"Información digital"
Introducción a la computación
Prof. Patricia Obregón
Conceptos básicos
Bit
La palabra “bit” significa “binary digit”, en español “dígito binario”, y es la unidad elemental de información ya que no puede ser subdividida. También podemos decir que es la unidad mínima de información empleada en informática, en cualquier dispositivo digital, o en la teoría de la información. Con él, podemos representar dos valores cuales quiera, como verdadero o falso, abierto o cerrado, blanco o negro, norte o sur, masculino o femenino, rojo o azul, etc. Basta con asignar uno de esos valores al estado de "apagado" (0), y el otro al estado de "encendido" (1).
Byte
Un byte es la unidad fundamental de datos en los ordenadores personales, un byte son ocho bits contiguos. El byte es también la unidad de medida básica para memoria, almacenando el equivalente a un carácter.
Nombres para diferentes unidades
Tamaño y Capacidad de almacenamiento aproximada:
1 B Una letra
10 B Una o dos palabras
100 B Una o dos frases
1 kB Una historia muy corta
10 kB Una página de enciclopedia (tal vez con un dibujo simple)
100 kB Una fotografía de resolución mediana
1 MB Una novela
10 MB Dos copias de la obra completa de Shakespeare
100 MB 1 metro de libros en estantería
1 GB Una furgoneta llena de páginas con texto
1 TB 50.000 árboles
10 TB La colección impresa de la Biblioteca del Congreso de Estados Unidos
Palabra
En gramática tradicional, una palabra es cada uno de los segmentos limitados por pausas o espacios en la cadena hablada o escrita, que puede aparecer en otras posiciones, y que está dotado de una función.
Lingüísticamente, el concepto de palabra es mucho más problemático de lo que la definición anterior sugiere. Determinar qué constituye fonéticamente o morfosintácticamente una palabra es un problema abierto, así por ejemplo junto a los morfemas ligados y las palabras léxicas existen los clíticos cuyo estatus de palabra es discutido. La rama de la lingüística que estudia la composición y estructura interna de las palabras es la morfología.
Hardware y Software
Hardware
Los componentes y dispositivos del Hardware se dividen en Hardware Básico y Hardware Complementario
- El Hardware Básico: son las piezas fundamentales e imprescindibles para que la computadora funcione como son: Placa base, monitor, teclado y ratón.
- El Hardware Complementario: son todos aquellos dispositivos adicionales no esenciales como pueden ser: impresora, escáner, cámara de vídeo digital, webcam, etc.
Placa Base o Placa Madre
Los componentes Hardware más importantes de la computadora y esenciales para su funcionamiento se encuentran en
Grupos de Hardware
Según sus funciones, los componentes y dispositivos del hardware se dividen en varios grupos y en el siguiente orden:
- Dispositivos de Entrada
- Chipset (Circuito Integrado Auxiliar)
- Unidad Central de Procesamiento (CPU)
- Unidad de Control
- Unidad Aritmético-Lógica
- Unidad de Almacenamiento
- Memoria Principal o Primaria (RAM – ROM)
- Memoria Secundaria o Auxiliar (Disco Duro, Flexible, etc.)
- Dispositivos de Salida
Dispositivos de Entrada
Los Dispositivos de Entrada son aquellos a través de los cuales se envían datos externos a la unidad central de procesamiento, como el teclado, ratón, escáner, o micrófono, entre otros.
Chipset (Circuito Integrado Auxiliar)
El Chipset o Circuito Integrado Auxiliar es la médula espinal de la computadora, integrado en la placa base, hace posible que esta funcione como eje del sistema permitiendo el tráfico de información entre el microprocesador (CPU) y el resto de componentes de la placa base, interconectándolos a través de diversos buses que son: el Northbridge (Puente Norte) y el Southbridge (Puente Sur).
El Northbridge o Puente Norte es un circuito integrado que hace de puente de enlace entre el microprocesador y la memoria además de las tarjetas gráficas o de vídeo AGP o PCI-Express, así como las comunicaciones con el Puente Sur.
El Southbridge o Puente Sur (también conocido como Concentrador de Controladores de Entrada/Salida), es un circuito integrado que coordina dentro de la placa base los dispositivos de entrada y salida además de algunas otras funcionalidades de baja velocidad. El Puente Sur se comunica con
Unidad Central de Procesamiento (CPU)
Unidad de Control
Unidad Aritmético-Lógica
Unidad de Almacenamiento
Memoria Principal o Primaria (RAM – ROM)
En
Memoria Secundaria (Disco Duro, Disco Flexibles, etc.)
Dispositivos de Salida
Los Dispositivos de Salida son aquellos que reciben los datos procesados por la computadora y permiten exteriorizarlos a través de periféricos como el monitor, impresora, escáner, plotter, altavoces,etc.
Dispositivos de Entrada/Salida (Periféricos mixtos): Hay dispositivos que son tanto de entrada como de salida como los mencionados periféricos de almacenamiento, CDs, DVDs, así como módems, faxes, USBs, o tarjetas de red.
Software
El Software es el soporte lógico e inmaterial que permite que la computadora pueda desempeñar tareas inteligentes, dirigiendo a los componentes físicos o hardware con instrucciones y datos a través de diferentes tipos de programas.
El Software son los programas de aplicación y los sistemas operativos, que según las funciones que realizan pueden ser clasificados en:
Software de Sistema
Se llama Software de Sistema o Software de Base al conjunto de programas que sirven para interactuar con el sistema, confiriendo control sobre el hardware, además de dar soporte a otros programas.
El Software de Sistema se divide en:
Sistema operativo
El Sistema Operativo es un conjunto de programas que administran los recursos de la computadora y controlan su funcionamiento.
Un Sistema Operativo realiza cinco funciones básicas: Suministro de Interfaz al Usuario, Administración de Recursos, Administración de Archivos, Administración de Tareas y Servicio de Soporte.
- Suministro de interfaz al usuario: Permite al usuario comunicarse con la computadora por medio de interfaces que se basan en comandos, interfaces que utilizan menús, e interfaces gráficas de usuario.
- Administración de recursos: Administran los recursos del hardware como
- Administración de archivos: Controla la creación, borrado, copiado y acceso de archivos de datos y de programas.
- Administración de tareas: Administra la información sobre los programas y procesos que se están ejecutando en la computadora. Puede cambiar la prioridad entre procesos, concluirlos y comprobar el uso de estos en
- Servicio de soporte: Los Servicios de Soporte de cada sistema operativo dependen de las implementaciones añadidas a este, y pueden consistir en inclusión de utilidades nuevas, actualización de versiones, mejoras de seguridad, controladores de nuevos periféricos, o corrección de errores de software.
Controladores de Dispositivos
Los Controladores de Dispositivos son programas que permiten a otros programa de mayor nivel como un sistema operativo interactuar con un dispositivo de hardware.
Programas Utilitarios
Los Programas Utilitarios realizan diversas funciones para resolver problemas específicos, además de realizar tareas en general y de mantenimiento. Algunos se incluyen en el sistema operativo.
Software de Aplicación
El Software de Aplicación son los programas diseñados para o por los usuarios para facilitar la realización de tareas específicas en la computadora, como pueden ser las aplicaciones ofimáticas (procesador de texto, hoja de cálculo, programa de presentación, sistema de gestión de base de datos...), u otros tipos de software especializados como software médico, software educativo, editores de música, programas de contabilidad, etc.
Software de Programación
El Software de Programación es el conjunto de herramientas que permiten al desarrollador informático escribir programas usando diferentes alternativas y lenguajes de programación.
Este tipo de software incluye principalmente compiladores, intérpretes, ensambladores, enlazadores, depuradores, editores de texto y un entorno de desarrollo integrado que contiene las herramientas anteriores, y normalmente cuenta una avanzada interfaz gráfica de usuario (GUI).
Firmware
El firmware es un bloque de instrucciones de programa para propósitos específicos, grabado en una memoria de tipo no volátil (ROM, EEPROM, flash, etc.), que establece la lógica de más bajo nivel que controla los circuitos electrónicos de un dispositivo de cualquier tipo. Al estar integrado en la electrónica del dispositivo es en parte hardware, pero también es software, ya que proporciona lógica y se dispone en algún tipo de lenguaje de programación. Funcionalmente, el firmware es el intermediario (interfaz) entre las órdenes externas que recibe el dispositivo y su electrónica, ya que es el encargado de controlar a ésta última para ejecutar correctamente dichas órdenes externas.
Encontramos firmware en memorias ROM de los sistemas de diversos dispositivos periféricos, como en monitores de video, unidades de disco, impresoras, etc., pero también en los propios microprocesadores, chips de memoria principal y en general en cualquier circuito integrado.
Muchos de los firmwares almacenados en ROM están protegidos por Derechos de Autor.
El programa BIOS de una computadora es un firmware cuyo propósito es activar una máquina desde su encendido y preparar el entorno para la instalación de un Sistema Operativo complejo, así como responder a otros eventos externos (botones de pulsación humana) y al intercambio de órdenes entre distintos componentes de la computadora.
En un microprocesador el firmware es el que recibe las instrucciones de los programas y las ejecuta en la compleja circuitería del mismo, emitiendo órdenes a otros dispositivos del sistema.
El firmware en hoy día
El firmware ha evolucionado para significar casi cualquier contenido programable de un dispositivo de hardware, no sólo código de máquina para un procesador, sino también configuraciones y datos para los circuitos integrados para aplicaciones específicas (ASICs), dispositivos de lógica programable, etc.
Periféricos de computador
La mayoría de los periféricos del computador son de hecho computadores de propósito especial. Mientras que los dispositivos externos tienen el firmware almacenado internamente, las modernas tarjetas de los periféricos de computadores típicamente tienen grandes partes de firmware que es cargado en el arranque por el sistema huesped, pues esto es más flexible. Dicho hardware por lo tanto puede no funcionar completamente hasta que el computador huesped le haya cargado el firmware indispensable, a menudo por medio del driver de dispositivo específico (o, más exactamente, por medio de un subsistema dentro del paquete del driver de dispositivo). Los modernos drivers de dispositivo también pueden exponer una interface directa de usuario para la configuración además de las llamadas/interfaces del sistema operativo o de las Interfaces de programación de aplicaciones (APIs).
Retos del firmware en los PC
En algún sentido, los varios componentes del firmware son tan importantes como el sistema operativo en un computador. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de los sistemas operativos modernos, el firmware tiene raramente un mecanismo automático bien desarrollado para actualizarse a sí mismo para corregir los problemas de funcionalidad que son detectados después de que la unidad es despachada.
El BIOS es bastante fácil de actualizar en una PC moderna; los dispositivos como las tarjetas video o los módems confían en el firmware cargado dinámicamente por un driver de dispositivo y a menudo pueden así ser actualizados transparentemente a través de los mecanismos de la actualización del sistema operativo. En contraste, el firmware en dispositivos de almacenamiento es raramente actualizado; no están estandarizados los mecanismos para detectar las versiones del firmware y actualizarlas. Estos dispositivos por lo tanto tienden a tener un índice más alto de problemas de funcionalidad, comparado a otras partes de un moderno sistema de computación.
Lenguaje alto nivel
Un lenguaje de programación de alto nivel se caracteriza por expresar los algoritmos de una manera adecuada a la capacidad cognitiva humana, en lugar de a la capacidad ejecutora de las máquinas.
En los primeros lenguajes de alto nivel la limitación era que se orientaban a un área específica y sus instrucciones requerían de una sintaxis predefinida. Se clasifican como lenguajes procedimentales. Otra limitación de los lenguajes de alto nivel es que se requiere de ciertos conocimientos de programación para realizar las secuencias de instrucciones lógicas. Los lenguajes de alto nivel se crearon para que el usuario común pudiese solucionar un problema de procesamiento de datos de una manera más fácil y rápida.
Por esta razón, a finales de los años 1950 surgió un nuevo tipo de lenguajes de programación que evitaba estos inconvenientes, a costa de ceder un poco en las ventajas. Estos lenguajes se llaman de tercera generación o de alto nivel, en contraposición a los de bajo nivel o de nivel próximo a la máquina.
Leguaje simbólico, compilador e intérprete.
Los lenguajes de programación facilitan la tarea de programación, ya que disponen de formas adecuadas que permiten ser leídas y escritas por personas, a su vez resultan independientes del modelo de computador a utilizar.
Los lenguajes de programación representan en forma simbólica y en manera de un texto los códigos que podrán ser leídos por una persona.
Los lenguajes de programación son independientes de las computadoras a utilizar.
Existen estrategias que permiten ejecutar en una computadora un programa realizado en un lenguaje de programación simbólico. Los procesadores del lenguaje son los programas que permiten el tratamiento de la información en forma de texto, representada en los lenguajes de programación simbólicos. Hay lenguajes de programación que utilizan compilador.
La ejecución de un programa con compilador requiere de dos etapas:
1) Traducir el programa simbólico a código máquina
2) Ejecución y procesamiento de los datos.
Otros lenguajes de programación utilizan un programa intérprete o traductor, el cual analiza directamente la descripción simbólica del programa fuente y realiza las instrucciones dadas.
El intérprete en los lenguajes de programación simula una máquina virtual, donde el lenguaje de máquina es similar al lenguaje fuente.
La ventaja del proceso interprete es que no necesita de dos fases para ejecutar el programa, sin embargo su inconveniente es que la velocidad de ejecución es más lenta ya que debe analizar e interpretar las instrucciones contenidas en el programa fuente.
Lenguaje de maquina
Es el sistema de códigos directamente interpretable por un circuito microprogramable, como el microprocesador de una computadora o el microcontrolador de un autómata . Este lenguaje está compuesto por un conjunto de instrucciones que determinan acciones a ser tomadas por la máquina. Un programa consiste en una cadena de estas instrucciones de lenguaje de máquina (más los datos). Estas instrucciones son normalmente ejecutadas en secuencia, con eventuales cambios de flujo causados por el propio programa o eventos externos. El lenguaje de máquina es específico de cada máquina o arquitectura de la máquina, aunque el conjunto de instrucciones disponibles pueda ser similar entre ellas.
Los circuitos microprogramables son sistemas digitales, lo que significa que trabajan con dos únicos niveles de tensión. Dichos niveles, por abstracción, se simbolizan con el cero, 0, y el uno, 1, por eso el lenguaje de máquina sólo utiliza dichos signos. Esto permite el empleo de las teorías del álgebra booleana y del sistema binario en el diseño de este tipo de circuitos y en su programación.
Claude Elwood Shannon, en su Analysis of Relay and Switching Circuits, y con sus experiencias en redes de conmutación, sentó las bases para la aplicación del álgebra de Boole a las redes de conmutación.
Una red de conmutación es un circuito de interruptores eléctricos que al cumplir ciertas combinaciones booleanas con las variables de entrada, define el estado de la salida. Este concepto es el núcleo de las puertas lógicas, las cuales son, por su parte, los ladrillos con que se construyen sistemas lógicos cada vez más complejos.
Shannon utilizaba el relé como dispositivo físico de conmutación en sus redes. El relé, a igual que una lámpara eléctrica, posee dos estados: 1 o 0, esto es, activado (encendido), o desactivado (apagado).
El desarrollo tecnológico ha permitido evolucionar desde las redes de relés electromagnéticos de Shannon a circuitos con tubos de vacío, luego a redes transistorizadas, hasta llegar a los modernos circuitos integrados cuyas cúspides lo forman los circuitos microprogramados.
Cargador de programas
Un cargador es un programa del sistema que realiza la función de carga, pero muchos cargadores también incluyen relocalización y ligado. Algunos sistemas tienen un ligador para realizar las operaciones de enlace, y un cargador separado para manejar la relocalización y la carga. Los procesos de ensamblado y carga están íntimamente relacionados.
Las funciones más importantes de un cargador son: colocar un programa objeto en la memoria e iniciar su ejecución. Si tenemos un cargador que no necesita realizar las funciones de ligado y relocalización de programas, su operación es muy simple, pues todas las funciones se realizan en un solo paso. Se revisa el registro de encabezamiento para comprobar se ha presentado el programa correcto para la carga (entrando en la memoria disponible). A medida que se lee cada registro de texto, el código objeto que contiene pasa a la dirección de memoria indicada. Cuando se encuentra el registro de fin, el cargador salta a al dirección especificada para iniciar la ejecución del programa cargado.
Programas fuentes
El concepto de "Programa Fuente" se relaciona de forma directa con los lenguajes de programación y las aplicaciones creadas, porque precisamente "Programa Fuente" describe el argumento escrito por el programador que da inicio al desarrollo de su obra de software.
De este modo, el paso siguiente está dado por
El "Código Fuente" no se inclina por el software libre o propietario, porque está destinado al programador que lo crea y modifica. Es por eso, que existen luego otras denominaciones, como Código Abierto (Open Source), el cual hace posible que el acceso al "Código Fuente" del programa no esté limitado a su autor. Es importante aclarar que Open Source y Free Software son dos áreas diferencias más allá de que compartan la virtud de mostrar el detrás de escena de una aplicación. La diferencia principal y más visible entre ambos movimientos, es que los programas Open Source pueden comercializarse.
-Código Fuente
Código Fuente También denominado fuente o texto fuente. Es el texto que contiene las instrucciones del programa, escritas en el lenguaje de programación.
-Fuente
En tipografía, se denomina fuente a cada familia de letras, incluyéndose números y demás signos, identificables por su diseño y características peculiares.
-Dirección Fuente
Dirección Fuente Dirección contenida en un paquete que indica la computadora que envió el paquete. En un cuadro de hardware, la dirección fuente debe ser una dirección de hardware.
-Programa
Un programa es una serie de instrucciones que le indican a la computadora cuáles son las tareas que tiene que realizar para lograr un fin específico.
-Programa Objeto
El lenguaje que utiliza el programador para diseñar los pasos a ejecutar por la computadora, para que sea entendible y mas fácil de utilizar por él, es muy similar al que utilizamos cotidianamente (lenguaje de alto nivel) y que es independiente del hardware en el que se va a utilizar.
Pero para que una computadora pueda funcionar, las instrucciones a seguir deben ser dadas en un lenguaje binario (compuesto por 0 y 1) que pueda ser interpretado y ejecutado por esta, que es el lenguaje máquina.
De esta manera, el Programa Objeto es aquel programa que resulta de la traducción del lenguaje fuente (lenguaje entendible por el ser humano) a un lenguaje máquina, es decir a aquel que es inteligible por la computadora.
Esta tarea es llevada a cabo por los programas intérpretes o compiladores. Los primeros, los intérpretes, realizan la traducción de manera tal que el lenguaje obtenido puede ser ejecutado directamente por la máquina. En cuanto a los compiladores, no realizan la traducción directa para que pueda ser ejecutable por la computadora sino que debe utilizar también un programa montador o enlazador, conocido como linker, que es el que realiza la acción final que permite que el programa objeto pueda ser ejecutado.
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