Sistemas Informáticos Monousuario y Multiusuario CICLO FORMATIVO DE ADMINISTRACIÓN Y SISTEMAS INFORMÁTICOS I.E.S Florencio Pintado TEMA 1 INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS INFORMÁTICOS CURSO 2008/2009
ÍNDICE 1. EL ORDENADOR. CONCEPTO....2 1.1 COMPONENTES...2 2. TIPOS DE ORDENADORES...2 2.1 ORDENADORES ANALÓGICOS:...3 2.2 ORDENADOR DIGITAL...3 3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA...3 3.1. LA PREHISTORIA...3 3.2. ANTECEDENTES...3 3.3. 1ª GENERACIÓN 1946-1954...4 3.4. 2ª GENERACIÓN 1955-1964...4 3.5. 3ª GENERACIÓN 1965-1970...4 3.6. 4ª GENERACIÓN 1971-1981...5 3.7. 5ª GENERACIÓN 1981-...5 4. ELEMENTOS FUNCIONALES...5 4.1 ELEMENTOS DE ALMACENAMIENTO:...5 4.2 ELEMENTOS OPERACIÓN...6 4.3 ELEMENTOS DE INTERCONEXIÓN...6 4.4. SISTEMAS Y CÓDIGOS DE NUMERACIÓN....6 4.4.1. Sistemas de numeración...8 4.5. NORMATIVA LEGAL SOBRE EL USO DEL SOFTWARE...13 - Página 1 -
Unidad 1: Sistemas Informáticos. Introducción 1. EL ORDENADOR. CONCEPTO. Máquina flexible destinada a procesar información El término flexible hace referencia a la capacidad que la máquina ha de poseer para resolver distintos problemas en función del modo en que sea organizada ("programada") por el hombre. Observación sobre esta definición: 1º. No especifica la tecnología con la que se ha de construir el ordenador, que en cada momento será la más adecuada (mecánica, electromecánica, electrónica, óptica,...) 2º. No especifica cómo se ha de representar la información que se procesa. Así, podremos encontrarnos con dos alternativas diferentes: ordenadores analógicos y ordenadores digitales. 3º. No especifica cómo se realiza el procesamiento de la información 1.1 COMPONENTES Generalmente, en cualquier sistema informático se pueden distinguir dos elementos básicos: el hardware o elemento físico y el software o elemento lógico. Hardware: conjunto de componentes eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos que constituyen la dotación física del ordenador Software: conjunto de componentes que no son tangibles o físicos. Son los programas (tanto los escritos en un lenguaje simbólico como los ejecutables), la documentación asociada y los procedimientos de explotación y mantenimiento de una aplicación informática. Hay dos tipos de software: De sistema: conjunto de programas necesarios para que el ordenador tenga capacidad de trabajar. Ej: comunicación con periféricos, traducción del teclado en pantalla drivers De aplicación: programas que maneja el usuario. Ej: procesador de texto, hojas de cálculo, juegos 2. TIPOS DE ORDENADORES. Analógicos Digitales - Página 2 -
2.1 ORDENADORES ANALÓGICOS Los que procesan información de tipo analógico. Una magnitud o variable es analógica si tiene un rango de variación continuo de valores. Estos ordenadores analógicos están basados en un componente denominado amplificador operacional que, según se conecte con otros componentes auxiliares (resistencias, condensadores,...) será capaz de realizar una serie de operaciones aritméticas, tales como invertir el signo de una señal; escalar una señal; sumar, multiplicar y dividir señales 2.2 ORDENADOR DIGITAL Procesa información de tipo digital Compuesto por: Memoria: almacena instrucciones y datos Unidad de control: interpreta y secuencia instrucciones Unidad Aritmético Lógica: ejecuta las operaciones Estos ordenadores procesan y almacenan información en binario. Utilizan dos símbolos: 0 y 1. La información se representa como cadenas de bits 3. EVOLUCIÓN HISTÓRICA 3.1. LA PREHISTORIA En 1642 B. Pascal desarrolló un contador mecánico capaz de realizar sumas y restas automáticas. Se basaba en ruedas dentadas En 1671 Leibniz construyó una calculadora mecánica (sumar, restar, multiplicar, dividir) En el s.xix Jacquard utilizó las tarjetas perforadas para automatización telares 3.2. ANTECEDENTES 1833 Ch Babbage construyó lo que el llamó máquina analítica utilizando ideas anteriores Se componía de: Una memoria, Unidad de Cálculo, Unidad de control gobernada por una banda de tarjetas de cartón perforadas Tarjetas utilizadas con dos cometidos: Seleccionar la operación aritmética Seleccionar la posición de memoria a usar en operación Fracasó - Página 3 -
Hollerith. Usando tecnología electromecánica construyó una máquina basada en tarjetas perforadas para elaborar el censo de 1890 de USA La compañía fundada devino en la International Business Machines Corp IBM 3.3. 1ª GENERACIÓN 1946-1954 Usan tecnología electrónica: Válvulas de vacío Hitos: ENIAC: Ordenador e integrador numérico electrónico. 1946 Univ Pennsylvania. Pesaba más de 30 tolenadas y ocupaba 140 m2 Mancherster Mark 1. Primer ordenador operacional de programa almacenado. Univ. Manchester 1948 EDVAC: Calculador automático electrónico de variables discretas. Construido por Von Newman a finales de los años cuarenta. El diseño introduce el concepto de programa almacenado. Utiliza código binario. Prototipo de los demás ordenadores de propósito general UNIVAC: Ordenador Automático Universal. Incorpora cinta magnética como memoria secundaria IBM 701: 1953. Utiliza una memoria principal electrostática (tubo de rayos catódicos) y secundaria de tambores y cintas magnéticas 3.4. 2ª GENERACIÓN 1955-1964 Transistores en vez de válvulas de vacío Núcleos de ferrita como elementos de memoria Procesadores aritméticos que operan en coma flotante. Uso de procesadores de E/S. Soportes de almacenamiento secundario (tambores y discos) Uso de lenguajes de programación simbólicos Aparición de los lenguajes ensambladores Aparece primer S.O. Rutinario Empleo de técnicas de procesamiento paralelo 3.5. 3ª GENERACIÓN 1965-1970 Circuitos integrados en vez de transistores. Memorias semiconductores sustituyendo núcleos de ferrita. Se extiende el uso de la multiprogramación y multiproceso. Uso de potentes S.O. Grados de integración: SSI: de 4 a 100 transistores MSI:de 100 a 1000 LSI: de 1000 a 10000 VLSI: de 100000 en adelante - Página 4 -
3.6. 4ª GENERACIÓN 1971-1981 Circuitos integrados LSI Aparición del microprocesador Desarrollado por Intel en 1971 Este micro tiene una palabra de 4 bits En 1981 aparece IBM-PC que revoluciona el mercado 3.7. 5ª GENERACIÓN 1981- Aparición de los supercomputadores Actualmente existen dos líneas de investigación fundamentales en el campo de los computadores: 1. HARDWARE: buscando una mayor miniaturización. Surgen dos líneas de trabajo complementarias: a. Procesamiento en paralelo: circuitos integrados de gran velocidad. b. Nuevas filosofías de computación: i. Biológica: empleando moléculas como unidad de almacenamiento y cálculo. ii. Cuántica: empleando las leyes de la Mecánica cuántica para codificar la información. 2. SOFTWARE: Manejo del lenguaje natural y sistemas de inteligencia artificial. 4. ELEMENTOS FUNCIONALES 4.1 ELEMENTOS DE ALMACENAMIENTO: EL BIESTABLE: Elemento básico de almacenamiento. Dos estados 0 y 1 Entrada, Salida, Líneas de control, Carga EL REGISTRO: Conjunto de biestables asociados La longitud del registro es la cantidad de bits a almacenar Los bits se numeran de derecha a izquierda BANCO O BATERÍA DE REGISTROS: Agrupación de registros que tiene una única entrada de datos y una única salida de datos MEMORIA: Conjunto de muchos registros Cada registro se identifica con una dirección Parámetros que definen una memoria: Ancho de palabra Tamaño (nº registros) - Página 5 -
Capacidad (se mide en bytes o múltiplos) Tiempo de ciclo (Tiempo en realizar operación lec/esc) 4.2 ELEMENTOS OPERACIÓN Tipos de operadores Monádicos: operan con un solo dato. Ej. Cambio de signo Diádicos: operan con dos datos. 4.3 ELEMENTOS DE INTERCONEXIÓN Se encargan de realizar las transferencias entre los distintos componentes del ordenador (ambos elementos deben estar enlazados). Para transmitir n bits simultáneamente hacen falta n líneas Varias líneas de selección para indicar de dónde viene el dato BUS: vía de enlace que se puede acceder desde cualquiera de los elementos que se quieran conectar. Se precisan de líneas de control para seleccionar el elemento origen que envía información a través del bus. No se necesitan líneas de control para seleccionar el destino No se pueden transmitir más de un dato simultáneamente. Ciclo de bus: operación básica de transmisión elemental entre dos dispositivos. Los BUSES pueden ser de Datos, de direcciones, o de control. 4.4. SISTEMAS Y CÓDIGOS DE NUMERACIÓN. Los ordenadores suelen efectuar las operaciones aritméticas utilizando una representación para los datos numéricos basada en el sistema de numeración en base 2 (binario natural). También se utilizan los sistemas de numeración octal y hexadecimal, para obtener códigos intermedios. Un número expresado en uno de estos códigos puede transformarse a binario y viceversa. Se define un sistema de numeración: como el conjunto de símbolos y reglas que se utilizan para la representación de cantidades. En ellos existe un elemento característico que define el sistema y se denomina base, siendo ésta el número de símbolos que se utilizan para la representación. Un sistema de numeración en base "b" utiliza para representar los números un alfabeto compuesto por b símbolos o cifras. Así todo número se expresa por un conjunto de cifras, teniendo cada una de ellas dentro del número un valor que depende: De la cifra en sí De la posición que ocupe dentro del número En el sistema de numeración decimal (base 10), que habitualmente se utiliza, b = 10 y el alfabeto por tanto, está constituido por 10 símbolos: {0, 1, 2..., 9} - Página 6 -
Por ejemplo, el número 3278.52 puede obtenerse como suma de: 3000 200 70 8 0.5 0.02 3278.52 por tanto se verifica que: 3278.52 = 3 * 10 3 + 2 * 10 2 + 7 * 10 1 + 8 * 10 0 + 5 * 10-1 + 2 * 10-2 Cada posición, por tanto, tiene un peso: Posición 0 Peso b 0 Posición 1 Peso b 1 Posición 2 Peso b 2 Posición 3 Peso b 3... Posición -1 Peso b -1 Posición -2 Peso b -2... Generalizando se tiene que la representación de un número en una base b : N =...n 4 n 3 n 2 n 1 n 0 n -1 n -2... es una forma abreviada de expresar su valor, que es: N = n 4 b 4 + n 3 b 3 +... + n -1 b -1 + n -2 b -2 Ejemplo en base 8: b = 8. Los símbolos que se usan son: {0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7} El valor decimal del número octal 175.378 será: - Página 7 -
175.378) 8 = 1*8 2 + 7*8 1 + 5*8 0 + 3*8-1 + 7*8-2 + 8*8-3 = 125.4882812) 10 4.4.1. Sistemas de numeración. El sistema de numeración en base dos, fue introducido por Gottfried Wilhelm Leibniz (1646-1716) en el siglo XVII, siendo el más adecuado para usar en las máquinas electrónicas, debido a que utilizan esencialmente sistemas de dos estados, encendido y apagado. En el sistema binario los datos se representan en un sistema que sólo admite dos estados, 0 y 1. Las operaciones aritméticas se suelen realizar usando una representación de datos y resultados en binario natural. A) Definición del sistema binario. En el sistema de numeración binario b=2 y el conjunto de símbolos usados es: {0, 1} Una muestra de los números enteros binarios que se pueden formar con 3 bit y que corresponden a las cifras decimales {0,...,7} es: Binario Decimal 000 0 001 1 010 2 011 3 100 4 101 5 111 6 111 7 B) Transformaciones entre bases binaria y decimal. Se puede transformar un número binario a decimal sin más que usar la expresión vista anteriormente:.n 4 n 3 n 2 n 1 n 0 n -1 n -2...) 2 =...n 4 2 4 + n 3 2 3 + n 2 2 2 + n 1 2 1 + n 0 2 0 + n -1 2-1 + = N) 10 Transformar a decimal los siguientes números binarios: 110100) 2 = 1*2 5 + 1*2 4 + 0*2 3 + 1*2 2 + 0*2 1 + 0*2 0 = 2 5 + 2 4 + 2 2 = 52) 10 0.10100)2 = 0*2 0 + 1*2-1 + 0*2-2 + 1*2-3 + 0*2-4 + 0*2-5 = 2 - - Página 8 -
1 + 2-3 = 0.625) 10 10100.001) 2 = 1*2 4 + 1*2 2 + 1*2-3 = 20.125) 10 Para transformar un número decimal a binario: a) La parte entera del nuevo número (binario) se obtiene efectuando divisiones enteras (sin obtener decimales) por dos, de la parte entera del número decimal de partida y de los cocientes que sucesivamente se vayan obteniendo. Los restos de estas divisiones y el último cociente (que serán siempre ceros y unos) son las cifras binarias. El último cociente será el bit más significativo y el primer resto el bit menos significativo (más a la derecha). 26) 10 es en binario: 26 2_ 0 13 2_ 1 6 2_ 0 3 2_ 1 1 26) 10 = 11010)2 b) La parte fraccionaria del número binario se obtiene multiplicando por 2 sucesivamente la parte fraccionaria del número decimal de partida y las partes fraccionarias que se van obteniendo en los productos sucesivos. El número binario se forma con las partes enteras (que serán ceros y unos) de los productos obtenidos. Transformar a binario natural el número decimal 0.1875 0.1875 0.3750 0.7500 0.5000 * 2 * 2 *2 * 2 --------- ---------- ---------- ---------- 0.3750 0.7500 1.5000 1.0000 0.1875) 10 = 0.0011) 2 Transformar a binario el número decimal 74.423 - Página 9 -
a) Parte entera: 74 2_ 0 37 2 1 18 2 0 9 2_ 1 4 2 0 2 2 0 1 b) Parte fraccionaria: 0.423 0.846 0.692 0.384 0.768 *2 * 2 * 2 * 2 * 2 -------- --------- --------- --------- --------- 0.846 1.692 1.384 0.768 1.536 Es decir: c) Códigos intermedios 74.423) 10 = 1001010.01101...) 2 Los códigos intermedios se basan en la facilidad de transformar un número en base 2 a otra base que sea potencia de 2 y viceversa. Usualmente se usan como códigos intermedios los sistemas de numeración en base 8 y en base 16 (conocidos como octal y hexadecimal). a) OCTAL. En la base octal, b = 8 y el conjunto de símbolos utilizados es: {0, 1,..., 7} Para convertir un número octal a binario sólo debemos sustituir cada dígito octal por su equivalente binario. Equivalencias OCTAL BINARIO 0 000 1 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 - Página 10 -
6 se sustituye por 110 2 se sustituye por 010 537.24)8 = 101 011 111. 010 100)2 que equivale según la tabla, a: 5 3 7. 2 4 La conversión de binario a octal se realiza juntando en grupos de tres dígitos binarios, comenzando por la izquierda desde el punto decimal y sustituyendo cada grupo por el correspondiente dígito octal. El número binario 10001101100.11010) 2 es en octal 10 001 101 100. 110 10 = 2154.64) 8 Para pasar un número de octal a decimal aplicamos la expresión: N) 8 =...n 4 b 4 + n 3 b 3 +... + n -1 b -1 + n -2 b -2...) 10 con b = 8. Para pasar el número octal 1367.25) 8 a decimal: 1367.25 = 1*8 3 + 3*8 2 + 6*8 1 + 7*8 0 + 2*8-1 + 5*8-2 = 759.328125) 10 b) HEXADECIMAL Para representar un número en base hexadecimal (b = 16) es necesario disponer de un conjunto o alfabeto de 16 símbolos. Se suele usar el conjunto: {0, 1, 2,..., 9, A, B, C, D, E, F} Podemos hacer las conversiones de binario a hexadecimal y viceversa en forma análoga al sistema octal. Ahora bien, aquí utilizaremos grupos de 4 bit en lugar de grupos de 3 bit. - Página 11 -
Equivalencias HEX BINARIO DECIMAL 0 0000 0 1 0001 1 2 0010 2 3 0011 3 4 0100 4 5 0101 5 6 0110 6 7 0111 7 8 1000 8 9 1001 9 A 1010 10 B 1011 11 C 1100 12 D 1101 13 E 1110 14 F 1111 15 Pasar el número binario 010010111011111.1011101) 2 a hexadecimal. 010 0101 1101 1111. 1011 101) 2 = 25DF.BA) 16 Pasar el número 1ABC701.C4) 16 a binario: 0001 1010 1011 1100 0111 0000 0001. 1100 0100 2 1 A B C 7 0 1 C 4 El número binario resultante es: 0001101010111100011100000001.11000100)2 Para transformar un número hexadecimal a decimal aplicamos la expresión siguiente con b=16. N) 16 =...n 4 b 4 + n 3 b 3 +... + n -1 b -1 + n -2 b -2...) 10 - Página 12 -
Pasar el número hexadecimal A798C.1E) 16 a decimal. 10*16 4 + 7*16 3 + 9*16 2 + 8*16 1 + 12*16 0 + 1*16-1 + 14*16-2 = = 686476.1171) 10 4.5. NORMATIVA LEGAL SOBRE EL USO DEL SOFTWARE. La piratería del software consiste en la copia, reproducción, fabricación o uso no autorizado de productos de software. Se estima que, por cada copia de software en uso, existe al menos una copia pirata o no autorizada. El uso de software copiado ilegalmente se considera hurto y puede acarrear consecuencias serias, como sanciones económicas e, incluso, la cárcel, tanto a empresarios como a particulares. Existen cinco formas básicas de piratería: 1. Copia entre usuarios finales: copias adicionales de un programa, cambio de discos entre socios o amigos 2. Instalación en disco duro: algunos vendedores y distribuidores de computadoras instalan copias no autorizadas de software al vender los ordenadores. 3. Falsificación: duplicación ilegal y venta de software con derechos de autor (con un buen diseño para que parezca legal). 4. Piratería a través de medios electrónicos: software que se pasa a usuarios conectados a Internet sin el consentimiento del titular de los derechos de autor. 5. Uso incorrecto de la licencia. La Bussines Software Aliance (http://www.bsa.org ) intenta hacer cumplir la ley en cuanto a derechos de autor en todo el mundo. - Página 13 -