7 Algunos de los lenguajes de alto nivel más conocidos son: basic, cobol y el lenguaje C Sistemas operativos. Son un conjunto de programas que actúan como interface entre el usuario de un ordenador y el hardware del mismo, ofreciendo el entorno necesario para que el usuario pueda ejecutar programas. En la actualidad existen múltiples sistemas operativos, entre los que cabe destacar: UNIX: fue uno de los primeros sistemas operativos multiusuario en tiempo compartido, es decir, un sistema en el que pueden trabajar varios usuarios simultáneamente compartiendo la CPU y todos los demás recursos del sistema. Realizado con el lenguaje de programación de alto nivel C, permite ser ejecutado por cualquier ordenador. MS-DOS: fue uno de los primeros sistemas operativos utilizado de forma masiva en los ordenadores personales (PC s). WINDOWS: Es el SO que sustituyó al MS-DOS. En la actualidad es el más utilizado, cubriendo una amplia franja en el mercado de usuarios domésticos y pequeñas empresas. Actualmente se utiliza el Windows XP en sus diferentes versiones como sistema para usuarios normales y el Windows 2003 server para ordenadores utilizados como servidores en una red. MAC OS: es el sistema operativo utilizado en los ordenadores personales de la casa Apple. LINUX: es un sistema operativo que ha sido creado en Internet y que sus códigos de lenguaje están de forma libre en la red. A partir de aquí, se han ido desarrollando programas de aplicación que trabajan con este sistema operativo, que también son libres y se pueden encontrar en la red de forma gratuita. 5. MICROPROCESADORES. Los microprocesadores (µp) son circuitos digitales de alta escala de integración, que incorporan en una sola pastilla (CI) gran parte o la totalidad de la circuitería necesaria para construir una CPU. Se clasifican en función de la longitud de su bus de datos (número de patillas que lo componen). La estructura interna de los microprocesadores difiere en función del fabricante, así como del modelo, aunque todos ellos mantienen una estructura de bloques muy parecida. Uno de los microprocesadores más utilizado es el que se ha usado de forma masiva en los ordenadores personales (PC s) y que lo fabrica la casa Intel, llamado Pentium, que ha ido evolucionando con el paso de los años. La mejoría que se ha producido en esta generación de microprocesadores, ha sido sobre todo en cuanto a la velocidad de procesamiento interna del mismo (que ha pasado de aproximadamente 100 MHz a 4 GHz), y el nivel de integración de las pastillas de CI, que cada vez han introducido más componentes en un menor espacio. El rendimiento del microprocesador depende fundamentalmente de dos aspectos: por un lado la frecuencia de la señal de reloj, ya que a mayor frecuencia más operaciones realiza por unidad de tiempo (GHz) y por otro lado la longitud de la palabra que utiliza en cada operación (8 bits, 16 bits, 32 bits ó 64 bits), ya que en cada ciclo de reloj realizará más o menos operaciones dependiendo de si opera con más o menos bits en dicho ciclo. 6. CONEXIONES DE UN ORDENADOR. Pag. 7

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