1
Download Unidad 1 Introduccion Ciencias de la
Document related concepts
Transcript
1. INTRODUCCIÓN 1.1- Definiciones Informática, componentes computador y 1.2- Hardware. Estructura de un computador 1.2.1 Unidades de Entrada/Salida 1.2.2 Memoria 1.2.3 Unidad Central de Proceso (UCP/CPU) 1.2.4 Representación de los datos (Bit) 1.3- Software 1.3.1 Sistema Operativo 1.3.2 Aplicaciones Generales sus 1.1 Informática: Definición INFORmación autoMÁTICA INFORMÁTICA Informática = ciencia encargada del tratamiento automático de la información 1.1 computador Datos de entrada Y ordenes Entrada computador Salida Datos de salida O resultados “El computador es una máquina electrónica digital que realiza operaciones aritmético-lógicas con los datos de entrada hasta que obtiene el resultado” 1.1 computador El computador maneja dos tipos de información Ordenes: especifican lo que debe hacer el computador Datos: información que utilizan (datos de entrada) o generan (datos de salida o resultados) las ordenes 1.1 Componentes del computador: Hardware y Software Los componentes físicos (circuitos integrados, cables, teclado, …) de la maquina constituyen lo que se denomina el soporte físico o hardware. Software: conjunto de aplicaciones o programas que se pueden ejecutar en el computador (sistema operativo, procesador de textos, hojas de cálculo,…) Programas 1.2 Hardware. Estructura de un computador Unidad de entrada Unidad Central de Proceso (CPU) Buses Unidades de Salida 1.2 Estructura del computador UNIDAD CENTRAL DE PROCESO (UCP/ CPU) UNIDAD DE ENTRADA ordenes UNIDAD DE CONTROL UNIDAD ARITMETICOLOGICA (CU) (UAL/ALU) datos UNIDAD DE SALIDA resultados ordenes MEMORIA datos UNIDAD PRINCIPAL información control resultados 1.2.1 UCP (CPU) Unidad de Control (UC) Dirige y controla el funcionamiento del computador Coge las ordenes, las interpreta y se encarga de que se ejecuten Características: Bit (8, 16, 32, 64, ...) Velocidad (2Ghz) Pentium, Athlon, Duron, PowerPC,… 1.2.3.1 UCP (Hz) HERTZIO La Unidad de Control contiene un reloj interno (generador de impulsos) que sincroniza todas las operaciones elementales del computador. El periodo de esta señal se denomina tiempo de Ciclo, y su frecuencia puede darse en millones de ciclos por segundo denominados Mega Hertzios MHz 80386->25Mhz. (Megahertzios) 88486->55,66 Mhz Pentium,AMD->100,133.....2GHz 1.2.1 UCP (CPU) Unidad Aritmético-Lógica (UAL/ALU) Realiza operaciones aritméticas (suma, resta, multiplicación, división) y lógicas (comparación,…) (De la Memoria) 1er Operando Ordenes (de la UC) 2º Operando UAL Resultado (A la memoria) Estado 1.2.2 Unidades de Entrada/Salida (E/S) Puente entre el computador y el exterior Salida pantalla, impresora, ...... Entrada teclado, ratón, ...... 1.2.3 Memoria Almacén del computador Datos Resultados parciales Instrucciones que constituyen los programas Clasificación Memoria principal o memoria interna Memoria auxiliar o memoria para almacenamiento masivo 1.2.2 Memoria principal Gran Velocidad Poca Capacidad RAM Almacena los datos e instrucciones que va a utilizar el procesador Volátil ROM Contiene los programas y rutinas de E/S que necesita el computador para arrancar No volátil\ No se puede modificar Cache Contiene los datos\instrucciones más recientes 1.2.3 Memoria auxiliar Velocidad de acceso baja Gran Capacidad Almacena programas y datos (Ej. Sistema operativo, aplicaciones) Almacena la información cuando se apaga el computador Memorias magnéticas Disco duro (1-100 GB) Diskettes (1,44 MB) ZIP, JAZ, cintas, ... Memorias ópticas CD-ROM (650 MB) CD-R, CD-RW (650 MB) DVD, … 1.2.3 Memoria Cache + + Capacidad CPU RA M Disco Duro Cinta Precio - Velocidad 1.2.3.1 Representación de la Información 0 BIT 1 0y1 Representación de los caracteres Representación de los números 1348 = 1*103 + 3*102 + 4*101 + 8*100 1010 = 1*23 + 0*22 + 1*21 + 0*20 Código ASCII 0 0011 0000 1 0011 0001 A 0100 0001 B 0100 0010 ........................ 1.2.3.1 Unidad de Información (Memoria) • Los computadores funcionan según una modalidad llamada binaria, esto significa que los componentes del computador pueden indicar únicamente dos estados o condiciones posibles, es decir, las tensiones específicas estarán presentes o ausentes. • utiliza solamente dos símbolos para representar toda su información; cero (0) y uno (1), denominándose comúnmente a estas notaciones binarias bits. • establecer una correspondencia entre el conjunto de los caracteres utilizados por el usuario (A,B,C,...a,b,c,.. 1,2,3,.../,*,(,...) y los utilizados por la máquina (0,1), es decir, se necesita hacer una codificación o representación de los elementos de un conjunto (usuario) con los elementos de otro conjunto (máquina) 1.2.3.1 Unidad de Información (Memoria) • Esa codificación se realizará mediante los denominados códigos de transformación: • ASCII:American Standard Code for Information Interchange. Estándar Americano para Intercambio de Información. La tabla básica de caracteres ASCII esta compuesta por 128 caracteres incluyendo símbolos y caracteres de control. En ASCII cada carácter está representado por 7 bits(unos ó ceros). Existe una versión extendida de 256 caracteres. • EBCDIC (Fully, "Extended Binary Coded Decimal Interchange Code") is an 8-bit character encoding used on IBM mainframes and AS/400s. • Unicode: es una norma de codificación de caracteres. Su objetivo es asignar a cada posible carácter de cada posible lenguaje un número y nombre único, a diferencia de la mayor parte de los juegos ISO como el ISO-8859-1, que sólo definen los necesarios para un idioma 1.2.3.1 Unidad de Información (Memoria) • las operaciones aritméticas con datos numéricos se suelen realizar en una representación más adecuada para este objetivo: basada en el sistema de numeración en base dos, sistema que puede considerarse como una codificación en binario, pero que al ser una representación numérica posicional es muy apta para la realización de operaciones aritméticas. con 2 bits con 3 bits con 4 bits 00 01 10 11 22 000 001 010 011 100 101 110 111 23 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 24 1111 1.2.3.1 Sistemas de Numeración y Binario •El hombre trabaja normalmente en sistema decimal y el computador en binario. •El sistema de numeración decimal (base 10), utiliza diez símbolos (0, 1, 2, 3, ..., 9). •El sistema de numeración binaria (base 2) utiliza solamente dos símbolos (0 y 1). •La posición de uno de estos símbolos en un número indica la potencia que se asigna a este símbolo " Sistema posicional ". •sistema de numeración decimal (base 10): 837=8 * (102) + 3 * (101) + 7 * (100) •sistema de numeración binario (base 2): 1101000101=1*(29)+1*(28)+0*(27)+1*(26)+0*( 25)+0*(24)+0*(23)+1*(22)+0*(21)+1*(20)=837 1.2.3.1 Conversión Decimal a Binario • Regla: Se divide el número decimal por 2 y se obtiene el número binario de los restos. 248 | 2 04 124 | 2 08 04 62 | 2 0 0 02 31 | 2 0 11 15 | 2 1 1 7 | 2 1 3 | 2 1 1 <-------248 (decimal) -> 11111000 (binario) 1*(27)+1*(26)+......+0*(20)->248 1.2.3.1 Sistema de numeración Hexadecimal • computadores utilizan el sistema de numeración binario para los procesos internos, al requerir dicha información el usuario, la comunicación se establece mediante un sistema de numeración intermedio como es el hexadecimal, de modo, que dicha comunicación no resulte una interminable colección de 0 y 1. • Hexadecimal significa 16, los símbolos utilizados serán del 0 al 9 y las letras de la A a la F, por lo que para representar cualquier información almacenada en un octeto, mediante el sistema de numeración binario, es decir, mediante ocho unos o ceros, se podrá realizar con dos símbolos hexadecimales 1.2.3.1 Sistema de numeración Hexadecimal DECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 HEXADECIMAL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F BINARIO 0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111 1.2.3.1 Sistema de numeración Hexadecimal El proceso de conversión será similar a los tratados con anterioridad: 248 | 16 088 15 8 248(decimal)=15 8 = F8 = F8(hexadecimal) F8(hex)=F*(161)+8*(160)=15*16+ 8*1(decimal) 1.2.3.1 Sistema de Binario (Operaciones Matemáticas) SUMA RESTA 0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=0 y llevo 1 0-0=0 0-1=1 y debo 1 1-0=1 1-1=0 MULTIPLICACION DIVISION 0.0=0 0.1=0 1.0=0 1.1=1 0:0=0:1=0 1:0=oo 1:1=1 1.2.3.1 Sistema de Binario (Operaciones Lógicas) Otro tipo de operaciones son las booleanas u operaciones lógicas : AND, OR y NOT. Estas operaciones se rigen según las siguientes tablas: SUMA BOOLEANA (OR) PRODUCTO BOOLEANO (AND) 0 0 1 1 OR OR OR OR 0=0 1=1 0=1 1=1 INVERSION BOOLEANA (NOT) NOT 0 = 1 NOT 1 = 0 0 0 1 1 AND AND AND AND 0=0 1=0 0=0 1=1 1.2.3.1 Representación Interna de la Información • Los computadores procesan dos tipos de información: las INSTRUCCIONES que forman parte del programa y los DATOS que manejarán dichas instrucciones. • En la Unidad Central de Proceso la información se transmite y procesa en unidades denominadas palabras. La longitud de la palabra depende de la estructura interna de cada modelo de computador, pudiendo ser las mas normales de 8, 16, 32, 64 bits. 1.2.3.1 Representación Interna de la Información • Para leer o escribir un dato o ejecutar una instrucción del programa almacenado en la memoria principal se da la dirección de la palabra donde se quiere leer o escribir, por tanto para obtener un buen aprovechamiento de la memoria, la longitud de la palabra, debe ser un múltiplo del número de bits utilizados para representar un carácter. • Así en los computadores de 8,16,32,64 bits se utilizan códigos de E/S de 8 bits (EBCDIC o ASCII) y tanto las longitudes de las instrucciones como la longitud de los datos serán múltiplos de 8. 1.2.3.1 Tipos de Datos (Representación Interna) La representación interna de datos depende del tipo de dato y del lenguaje de programación. Los tipos de datos más significativos pueden ser: • TEXTO o CARÁCTER • LOGICO • COMPLEJO SIMPLE O DOBLE • ENTERO • REAL SIMPLE O DOBLE PRECISION 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Tipo Texto o Carácter • Los datos tipo Carácter o texto se suelen denominar Alfabéticos si están compuestos solamente por letras y Alfanuméricos si están compuestos por letras, números y/o caracteres especiales. • Estos tipos de datos se almacenan siempre en el código de E/S utilizado por el computador. En el caso del ASCII o EBCDIC, un carácter por byte, sin realizarse internamente ninguna transformación.Ejm: MICRO 0100 1101 0100 1001 0100 0011 0101 0010 0100 1111 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Lógico • Representan un valor del álgebra de Boole binaria: -0 falso -1 verdadero •La representación interna de este tipo de dato es muy variada siendo quizá la mas común la de completar todo el espacio de la palabra a ceros o a unos dependiendo del caso, o el de identificar el dato solamente con el bit extremo derecho 0 ó 1. 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero • La representación en binario puro consiste en el almacenamiento de los números, descritos mediante el sistema de numeración decimal, en el sistema de numeración binario. Ejemplo: En una palabra de (16 bits) almacenar el número entero 15. 15 | 2 1 7 | 2 1 3 | 2 1 1 ¦ 0000 ¦ 0000 ¦ 0000 ¦ 1111 ¦ 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Binario con Signo) • El signo se representa en el bit extremo izquierdo de la palabra mediante: 0 ... + 1 ... +15 ¦ 0000 ¦ 0000 ¦ 0000 ¦ 1111 ¦ -15 ¦ 1000 ¦ 0000 ¦ 0000 ¦ 1111 ¦ • De esta forma, el mayor número almacenable en 2 bytes sería representado por 15 unos con lo que se podría almacenar un número: 215 =32768 números (0 a 32767) donde el bit 16 es el signo(-32767..-0,0..+32767) 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Complemento a 2) • Para representar un número negativo se puede utilizar el complemento de ese número a la base. • El complemento a la base de un número, es el número que resulta de restar a cada una de las cifras del número N a la base menos uno del sistema que se esté utilizando y posteriormente sumar uno a la diferencia obtenida. •Ejemplo: Complemento en base 10 del número 53 (base-1=9)1ºPaso:99-53=46 2ºPaso:46+ 1=47 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Signo) • Ejemplo: Restar 65-23 mediante complemento a 10 Esta debiera ser 65-23=42. 1ºpaso:99-23=76 +1 =77 (complemento base 10 de 23, sustraendo) 2ºpaso:65+77=142(descartamos lo cifra arrastrada) • Ejemplo: realizar la misma operación 65-23 mediante complemento en base 2 donde 6510) = 0100 00012) y 2310) = 0001 01112). 1º Paso: 1111 1111 - 0001 0111 = 1110 1000 + 1 = 1110 1001 2º Paso: 0100 0001 + 1110 1001 = 1 0010 1010 = 4210) 1.2.3.3 Representación de la información Representar –8 en complemento a 2 Representación binaria de 8: 1000 Representar en Complemento a 1 del número positivo:1111-1000 = 0111 0111 + 0001 -----------1000 <== Representación en C2 del -8 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Signo) VALORES COMPLEMENTO COMPLEMENTO +/- (signo) A 1 A 2 ---------------------------------------------+ 0 0 000 0000 0000 + 1 0 001 + 2 0 010 + 3 0 011 lo mismo lo mismo + 4 0 100 + 5 0 101 + 6 0 110 + 7 0 111 0111 0111 + 8 *(0 1000) No se puede representar en 4 bits 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Signo) VALORES COMPLEMENTO COMPLEMENTO +/- (signo) A 1 A 2 ---------------------------------------------- 0 1 000 1111 **** - 1 1 001 1110 1111 - 2 1 010 1101 1110 - 3 1 011 1100 1101 - 4 1 100 1011 1100 - 5 1 101 1010 1011 - 6 1 110 1001 1010 - 7 1 111 1000 1001 - 8 *(0 1000) **** 1000 1.2.3.1 Representación Interna de los Datos Entero (Complemento a 2) • Observamos que para transformar un número binario N a complemento a 2 basta con cambiar los 0 por 1 y los 1 por 0 de N y sumar 1 al resultado. • 2 ventajas: -De esta forma las sumas y restas quedan reducidas a sumas. Con lo que se reduce la complejidad de los circuitos. -números negativos permitan tener un valor más que los positivos, es decir, en dos bytes se podría almacenar desde + 32767 hasta -32768 1.2.3.1 Unidad de Información (Memoria) BIT . Unidad básica de información (un hueco de 0 o 1) BYTE = 23 BIT=8 BIT KILOBYTE = 210 BYTE = 1024 BYTE MEGABYTE = 220 BYTE= 1024 KBYTE GIGABYTE = 230 BYTE= 1024 MBYTE TERABYTE = 240 BYTE= 1024 GBYTE 1.3 Software Categorías de Software Sistemas Operativos: MS/DOS, UNIX, WINDOWS,LINUX... Aplicaciones: Procesadores de texto, hojas de cálculo, sistemas de gestión de bases de datos, juegos... Entornos de Programación: Visual Basic, Fortran, Pascal, C, Java .... 1.3.1 Sistema Operativo “Software diseñado para gestionar los recursos del computador” Aplicaciones Lenguajes de Programación Sistema Operativo Hardware Sistema Operativo Programas Sistema Operativo Sistema Operativo Funciones Reparto del tiempo de ejecución Gestión de la Entrada/Salida Gestión de la memoria Gestión de la información, ... Características de un buen sistema operativo Eficiente Fiable Fácil de Mantener Consume pocos recursos Clasificación de los sistemas operativos Monousuario (1) / Multiusuario (2) 1. Todos los recursos y datos estan en manos del usuario que trabaja en el computador 2. Los datos y recursos son compartidos por los distintos usuarios que utilizan el computador Monotarea (1) / Multitarea (2) 1. El procesador está dedicado en exclusiva a una única tarea 2. Realiza más de una tarea a la vez. (Reparte el tiempo de CPU entre distintas tareas) Sistemas Operativos más extendidos MS-DOS OS/2 OS/400 3.X 95 WINDOWS 98 IRIX AIX NT XENIX UNIX 2000 XP LINUX 1.3.2 Aplicaciones generales • Procesadores de Textos (Word) • SGBD (access, Oracle, ...) • Hojas de Cálculo (Excel, Lotus) • Programas de Diseño • Software de Comunicaciones (redes de computadores: Internet)
