Introducción a la Computación Bruno Lara Guzmán Departamento de Computación, Facultad de Ciencias 16 de agosto de 2013
Temario I historia arquitectura de una computadora sistemas de numeración
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas problemitas dos trenes se encuentran a 300 km en la misma via, viajando en la misma dirección uno va a 90 km/hr el otro a 60 km/hr una mosca vuela a 150 km/hr cuanto vuela la mosca que esta parada en una de las maquinas, vuela a la otra, regresa, hasta que los trenes chocan
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas computación porque? para que? que esperamos?
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas computación estudio de procesos sistematicos que describen y transforman información teoría analisis diseño eficiencia implementación aplicación
un poco de historia
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas abaco uno de los primeros dispositivos mecanicos aprox 1200 A.C. en china se usa para contar
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas diferentes tipos de abacos
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Wilhelm Schickard (1592-1635) pensador aleman enseño astronomia y matematicas primera calculadora mecanica
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Wilhelm Schickard (1592-1635) + y - automatico * y / semi-automatico
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Blaise Pascal (1623-1662) cientifico frances matemático y fisico
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Pascalina solo + y - engranes similar a un odometro mala tecnologia de su tiempo
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Charles Babbage (1791-1871) matemático ingles primer flojo computadoras de vapor maquina diferencial -producción de tablas maquina analitica observations on the application of machinery on the computation of mathematical tables
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas maquina analítica unidad de procesamiento -el molino- almacenamiento de programas numéricos tarjetas perforadas como entrada salida - impresión - trabajaba mediante engranes y palancas
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Charles Jacquard frances tejidos
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas maquina tejedora maquina tejedora teje los patrones codificados en una tarjeta perforada
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Howard Aiken harvard university 1939-1944 IBM automatic sequence controlled calculator (ASCC), tablas matemáticas
MARK 1 Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas switches, relevadores, ejes rotativos, y clutches contaba con mas de 750,000 componenentes 15 mts de largo, 2.40 de alto y pesaba 5 tons x dos numeros en 6 seg. y / en 12 seg
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas ENIAC universidad de pensylvania -1947- Electronic Numerical Integrator And Calculator John Mauchly y John Eckert
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas ENIAC ocupaba todo un sótano tenía más de 18 000 tubos de vacío, consumía 200 KW de energía eléctrica requería todo un sistema de aire acondicionado realiza cinco mil operaciones aritméticas en un segundo
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Von Neuman (1903-1957) matemático de Princeton EDVAC -Electronic Discrete Variable Automatic Computer- cuatro mil bulbos memoria basado en tubos llenos de mercurio por donde circulaban señales eléctricas sujetas a retardos
tomada de descripciones del sistema nervioso un programa y datos que usa se almacenan en memoria que ordenaba y unia números en una lista una operación despues de la otra a diferencia de ENIAC que usaba aritmetica decimal Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas Von Neuman (1903-1957) contribuciones notación para describir los aspectos lógicos set de instrucciones para EDVAC concepto de programa almacenado primer programa almacenado la nocion de operación serial aritmetica binaria para guardar y manipular instrucciones
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas primera generación - 51-58 - tubos de vacío lenguaje máquina grandes y costosas mainframes
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas primera generación - 51-58 - 51 - UNIVAC (UNIversAL Computer) primera compu comercial 1000 palabras de memoria central lectura de cintas magnéticas censo de 1950
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas segunda generación - 59-64 - circuitos de transistores cintas magneticas de I/O memoria magnetica lenguajes de alto nivel reduccíon del tamaño y aumento de la capacidad de procesamiento
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas tercera generación - 65-70 - sistema operativo circuitos integrados discos de I/O minicomputadoras IBM produce la serie 360
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas cuarta generación - 70-80 - microprocesadores y microcomputadoras, mercado industrial revolución informática circuteria de integración a gran escala (LSI, VLSI) almacenamiento virtual
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas 1976 Steve Wozniak y Steve Jobs primera microcomputadora de uso masivo el comienzo de Apple
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas ventas 1981-800,000 computadoras personales 1982-1,400,000 entre 1984 y 1987 60 millones
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas aplicaciones procesadores de palabras hojas electrónicas de cálculo paquetes gráficos
Solución de problemas con computadora Computadoras y Programas quinta generación - 80 + - RISC - reduced instruction set computers paralelismo masivo almacenamiento optico supercomputadoras
un poco de computadoras
arquitectura Estructura principales funciones leer entrada escribir salida llevar a cabo operaciones controlar la secuencia diskette, raton, teclado monitor, diskette, impresora aritmeticas, comparasiones
arquitectura Estructura
arquitectura Estructura maquina Von Neumann arq que utiliza el mismo dispositivo para almacenar datos e instrucciones unidad aritmético-lógica o ALU unidad de control memoria dispositivo de entrada/salida bus de datos
arquitectura Estructura maquina no Von Newmann arq que utiliza dispositivos fisicamente separados para almacenar datos e instrucciones arquitectura Harvard MARK 1 instrucciones en cintas perforadas y datos en interruptores ambas memorias tiene buses de acceso posibilidad de lectura simultanea
arquitectura Entrada-salida entrada teclado ratón scanner micrófono lector de código de barras cámara digital cámara de video cámara web joystick lápiz óptico tarjetas perforadas CD-ROM DVD-ROM
arquitectura Entrada-salida salida monitor impresora láser bocinas fax
arquitectura Entrada-salida duales pantalla táctil (touch screen) disco duro disco flexible dispositivos de almacenamiento
arquitectura Memoria ejecución previo a ejecución, un programa se carga en la memoria cualquier dato a procesar por el programa se debe llevar a la memoria mediante instrucciones
arquitectura Memoria memoria unidad elemental byte 1 byte 8 bits 1 bit 1 dígito (0 o 1) caracter alfanumérico se almacena en un byte
arquitectura Memoria tipos de memoria RAM random access memory -lectura y escritura- ROM read only memory -solo lectura-
arquitectura Memoria tipos de memoria RAM DRAM (Dynamic Random Access Memory) memoria de trabajo (también llamada RAM o volátil) organizada en direcciones que son reemplazadas muchas veces por segundo se pierde al interrumpir el suministro eléctrico. EDO (Extended Data Output) velocidades de hasta 45ns. SDRAM (Synchronous DRAM) sincroniza con el reloj del procesador obtiene información en cada ciclo de reloj
arquitectura Memoria tipos de memoria RAM RDRAM (Rambus DRAM) bastante rápida gran ancho de banda muy buena para gráficos NINTENDO 64 DDR SDRAM (Double Data Rate SDRAM) mas rápida que la SDRAM consume menos voltaje. SGRAM (Synchronous Graphic RAM) uso en tarjetas gráficas
arquitectura Memoria tipos de memoria ROM ROM (Read Only Memory) memoria de semiconductor no destructible (no se puede escribir sobre ella) también memoria no volátil almacena la configuración del sistema o el programa de arranque de la computadora EPROM (Erasable Programmable Read-Only Memory) correge errores de última hora en la ROM usuario no la puede modificar borrada por exposición a luz ultravioleta
arquitectura Memoria tipos de memoria ROM EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) se puede borrar y volver a programar por medio de una carga eléctrica cambios de un byte de información a la vez MEMORIA FLASH tipo de memoria EEPROM, ROM-BIOS USB keys o memory cards
arquitectura Memoria estado memoria datos individuales instrucciones operacionalmente locaciones con nombres unicos cada uno identificado con una variable del programa
arquitectura Memoria operaciones en la memoria aritmeticas + - / relacionales (logicas) - comparaciones movimiento (asignación) control - variación de secuencia de pasos -
sistemas de numeración
sistema numerico conjunto de reglas y simbolos que se utilizan para representar datos numéricos sistema numerico debe permitir formar todos los numeros validos en el sistema
posicionales el valor de los símbolos que componen el sistema depende del valor que se les ha asignado y de la posición que ocupan en el número no posicionales el valor de los símbolos que componen el sistema es fijo y no depende de la posición del símbolo dentro del número
valor el valor de un símbolo depende tanto del símbolo utilizado como de la posición que este ocupa en el número base número de símbolos permitidos en un sistema numerico posicional
sistema númerico decimal 8 9 10 99 100 129
teorema fundamental de la numeración N = d n...d 1 d 0, d 1 d 2 d 3...d k = d n b n +...+d 1 b 1 + d 0 b 0,+d 1 b 1...+d k b k N = n i= k d i b i b: base, numero de simbolos d: simbolo cualquiera n: no de símbolos de la parte entera k: no de símbolos de la parte decimal
sistema decimal de numeración N = d n...d 1 d 0, d 1 d 2 d 3...d k = d n 10 n +...+d 1 10 1 + d 0 10 0,+d 1 10 1...+d k 10 k N = n i= k d i 10 i
sistema decimal de numeración 1492, 36 = 1 10 3 + 4 10 2 + 9 10 1 + 2 10 0,+3 10 1 + 6 10 2
sistema binario de numeración N = d n...d 1 d 0, d 1 d 2 d 3...d k = d n 2 n +...+d 1 2 1 + d 0 2 0,+d 1 2 1...+d k 2 k N = n i= k d i 2 i
sistema binario de numeración 1001, 01 = 1 2 3 +...+0 2 2 + 0 2 1 + 1 2 0,+0 2 1 + 1 2 2
sistema númerico decimal 2 5 = 32 2 4 = 16 2 3 = 8 2 2 = 4 2 1 = 2 2 0 = 1 2 1 = 0,5 2 2 = 0,25 2 3 = 0,125 2 4 = 0,0625 2 5 = 0,03125
sistema binario de numeración 1001, 01 = 1 2 3 + 0 2 2 + 0 2 1 + 1 2 0,+0 2 1 + 1 2 2 1 8+0 4+0 2+1 1,+0 0,5+1 0,25 8+0+0+1+0,5+0,25 = 9,75
decimal a binario 34/2 = 17 resta 0 17/2 = 8 resta 1 8/2 = 4 resta 0 4/2 = 2 resta 0 2/2 = 1 resta 0 1/2 = 0 resta 1 34 10 = 100010 2
decimal a binario 0,828125x2 = 1,656250 0,656250x2 = 1,31250 0,31250x2 = 0,6250 0,6250x2 = 1,250 0,250x2 = 0,50 0,50x2 = 1,0 0,828125 10 = 0,110101 2
equivalencias decimal binario hexadecimal octal 00 0000 00 00 01 0001 01 01 02 0010 02 02 03 0011 03 03 04 0100 04 04 05 0101 05 05 06 0110 06 06 07 0111 07 07 08 1000 08 10 09 1001 09 11 10 1010 0A 12 11 1011 0B 13 12 1100 0C 14 13 1101 0D 15 14 1110 0E 16 15 1111 0F 17